WO2017134866A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2017134866A1
WO2017134866A1 PCT/JP2016/081125 JP2016081125W WO2017134866A1 WO 2017134866 A1 WO2017134866 A1 WO 2017134866A1 JP 2016081125 W JP2016081125 W JP 2016081125W WO 2017134866 A1 WO2017134866 A1 WO 2017134866A1
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display
virtual image
vehicle
display device
mirror
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PCT/JP2016/081125
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裕己 永野
一臣 金子
真希 花田
昭央 三沢
滝澤　和之
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日立マクセル株式会社
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    • G09G2380/10—Automotive applications

Definitions

  • the present invention relates to a technology for a head-up display device, and more particularly, to a technology effective when applied to a head-up display device using AR (Augmented Reality).
  • AR Augmented Reality
  • HUD head-up display
  • In-vehicle display devices including HUDs may cause the vehicle to vibrate or tilt depending on the driving situation, which may cause problems with the visibility of the displayed video or display appropriate content. .
  • Patent Document 1 acquires a rotation component generated in a vehicle body as an inclination of the vehicle body, Based on this, it is described that the image is three-dimensionally corrected for rotation, and the position and inclination for displaying the rotation-corrected image are determined and projected.
  • Patent Document 2 describes, when displaying the distance scale on the HUD, from the map data of the navigation device, the travel point information where the host vehicle is currently traveling, and the host vehicle Information on the planned travel point where the vehicle will travel, and based on this information, obtain the inclination angle of the road on which the vehicle travels, and use the correction coefficient according to the inclination angle to display the distance scale from the ground. It is described that the image is corrected and displayed.
  • Patent Document 3 describes the display position of the generated image according to the detected driving situation such as right / left turn, acceleration / deceleration, and the like when left turn is detected. It is described that control is performed such as shifting to the right direction when a right turn is detected and shifting to the right direction.
  • Patent Document 4 describes that the display position of video information is moved in a direction in which the driver's field of view is secured according to the vehicle state.
  • JP 2013-237320 A JP 2007-55365 A JP 2006-7867 A JP2015-202842A
  • HUD is to project a video on a windshield and to make the driver recognize the video as a virtual image outside the vehicle.
  • a HUD that realizes a so-called AR function that makes it possible to show the driver information about the object or the like.
  • AR-HUD Even in such an AR-HUD, it is necessary to make adjustments for maintaining the visibility and appropriateness of the display image in accordance with the traveling state of the vehicle.
  • Patent Document 4 it is possible to move the display area itself in the HUD according to the vehicle state.
  • the technique described in Patent Document 4 is intended to ensure the driver's field of view even when a change occurs in the vehicle state, so that the display area in the HUD does not become an obstacle to the driver. It is moved to a position.
  • a virtual image may not be superimposed on an actual landscape included in the driver's field of view, and the AR function is not effective.
  • an object of the present invention is to provide a head-up display device that can display a virtual image so as to be appropriately superimposed on an actual landscape in accordance with the traveling state of the vehicle.
  • a head-up display device projects a video on a windshield of a vehicle, and displays a virtual image superimposed on a landscape in front of the vehicle for a driver.
  • a vehicle information acquisition unit that acquires various types of vehicle information that can be detected by the vehicle, and a control unit that controls display of the video based on the vehicle information acquired by the vehicle information acquisition unit.
  • An image display device that forms the image based on an instruction from the control unit, a mirror that reflects the image formed by the image display device and projects the image onto the windshield, and an instruction from the control unit
  • a mirror driving unit that changes the angle of the mirror based on the display distance adjustment mechanism that adjusts a display distance of the virtual image to the driver. It is.
  • the controller controls the angle of the mirror via the mirror driving unit so that the driver can display the virtual image superimposed on the landscape based on the vehicle information. adjust.
  • the representative embodiment of the present invention it is possible to display the AR-HUD so as to appropriately superimpose the virtual image on the actual landscape according to the traveling state of the vehicle.
  • (A), (b) is the figure which showed the outline
  • (A), (b) is a figure which shows the example of an elevation angle, a display distance, and the display of a virtual image in that case when the display distance of a virtual image is set to fixed height from the road surface ahead of a vehicle.
  • (A), (b) is a figure which shows the example of the case where the height from the road surface of the virtual image displayed for every display distance of a virtual image can be set arbitrarily, and the display of the virtual image in that case.
  • FIG. 2 is a diagram showing an outline of an example of an operation concept of the head-up display device according to the embodiment of the present invention.
  • an image displayed on the image display device 30 such as a projector or an LCD (Liquid Crystal Display) is converted into a mirror 51 or a mirror 52 (for example, a free-form surface mirror or an optical axis asymmetric shape). And is projected onto the windshield 3 of the vehicle 2.
  • the driver 5 views the image projected as a virtual image in front of the transparent windshield 3 by viewing the image projected on the windshield 3.
  • the display position of the virtual image seen by the driver 5 is adjusted in the vertical direction by adjusting the position of the image projected onto the windshield 3 by adjusting the angle of the mirror 52.
  • the display distance can be adjusted, such as displaying a virtual image near (for example, 2 to 3 m away) or distant (for example, 30 to 40 m away). It is.
  • the AR function is realized by adjusting the display position and the display distance so that the virtual image is superimposed on the scenery outside the vehicle (roads, buildings, people, etc.).
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing an outline of an overall configuration example of a head-up display device according to an embodiment of the present invention.
  • the AR-HUD 1 mounted on the vehicle 2 includes, for example, a vehicle information acquisition unit 10, a control unit 20, a video display device 30, a display distance adjustment mechanism 40, a mirror driving unit 50, a mirror 52, and a speaker 60.
  • the shape of the vehicle 2 is displayed like a passenger car.
  • the shape of the vehicle 2 is not particularly limited, and can be applied as appropriate to general vehicles.
  • the vehicle information acquisition unit 10 includes information acquisition devices such as various sensors, which will be described later, installed in each part of the vehicle 2, detects various events occurring in the vehicle 2, and relates to the driving situation at predetermined intervals.
  • the vehicle information 4 is acquired and output by detecting and acquiring values of various parameters.
  • the vehicle information 4 includes, for example, speed information, gear information, steering wheel steering angle information, lamp lighting information, external light information, distance information, infrared information, engine ON / OFF information, and camera video information of the vehicle 2 as illustrated. (Inside / outside the vehicle), acceleration gyro information, GPS (Global Positioning System) information, navigation information, vehicle-to-vehicle communication information, road-to-vehicle communication information, and the like may be included.
  • the control unit 20 has a function of controlling the operation of the AR-HUD 1, and is implemented by, for example, a CPU (Central Processing Unit) and software executed thereby. It may be implemented by hardware such as a microcomputer or FPGA (Field Programmable Gate Array). As shown in FIG. 2, the control unit 20 drives the video display device 30 to form an image to be displayed as a virtual image based on the vehicle information 4 acquired from the vehicle information acquisition unit 10, and this is mirrored. The light is projected onto the windshield 3 by being appropriately reflected by 52 or the like. Then, control such as adjusting the display position of the virtual image display area or adjusting the display distance of the virtual image is performed by a method described later.
  • a CPU Central Processing Unit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the video display device 30 is a device configured by, for example, a projector or an LCD, and forms a video for displaying a virtual image based on an instruction from the control unit 20 and projects or displays the video.
  • the display distance adjustment mechanism 40 is a mechanism for adjusting the distance from the driver 5 of the virtual image to be displayed based on an instruction from the control unit 20. For example, various display distance adjustment methods as described later are used. One or more of them are mounted.
  • the mirror driving unit 50 adjusts the angle of the mirror 52 based on an instruction from the control unit 20 and adjusts the position of the virtual image display area in the vertical direction. The adjustment of the position of the virtual image display area will be described later.
  • the speaker 60 performs audio output related to the AR-HUD1. For example, voice guidance of the navigation system, voice output when notifying the driver 5 by the AR function, etc. can be performed.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of an example of a hardware configuration related to acquisition of the vehicle information 4 in the head-up display device of the present embodiment.
  • the vehicle information 4 is acquired by an information acquisition device such as various sensors connected to the ECU 21 under the control of an ECU (Electronic Control Unit) 21, for example.
  • ECU Electronic Control Unit
  • a vehicle speed sensor 101 for example, a vehicle speed sensor 101, a shift position sensor 102, a steering wheel steering angle sensor 103, a headlight sensor 104, an illuminance sensor 105, a chromaticity sensor 106, a distance measuring sensor 107, an infrared sensor 108, an engine start sensor 109, acceleration sensor 110, gyro sensor 111, temperature sensor 112, road-to-vehicle communication wireless receiver 113, vehicle-to-vehicle communication wireless receiver 114, camera (inside the vehicle) 115, camera (outside the vehicle) 116, GPS receiver 117, and
  • Each device includes a VICS (Vehicle Information and Communication System: a road traffic information communication system, registered trademark (hereinafter the same)) receiver 118 and the like. It is not always necessary to include all these devices, and other types of devices may be included.
  • the vehicle information 4 that can be acquired by the provided device can be used as appropriate.
  • the vehicle speed sensor 101 acquires speed information of the vehicle 2.
  • the shift position sensor 102 acquires current gear information of the vehicle 2.
  • the steering wheel angle sensor 103 acquires steering wheel angle information.
  • the headlight sensor 104 acquires lamp lighting information related to ON / OFF of the headlight.
  • the illuminance sensor 105 and the chromaticity sensor 106 acquire external light information.
  • the distance measuring sensor 107 acquires distance information between the vehicle 2 and an external object.
  • the infrared sensor 108 acquires infrared information related to the presence / absence and distance of an object at a short distance of the vehicle 2.
  • the engine start sensor 109 detects engine ON / OFF information.
  • the acceleration sensor 110 and the gyro sensor 111 acquire acceleration gyro information including acceleration and angular velocity as information on the posture and behavior of the vehicle 2.
  • the temperature sensor 112 acquires temperature information inside and outside the vehicle.
  • the road-to-vehicle communication wireless receiver 113 and the vehicle-to-vehicle communication wireless receiver 114 are respectively road-to-vehicle communication information received by road-to-vehicle communication between the vehicle 2 and roads, signs, signals, etc.
  • the vehicle-to-vehicle communication information received by the vehicle-to-vehicle communication with another vehicle is acquired.
  • the camera (inside the vehicle) 115 and the camera (outside the vehicle) 116 respectively capture the moving image of the situation inside and outside the vehicle and acquire camera video information (inside / outside the vehicle).
  • the camera (inside the vehicle) 115 captures, for example, the posture of the driver 5, the position of the eyes, the movement, and the like. By analyzing the obtained moving image, for example, it is possible to grasp the fatigue status of the driver 5, the position of the line of sight, and the like.
  • the camera (outside the vehicle) 116 captures a situation around the vehicle 2 such as the front or rear. By analyzing the obtained video, for example, it is possible to grasp the presence or absence of moving objects such as other vehicles and people around the building, topography, road surface conditions (rain, snow, freezing, unevenness, etc.) It is.
  • the GPS receiver 117 and the VICS receiver 118 obtain GPS information obtained by receiving the GPS signal and VICS information obtained by receiving the VICS signal, respectively. It may be implemented as a part of a car navigation system that acquires and uses these pieces of information.
  • FIG. 4 is a functional block diagram showing details of a configuration example of the head-up display device of the present embodiment.
  • the example of FIG. 4 shows a case where the video display device 30 is a projector, and the video display device 30 includes, for example, each unit such as a light source 31, an illumination optical system 32, and a display element 33.
  • the light source 31 is a member that generates illumination light for projection.
  • a high-pressure mercury lamp, a xenon lamp, an LED (Light-Emitting-Diode) light source, a laser light source, or the like can be used.
  • the illumination optical system 32 is an optical system that collects the illumination light generated by the light source 31 and irradiates the display element 33 with more uniform illumination light.
  • the display element 33 is an element that generates an image to be projected.
  • a transmissive liquid crystal panel, a reflective liquid crystal panel, a DMD (Digital Micromirror Device) (registered trademark) panel, or the like can be used.
  • control unit 20 includes an ECU 21, an audio output unit 22, a nonvolatile memory 23, a memory 24, a light source adjustment unit 25, a distortion correction unit 26, a display element drive unit 27, a display distance adjustment unit 28, and a mirror adjustment. Each part such as the part 29 is included.
  • the ECU 21 acquires the vehicle information 4 via the vehicle information acquisition unit 10, and records, stores, and reads the acquired information in the nonvolatile memory 23 and the memory 24 as necessary. To do.
  • the nonvolatile memory 23 may store setting information such as setting values and parameters for various controls. Further, the ECU 21 generates video data relating to a virtual image to be displayed as the AR-HUD 1 by executing a dedicated program.
  • the audio output unit 22 outputs audio information via the speaker 60 as necessary.
  • the light source adjustment unit 25 adjusts the light emission amount of the light source 31 of the video display device 30. When there are a plurality of light sources 31, they may be controlled individually.
  • the distortion correction unit 26 corrects the video distortion caused by the curvature of the windshield 3 by image processing.
  • the display element drive unit 27 sends a drive signal corresponding to the video data corrected by the distortion correction unit 26 to the display element 33 to generate an image to be projected.
  • the display distance adjustment unit 28 drives the display distance adjustment mechanism 40 to adjust the display distance of the image projected from the image display device 30.
  • the mirror adjustment unit 29 changes the angle of the mirror 52 via the mirror driving unit 50 to move the virtual image display area up and down. The position adjustment of the virtual image display area will also be described later.
  • FIG. 5 is a diagram showing details of an example of a configuration related to display distance adjustment in the head-up display device of the present embodiment.
  • the display distance adjustment unit 28 of the control unit 20 further includes, as individual units controlled by the ECU 21, for example, a functional liquid crystal film ON / OFF control unit 281, a lens movable unit 282, and a dimming mirror ON / OFF control unit 283. , A diffusion plate movable portion 284, an optical filter movable portion 285, and the like.
  • the display distance adjustment mechanism 40 further includes a functional liquid crystal film 401, a lens movable mechanism 402, a light control mirror 403, a diffusion plate movable mechanism 404, and an optical.
  • a filter movable mechanism 405 and the like are included. A method for adjusting the display distance of the virtual image by these units will be described later.
  • the AR-HUD 1 does not need to include all of these units and devices, but may include various units necessary for implementing the virtual image display distance adjustment method described later. Good.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an outline of an example of an initial operation of the head-up display device of the present embodiment.
  • the AR-HUD 1 starts with the vehicle information acquisition unit 10 based on an instruction from the control unit 20.
  • vehicle information is acquired (S02).
  • the control unit 20 calculates a suitable brightness level based on external light information acquired by the illuminance sensor 105, the chromaticity sensor 106, and the like in the vehicle information 4 (S03), and the light source adjustment unit 25 calculates the light source 31. Is set so that the calculated brightness level is obtained (S04). For example, when the outside light is bright, the brightness level is set high, and when the outside light is dark, the brightness level is set low.
  • the ECU 21 determines and generates a video (for example, an initial image) to be displayed as a virtual image (S05), and performs a process of correcting the distortion by the distortion correction unit 26 for the generated video (S06).
  • the display element 33 is driven and controlled by the element driving unit 27 to form a projected image (S07).
  • video is projected on the windshield 3, and the driver
  • the ECU 21 or the display distance adjustment unit 28 calculates and determines the display distance of the virtual image (S08), and the display distance adjustment unit 28 drives the display distance adjustment mechanism 40 to display the image projected from the video display device 30.
  • the distance is controlled (S09).
  • the HUD-ON signal is output.
  • the control unit 20 determines whether or not this signal has been received (S11). . If not received, the HUD-ON signal is further waited for a predetermined time (S12), and the HUD-ON signal waiting process (S12) is repeated until it is determined in step S11 that the HUD-ON signal has been received. If it is determined in step S11 that the HUD-ON signal has been received, normal operation of AR-HUD1 described later is started (S13), and a series of initial operations are terminated.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an outline of an example of normal operation of the head-up display device of the present embodiment. Also in the normal operation, the basic processing flow is substantially the same as the initial operation shown in FIG. First, the AR-HUD 1 acquires vehicle information by the vehicle information acquisition unit 10 based on an instruction from the control unit 20 (S21). And the control part 20 performs a brightness level adjustment process based on the external light information acquired by the illumination intensity sensor 105, the chromaticity sensor 106, etc. among the vehicle information 4 (S22).
  • FIG. 8 is a flowchart showing an outline of an example of brightness level adjustment processing of the head-up display device of the present embodiment.
  • a suitable brightness level is calculated based on the acquired outside light information (S221). Then, by comparing with the currently set brightness level, it is determined whether or not the brightness level needs to be changed (S222). If no change is necessary, the brightness level adjustment process is terminated. On the other hand, when the change is necessary, the light source adjustment unit 25 controls the light emission amount of the light source 31 to set the brightness level after the change (S223), and the brightness level adjustment process is ended. .
  • step S222 even when there is a difference between the preferred brightness level calculated in step S221 and the currently set brightness level, the brightness level is only when the difference is equal to or greater than a predetermined threshold. It may be determined that the change is necessary.
  • the video displayed as a virtual image is changed as necessary from the current one based on the latest vehicle information 4 acquired in step S ⁇ b> 21, and the changed video is determined and generated.
  • the pattern which changes a display content based on the vehicle information 4 can have many things according to the content of the acquired vehicle information 4, those combinations, etc. For example, when the speed information changes, the value of the speed display that is displayed at all times is changed, the guidance arrow graphic is displayed / erased based on the navigation information, and the arrow shape and display position are changed. There may be various patterns, such as when performing.
  • adjustment / correction processing is performed to maintain visibility, appropriateness of display contents, and the like according to the traveling state of the vehicle 2.
  • the mirror adjustment process is performed to change the angle of the mirror 52 via the mirror driving unit 50 and move the virtual image display area up and down (S24).
  • a vibration correction process for correcting the display position of the image in the display area with respect to the vibration of the vehicle 2 is performed (S25). Detailed contents of the adjustment / correction processing in steps S24 and S25 will be described later.
  • the distortion correction unit 26 performs distortion correction processing on the adjusted / corrected image (S26), and then the display element driving unit 27 drives and controls the display element 33 to form a projected image ( S27). Then, the display distance adjustment unit 28 calculates and determines the display distance of the virtual image (S28), and the display distance adjustment unit 28 drives the display distance adjustment mechanism 40 to display the image projected from the image display device 30. The distance is controlled (S29).
  • a HUD-OFF signal is output to the AR-HUD 1. It is determined whether or not this signal has been received (S30). If the HUD-OFF signal has not been received, the process returns to step S21, and a series of normal operations are repeated until the HUD-OFF signal is received. If it is determined that the HUD-OFF signal has been received, a series of normal operations is terminated.
  • FIG. 9 is a diagram showing an outline of an example in which the position of the virtual image display area is adjusted up and down in the head-up display device of the present embodiment.
  • the upper stage schematically shows the state of the slope of the road on which the vehicle 2 is traveling and the state of the visual field of the driver 5 as viewed from the side.
  • the situation in front of the vehicle viewed by the driver 5 and the situation of the position of the virtual image display area 6 (rectangular line in a broken line) displayed superimposed thereon are schematically shown. Show.
  • the center figure shows a case where the road gradient (upward direction) of the current location of the vehicle 2 is greater than the road gradient (upward direction) of the front road, that is, when the vehicle is traveling on a downhill road ahead.
  • the field of view is for viewing the road ahead in relation to the height of the field of view of the driver 5 (solid line frame in the figure) based on the gradient at the position of the vehicle 2.
  • Must be moved downward (dotted line frame in the figure).
  • the display position of the virtual image display area 6 remains the basic display position (rectangular rectangle), the virtual image is superimposed on the scenery in front of the vehicle by the AR function. Therefore, the display area 6 itself needs to be moved downward in order to superimpose and display.
  • the right side diagram shows a case where the road gradient (upward direction) of the current location of the vehicle 2 is smaller than the road gradient (upward direction) of the front road, that is, the road ahead is traveling on an uphill road. ing.
  • the field of view is for viewing the road ahead in relation to the height of the field of view of the driver 5 (solid line frame in the figure) based on the gradient at the position of the vehicle 2.
  • Must be moved upward (dotted line frame in the figure).
  • the display position of the virtual image display area 6 remains the basic display position (rectangular rectangle)
  • the virtual image is superimposed on the scenery in front of the vehicle by the AR function. Therefore, in order to display the images in a superimposed manner, the display area 6 itself needs to be moved upward.
  • the situation where it is necessary to move the vertical position of the virtual image display area 6 according to the traveling situation is as follows: the gradient of the current position and the gradient of the road ahead as shown in the example of FIG. It is not limited to the case where there is a certain amount of difference between the two.
  • the driver 5's line of sight generally looks farther than usual, and the height of the field of view moves upward. Therefore, for example, in order to superimpose a virtual image on the scenery outside the vehicle including other vehicles and the like existing further forward than in the normal time, it may be necessary to move the display area 6 upward.
  • the driver's 5 eye height position itself changes due to changes in the posture or posture of the driver 5 while the vehicle 2 is traveling, and thus the height of the visual field moves in the vertical direction. is there.
  • the mirror driving unit 50 controls the angle of the mirror 52 in accordance with the traveling state of the vehicle 2, and the vertical position of the virtual image display area Are adjusted as shown in the example of FIG.
  • FIG. 10 is a flowchart showing an outline of an example of the mirror adjustment process in step S24 of FIG.
  • the mirror adjustment process is started, first, the current angle of the mirror 52 is acquired (S241), and further, based on the vehicle information 4, the angle of the mirror 52 is adjusted (that is, the display position of the virtual image display area is adjusted).
  • the current value of the related parameter is acquired (S242).
  • the types of parameters required may vary depending on the conditions under which the display position of the display area is adjusted. For example, in the example illustrated in FIG. 9, a value indicating a difference (relative gradient) between the gradient of the current position of the vehicle 2 and the gradient of the road ahead is acquired as the related parameter value.
  • the gradient of the current position can be grasped from the tilt information of the vehicle 2 obtained from the acceleration gyro information. It is also possible to grasp the slope of the road ahead by analyzing camera video information outside the vehicle. It is also possible to obtain the current position and the gradient of the road ahead based on three-dimensional road / terrain information obtained from the navigation information.
  • the target angle of the mirror 52 is calculated on the basis of predetermined criteria / conditions (S243). Which logic is used to calculate the target angle based on which parameter may differ depending on the conditions under which the display position of the display area is adjusted. For example, in the example shown in FIG. 9, when the absolute value of the relative gradient between the current location and the road ahead is greater than or equal to a predetermined threshold, the target angle of the mirror 52 is determined according to the sign of the relative gradient. To do.
  • the predetermined threshold may be, for example, 1 / x (x is a predetermined value) of the vertical FOV (Field Of View: viewing angle) of the virtual image display area.
  • the target angle of the mirror 52 is calculated based on the current parameter value acquired in step S242, but in the near future based on information on the current parameter value and history of past values.
  • the target angle may be calculated based on the prediction result.
  • the tendency of the value transition may be analyzed based on the past history of the parameter value, and the near future parameter value may be predicted based on the tendency. It is also possible to predict the surrounding situation of the vehicle 2 in the near future by analyzing the camera image information ahead of the vehicle, or to grasp the road situation ahead of the vehicle 2 based on the navigation information.
  • step S241 it is determined whether or not there is a difference between the angle of the current mirror 52 acquired in step S241 and the angle of the target mirror 52 acquired in step S243 (S244).
  • the determination for example, it may be determined that there is a difference when the difference is equal to or greater than a predetermined threshold, and it is determined that there is no difference when the difference is equal to or less than the threshold. Further, it may be determined that there is a difference only when the state with the difference continues for a certain time or more. Thereby, for example, an event that the inclination of the vehicle 2 changes temporarily or instantaneously, such as when the vehicle 2 rides on a step such as a curb, can be excluded from the adjustment target of the mirror 52.
  • step S244 If it is determined in step S244 that there is no angle difference, the mirror adjustment process is terminated as it is. That is, the angle of the mirror 52 is not adjusted, and the current angle is maintained.
  • the mirror 52 is rotated in the designated direction so as to be the target angle (S245). Specifically, a mirror adjustment signal for rotating the mirror 52 is output to the mirror driving unit 50. Then, it is determined whether or not the mirror 52 has reached the target angle (S246). If not, the process returns to step S245 to continue the rotation of the mirror 52. That is, the output of the mirror adjustment signal to the mirror driving unit 50 is continued.
  • the rotation of the mirror 52 is stopped (S247). That is, the output of the mirror adjustment signal to the mirror driving unit 50 is stopped. Then, a series of mirror adjustment processing ends.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an outline of an example of the vibration correction process in step S25 of FIG.
  • the vibration correction process is started, first, information on the vibration amount of the vehicle 2 is acquired based on the vehicle information 4 (S251). For example, it is possible to grasp the vibration amount (the amount of short-term vertical movement in the vehicle 2) based on acceleration gyro information, camera image information outside the vehicle, and the like.
  • the vibration information is acquired based on the current vehicle information 4. For example, the road surface condition around the vehicle 2 in the near future by analyzing the camera image information on the front outside the vehicle. And the amount of vibration of the vehicle 2 in the near future may be predicted based on this.
  • the vibration correction process is terminated as it is because the vibration is minute. That is, the display image associated with the vibration is not corrected.
  • the display shift amount of the video in the display area is calculated (S253). For example, based on the ratio between the actual height of the vehicle 2 and the height of the virtual image display area, the display shift amount of the video in the display area is calculated from the vibration amount of the vehicle 2. Then, based on the calculated display shift amount, the display position of the video in the display area is offset up and down (S254), and the series of vibration correction processing is ended.
  • the display distance adjustment unit 28 of the control unit 20 drives the display distance adjustment mechanism 40 to adjust the display distance of the video projected from the video display device 30.
  • the adjustment method of the display distance of a virtual image by each part of the display distance adjustment part 28 and the display distance adjustment mechanism 40 shown in FIG. 5 is demonstrated.
  • FIG. 12 is a diagram showing an outline of an example of display distance adjustment using the functional liquid crystal film 401 in the head-up display device of the present embodiment.
  • a plurality of functional liquid crystal films 401 are used as a diffusion plate (diffuser) 41a.
  • a diffusion plate (diffuser) 41a As shown to Fig.12 (a) and (b), by changing the location made into a white state for every area of each functional liquid crystal film 401, a focal distance is changed for every area, and the display distance of a virtual image (Distance between driver's 5 eye position and virtual image display position) is changed.
  • a virtual image Distance between driver's 5 eye position and virtual image display position
  • FIG. 13 is a diagram showing an outline of a configuration example of the diffusion plate 41a made of the functional liquid crystal film 401.
  • the functional liquid crystal film 401 is a film that can control a transmission state and a white state by electricity.
  • the white state portion of the functional liquid crystal film 401 functions as a diffusion plate, and the image projected by the projector 30a forms an image in this white state portion.
  • control is performed so that the plurality of functional liquid crystal films 401 are individually in a white state for each of a plurality of areas.
  • the display position of the virtual image based on the image projected from the projector 30a is determined in accordance with the distance between the white portion of each functional liquid crystal film 401 and the lens 42a.
  • a plurality of functional liquid crystal films 401 are arranged so that the distance from the lens 42a is different, and the image projected from the projector 30a is displayed for each area by the functional liquid crystal film ON / OFF control unit 281 shown in FIG.
  • the display distance of a virtual image can be changed for every area by making any one of the functional liquid crystal films 401 into a white state.
  • the display distance of the corresponding virtual image can be made the shortest.
  • the target area for example, the uppermost part
  • only the functional liquid crystal film 401 disposed at the position closest to the lens 42a is set in a white state, and the others are By setting the transmission state, the display distance of the corresponding virtual image can be made the shortest.
  • the target area for example, the uppermost part
  • only the functional liquid crystal film 401 disposed at the farthest position from the lens 42a is set in the white state, and the other is set in the transmissive state.
  • the display distance of the corresponding virtual image can be made the longest.
  • FIG. 14 is a diagram showing an outline of an example of display distance adjustment using a plurality of mirrors in the head-up display device of the present embodiment.
  • a plurality of mirrors 51a are arranged between the LCD 30b and the lens 42a as shown in the figure, and the image from the LCD 30b is reflected by the mirror 51a different for each area and is incident on the lens 42a.
  • the distance from the LCD 30b to the lens 42a is different for each area, and the display distance of the virtual image can be changed accordingly.
  • the image is displayed on the LCD 30b in an area reflected by the mirror 51a (the farthest from the lens 42a) arranged at the farthest position from the LCD 30b.
  • the display distance of the virtual image can be the longest.
  • the display distance of the corresponding virtual image can be made the shortest.
  • the number of mirrors 51a is not limited to three as illustrated, and can be appropriately configured according to the number of areas.
  • FIG. 15 is a diagram showing an outline of an example of display distance adjustment using a movable lens in the head-up display device of the present embodiment.
  • the image projected from the projector 30a is imaged by a diffusion plate (diffuser) 41b and then incident on the mirror 52 via a movable lens 42b provided in a plurality of areas.
  • each movable lens 42b can be individually moved along the optical axis direction by the lens movable portion 282 and the lens movable mechanism 402 shown in FIG.
  • the display position of the virtual image based on the image projected from the projector 30a is determined according to the distance between the diffusion plate 41b and each movable lens 42b. Therefore, by moving the movable lens 42b, the focal distance can be changed for each area, and the display distance of the virtual image can be changed.
  • the display distance of the corresponding virtual image can be reduced by moving the movable lens 42b to a position close to the diffusion plate 41b as in the uppermost area.
  • the display distance of the corresponding virtual image can be increased by moving the movable lens 42b to a position far from the diffusion plate 41b as in the lowermost area.
  • the number of movable lenses 42b is not limited to three as illustrated, and can be appropriately configured according to the number of areas.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing an example of display distance adjustment using the light control mirror 51b in the head-up display device of the present embodiment.
  • the dimming mirror 51b is configured by arranging a plurality of dimming mirrors 403 between the LCD 30b and the lens 42a so as to form a matrix when viewed from the cross-sectional direction as illustrated. Then, as shown in FIGS. 16A and 16B, the distance from the LCD 30b to the lens 42a varies from area to area by changing the location of the light control mirror 403 in the mirror state. The display distance of the virtual image can be changed.
  • FIG. 17 is a diagram showing an outline of a configuration example of the light control mirror 403.
  • the light control mirror 403 is a member such as a film, a sheet, or glass that can control a transmission state and a mirror state by electricity.
  • the dimming mirror 403 in the transmissive state transmits the image from the LCD 30b, and only the dimming mirror 403 in the mirror state reflects the image in the direction of the lens 42a.
  • dimming is performed so that only one dimming mirror 403 is in a mirror state for each row and each column (each area) for a plurality of dimming mirrors 403 arranged in a matrix when viewed from the cross-sectional direction. It is controlled by the mirror ON / OFF control unit 283.
  • only the light control mirror 403 in the lowermost row is set in the mirror state for the area corresponding to the column of the light control mirror 403 closest to the lens 42a. Is set to the transmissive state, the optical path length from the LCD 30b to the lens 42a can be made the shortest, and the display distance of the corresponding virtual image can be made the shortest. Conversely, in the area corresponding to the column of the light control mirror 403 farthest from the lens 42a, only the light control mirror 403 in the uppermost row is set to the mirror state, and the other is set to the transmission state. The optical path length can be made the longest, and the display distance of the corresponding virtual image can be made the longest.
  • the length can be made relatively longer than other areas, and the display distance of the corresponding virtual image can be increased.
  • the number of the light control mirrors 403 is not limited to 3 rows and 3 columns as shown, and can be appropriately configured according to the number of areas.
  • FIG. 18 is a diagram showing an outline of an example of display distance adjustment using a movable diffusion plate in the head-up display device of the present embodiment.
  • the image projected from the projector 30a is imaged by a movable diffuser plate (movable diffuser) 41c and then incident on the mirror 52 through the lens 42a.
  • the movable diffusion plate 41c can be moved and / or rotated along the optical axis direction by the diffusion plate movable portion 284 and the diffusion plate movable mechanism 404 shown in FIG.
  • the display position of the virtual image based on the image projected from the projector 30a is determined according to the distance and / or inclination between the movable diffusion plate 41c and the lens 42a. Therefore, the display distance of the virtual image can be changed by changing the focal length by moving and / or rotating the movable diffusion plate 41c.
  • the display distance of the virtual image can be reduced by moving and / or rotating the movable diffusion plate 41c to a position close to the lens 42a. Conversely, the display distance of the virtual image can be increased by moving and / or rotating the movable diffusion plate 41c to a position far from the lens 42a.
  • FIG. 19 is a diagram showing an outline of an example of display distance adjustment using the movable optical filter in the head-up display device of the present embodiment.
  • a movable optical filter 43a is installed between a lens 42a and a diffuser plate (diffuser) 41b, and as shown in FIGS. 19A and 19B, the movable optical filter 43a is used as an optical path.
  • the focal distance for each area the display distance of the virtual image is changed.
  • the optical filter is a member having a characteristic of changing a focal length by a single optical component such as a lens or a combination thereof.
  • a plurality of optical filters having different refractive indexes are combined to form one optical filter having a different refractive index for each region, and a movable optical filter 43a that can be inserted into and removed from the optical path.
  • the movable image filter 43a is inserted into and extracted from the optical path by the optical filter movable unit 285 and the optical filter movable mechanism 405 shown in FIG. The display distance can be changed.
  • the focal length of the optical filter corresponding to the lowermost area is minimized,
  • the display distance of the virtual image can be shortened, and the focal distance of the optical filter corresponding to the uppermost area can be maximized to shorten the display distance of the virtual image.
  • the diffusion plate 41b and the lens 42a are provided for this area.
  • the display distance of the virtual image is determined by the distance between and the virtual image display distance can be made farther than the other areas passing through the optical filter.
  • the number of regions having different focal lengths in the movable optical filter 43a is not limited to three as shown in the figure, and can be appropriately configured according to the number of areas.
  • FIG. 20 is a diagram schematically showing an example of display distance adjustment using a comb-like optical filter in the head-up display device of the present embodiment.
  • the image projected from the projector 30a is imaged by a diffusion plate (diffuser) 41b and then incident on the mirror 52 via the comb-like optical filter 43b and the lens 42a.
  • the comb-like optical filter 43b is a member provided with a comb-like optical filter portion that has the same function as a lens and can change the display distance of a virtual image according to the focal length.
  • the optical filter portion and the portion without the optical filter are associated with each other (not limited to each line but can be set to any line) of the image projected from the projector 30a. By doing so, the display distance of the virtual image can be changed in units of lines.
  • the display distance of the virtual image based on the image of the line corresponding to the optical filter portion can be reduced, and the display distance of the virtual image based on the image of the line corresponding to the portion without the optical filter can be increased.
  • the head-up display device According to the embodiment of the present invention, even when the virtual image cannot be superimposed on the scenery in front of the vehicle 2 depending on the traveling state of the vehicle 2.
  • the AR function can be realized by appropriately superimposing the virtual image on the front landscape. Furthermore, it is possible to appropriately adjust the display distance of the virtual image according to the traveling state or the like.
  • a region for displaying a virtual image in a part of the field of view in front of the vehicle 2 seen through the windshield 3 (FIG. 9).
  • the virtual image is displayed by dividing the region into a plurality (for example, three regions) in the vertical direction, and the display distance adjustment unit 28 calculates and determines the display distance of the virtual image (see FIG. 6). 7), the display distance adjusting mechanism 28 drives the display distance adjusting mechanism 40 to control the display distance of the image projected from the image display device 30 (see S29 in FIG. 7).
  • the focus position must be moved to the display position of the virtual image. For the driver, therefore, the visibility of the display due to fatigue or the virtual image is reduced. It may be the cause.
  • the measurement may be performed only at a distance (about 10 m), while it may be performed at a distance of about 10 to 100 m in a bright environment such as daytime.
  • the display distance of the virtual image is optimally controlled using the convergence angle of the driver, and further, Provided is a virtual image display distance control that performs control suitable for the traveling environment of the vehicle.
  • the convergence angle is a difference ( ⁇ 2 ⁇ 1) in the viewing direction ( ⁇ ) to different objects between the right eye and the left eye when viewing the object, as shown in FIG.
  • the convergence angle can be detected by, for example, a camera attached to a rearview mirror in front of the driver, a glasses-type wearable terminal device, or the like.
  • the convergence angle information including the above-described driver's convergence angle is acquired (S231). And a convergence distance (namely, a driver
  • the traveling road information is acquired from, for example, navigation information indicated by the vehicle information in FIG. 1 (S236). Thereafter, the maximum display distance is determined based on the acquired information (S237).
  • the maximum display distance is a value set in advance for various external light brightness and travel road information.
  • the maximum display distance is set in advance as a table as shown in FIG.
  • the data is stored in a storage medium such as the memory 24 in the control unit 20.
  • the virtual image display distance control based on the convergence angle and the like described in detail above solves the problems caused by the difference between the virtual image display distance and the driver's focal length during driving, and also in the driving environment of the vehicle. It is possible to realize a head-up display device capable of displaying suitable and excellent visibility.
  • this software is stored in advance in a memory in the control unit 20, for example, and is executed by the ECU 21 (see, for example, FIGS. 3 to 5) during the processing shown in FIG.
  • the elevation angle from the eye point which is the eye of the driver 5 is changed according to a change in distance from the eye point (hereinafter also referred to as “display distance”) (for example, 5 m to 100 m). Changes as shown.
  • display distance for example, 5 m to 100 m. Changes as shown.
  • the height of an eye point changes also with a driver
  • the angle over which the road surface is looked down from the eye point (that is, the angle with respect to the horizontal plane indicated by the alternate long and short dash line in the figure) is defined as “a depression angle”. And is defined as “elevation angle”. Hereinafter, when both are not specifically limited and referred to, it is expressed as an elevation angle.
  • the elevation angle with respect to the distance (display distance) to the road surface displaying the virtual image is uniquely determined and can be easily calculated. It becomes. Therefore, by using this elevation angle, it is possible to optimally control the display distance of the virtual image even if the height of the eye point of the driver 5 changes.
  • FIG. 26 and FIG. 27 show a flowchart of display position change processing, which is an example for realizing the control of the display distance of the virtual image based on the above-described eyepoint height, and the display position calculation as the details thereof.
  • FIG. 26 shows at which position in the flowchart of the normal operation of the head-up display device shown in FIG. 7 the flowchart of FIG. 27 is executed. It is executed in step S23-1 during S24.
  • the eye point height is acquired (S261).
  • the eye point height can be acquired from, for example, a camera (inside the vehicle) 115 (see FIG. 3) attached to a rearview mirror or the like or a seat position.
  • the relationship between the distance to the road surface and the elevation angle is calculated (S262), and the current display distance and the elevation angle are calculated (S263).
  • the current elevation angle calculated above is compared with the elevation angle (calculated in S262) of the road surface corresponding to the current display distance (S264).
  • the series of processing is terminated, and the current elevation angle and the elevation angle of the road surface are terminated.
  • the displayed elevation angle is changed to a position that is the elevation angle of the road surface corresponding to the distance, and the series of processing ends. That is, according to the above-described display position calculation, a suitable virtual image display in which the display distance of the virtual image from the eye point is matched with the road surface is realized.
  • this software is stored in advance in a memory in the control unit 20, for example, and is executed by the ECU 21 (see, for example, FIGS. 3 to 5) during the processing shown in FIG.
  • the HUD display area 35 in the windshield 3 an area for displaying a virtual image.
  • the display distance of the virtual image may be continuously changed from the lower side to the upper side.
  • the HUD display area 35 the area is divided into a plurality (three areas 35-1, 35-2, 35-3 in this example) from the bottom to the top, and in each area Similarly, the display position of the virtual image to be displayed can be set to a fixed surface (position) displayed for each divided area.
  • the HUD display area 35 is divided into a plurality of areas, it is preferable to set an interval (distance) between the display areas so that an optical path interference does not occur.
  • the license plate of the preceding vehicle that the driver will watch closely is usually attached at a position of 0.5 to 0.8 m from the road surface, and on the road ahead.
  • an alert virtual image
  • Table 2 The relationship between the elevation angle and the display distance in this case is shown in Table 2 below.
  • the height of the eye point is assumed to be 1.2 m, and the height of the observation object is assumed to be 0.5 m.
  • the virtual image may be displayed continuously in the HUD display area 35 in the windshield 3 as shown in FIG.
  • the area 35 may be divided into a plurality of parts and displayed in stages (not shown).
  • FIGS. 30A and 30B show a case where the height from the road surface of the virtual image to be displayed can be arbitrarily set for each display distance of the virtual image. That is, in the illustrated example, the height is set to 0.5 m at a distance of C: 5 m, 0.8 m at a distance of B: 30 m, and 1.5 m at a distance of A: 100 m. An example is shown. This is to make the sense of distance between the scenery and the virtual image more suitable when the driver sees other backgrounds in addition to the license plate or the pedestrian as described above. The relationship between the elevation angle and the display distance in this case is shown in Table 3 below.
  • the height of the eye point is 1.2 m here as well.
  • the virtual image may be continuously displayed in the HUD display area 35 in the windshield 3 as shown above (shown in FIG. 30B), or the HUD display area. 35 may be divided and displayed in stages (not shown).
  • the reason for changing the height from the road surface for each display distance as described above is that if the height is constant with respect to the distance of the observation object, the virtual image display object will be superposed too much.
  • a distant vehicle or a pedestrian that is an observation object looks small, and thus it is conceivable to shift the display position (height) of the alert so as not to disturb the visibility.
  • the display distance of the virtual image can be adjusted more appropriately.
  • the present invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
  • the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
  • the present invention can be used for a head-up display device using AR.
  • Display distance adjustment mechanism 41a ... Diffusion plate, 41b ... Diffusion plate, 41c ... Movable diffusion plate, 42a ... Lens, 42b ... Movable lens, 43a ... Movable optical filter, 43b ... Comb-like optical filter, 50 ... Mirror drive unit, 51 ... Mirror, 51a ... Mirror, 51b ... Dimming mirror, 52 ... Mirror, 60 ... Speaker, DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Vehicle speed sensor, 102 ... Shift position sensor, 103 ... Steering wheel angle sensor, 104 ... Headlight sensor, 105 ... Illuminance sensor, 106 ... Chromaticity sensor, 107 ... Ranging sensor, 108 ...

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Abstract

車両の走行状況に応じて虚像を実際の風景に適切に重畳させるよう表示することを可能とするヘッドアップディスプレイ装置を提供する。 【解決手段】車両２が検知することができる各種の車両情報４を取得する車両情報取得部１０と、車両情報４に基づいて、映像の表示を制御する制御部２０と、制御部２０からの指示に基づいて映像を形成する映像表示装置３０と、映像表示装置３０が形成した映像を反射してウィンドシールド３に投射するミラー５２と、制御部２０からの指示に基づいてミラー５２の角度を変化させるミラー駆動部５０と、運転者に対する虚像の表示距離を調整する表示距離調整機構４０とを有し、制御部２０は、車両情報４に基づいて、運転者に対して風景に虚像を重畳させて表示することが可能となるよう、ミラー駆動部５０を介してミラー５２の角度を調整する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置の技術に関し、特に、ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）を利用したヘッドアップディスプレイ装置に適用して有効な技術に関するものである。
　例えば、自動車等の車両において、通常は、車速やエンジン回転数等の情報は、ダッシュボード内の計器盤（インパネ）に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転者がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス（ウィンドシールド）に投射して表示するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）が知られている。
　ＨＵＤも含む車載の表示装置では、車両が走行状況に応じて振動したり傾いたりする場合があるため、表示映像の視認性に問題が生じる場合や、適切な内容を表示できない場合等が生じ得る。
　ＨＵＤにおける表示映像の視認性の改善等に関連する技術として、例えば、特開２０１３－２３７３２０号公報（特許文献１）には、車体に生じる回転成分を当該車体の傾きとして取得して、これに基づいて映像を３次元的に回転補正し、回転補正した映像を表示するための位置と傾きを決定して投影表示することが記載されている。
　また、特開２００７－５５３６５号公報（特許文献２）には、ＨＵＤに距離スケールを表示する際に、ナビゲーション装置の地図データから、自車両が現在走行している走行地点情報と、自車両が走行するであろう走行予定地点情報とを取得し、これに基づいて自車両が走行する道路の傾斜角度を取得して、傾斜角度に応じた補正係数を用いて距離スケールの地面からの表示高さを補正して表示することが記載されている。
　また、特開２００６－７８６７号公報（特許文献３）には、検出した右左折、加減速等の走行状況に応じて、生成した映像の表示位置を、例えば、左折を検出した場合には左の方向にシフトし、右折を検出した場合には右の方向にシフトする、等のように制御することが記載されている。
　また、特開２０１５－２０２８４２号公報（特許文献４）には、車両状態に従って運転者の視界が確保される方向に、映像情報の表示位置を移動させることが記載されている。
特開２０１３－２３７３２０号公報 特開２００７－５５３６５号公報 特開２００６－７８６７号公報 特開２０１５－２０２８４２号公報
　ＨＵＤは、映像をウィンドシールドに投射することで、当該映像を車外における虚像として運転者に認識させるものである。これに対し、ウィンドシールド越しに見える車外の実際の風景に虚像を重畳させるように表示することで、対象物等に係る情報を運転者に示すことを可能とするいわゆるＡＲ機能を実現するＨＵＤ（以下では「ＡＲ－ＨＵＤ」と記載する場合がある）が知られている。このようなＡＲ－ＨＵＤにおいても、車両の走行状況等に応じて表示映像の視認性や適切性等を維持するための調整を行う必要がある。
　この点、例えば、上記の特許文献１～３に記載されたような技術を用いることで、車両が走行状況に応じて振動したり傾いたりする場合でも、表示映像（虚像）の視認性や適切性に与える影響を低減・解消させることが可能である。一方で、これらの技術では、ＨＵＤにおける虚像の表示領域内に表示される映像を対象として、その表示位置や表示内容等を走行状況に応じて調整するものである。しかしながら、ＨＵＤの場合は、運転者の視線の移動量を低減させるという効果を車両の走行状況に関わらず得られるようにすることも考慮して、表示領域内の映像の調整だけでなく表示領域自体についても位置を移動させる等の調整を行うのが望ましい。
　この点、特許文献４に記載された技術では、車両状態に応じてＨＵＤにおける表示領域自体を移動させることが可能である。しかしながら、特許文献４に記載された技術は、車両状態に変化が生じた場合でも運転者の視界を確保することを目的としたものであり、ＨＵＤにおける表示領域を運転者の障害とならないような位置に移動させるものである。このような技術をＡＲ－ＨＵＤに適用すると、運転者の視界に含まれる実際の風景に虚像を重畳させることができなくなる場合が生じ、ＡＲ機能が実効性を有さないことになる。
　そこで本発明の目的は、車両の走行状況に応じて虚像を実際の風景に適切に重畳させるよう表示することを可能とするヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。
　本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
　本発明の代表的な実施の形態によるヘッドアップディスプレイ装置は、車両のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記車両の前方の風景に重畳させて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、前記車両が検知することができる各種の車両情報を取得する車両情報取得部と、前記車両情報取得部が取得した前記車両情報に基づいて、前記映像の表示を制御する制御部と、前記制御部からの指示に基づいて前記映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置が形成した前記映像を反射して前記ウィンドシールドに投射するミラーと、前記制御部からの指示に基づいて前記ミラーの角度を変化させるミラー駆動部と、前記運転者に対する前記虚像の表示距離を調整する表示距離調整機構と、を有するものである。
　そして、前記制御部は、前記車両情報に基づいて、前記運転者に対して前記風景に前記虚像を重畳させて表示することが可能となるよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整する。
　本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
　すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、ＡＲ－ＨＵＤにおいて車両の走行状況に応じて虚像を実際の風景に適切に重畳させるよう表示することが可能となる。
本発明の一実施の形態であるヘッドアップディスプレイ装置の全体の構成例について概要を示した機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の動作概念の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における車両情報の取得に係るハードウェア構成の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の構成例について詳細を示した機能ブロック図である。 本発明の一実施の形態における表示距離調整に係る構成の例について詳細を示した図である。 本発明の一実施の形態における初期動作の例について概要を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態における通常動作の例について概要を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態における明るさレベル調整処理の例について概要を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態における虚像の表示領域の位置を上下に調整する例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態におけるミラー調整処理の例について概要を示したフローチャートである。 本発明の一実施の形態における振動補正処理の例について概要を示したフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態における機能性液晶フィルムを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における機能性液晶フィルムによる拡散板の構成例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における複数枚のミラーを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における可動式レンズを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態における調光ミラーを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における調光ミラーの構成例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態における可動式拡散板を用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施の形態における可動式光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 本発明の一実施の形態におけるくし状光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。 運転中における運転者の焦点距離との違いによる問題点について説明する図である。 運転中における運転者の輻輳角について説明する図である。 本発明の一実施の形態における輻輳角等による虚像の表示距離制御の詳細な内容を示すフローチャートである。 上記の表示距離制御で使用する走行道路情報に対して予め設定されたテーブルの一例を示す図である。 アイポイントによる虚像の表示方法と距離制御を説明するため、虚像の表示距離を車両前方の路面上に設定した場合を示す図である。 アイポイント高さによる虚像の表示距離の制御を実現する表示位置変更処理の実行位置を示すフローチャートである。 アイポイント高さによる虚像の表示距離の制御を実現する表示位置変更処理の詳細を示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、虚像の表示距離が連続的に変更するように表示した場合、段階的に表示した場合の虚像の表示の例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、虚像の表示距離を車両前方の路面から一定の高さに設定した場合における仰俯角と表示距離とその場合の虚像の表示の例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、虚像の表示距離毎に表示する虚像の路面からの高さを任意に設定可能とする場合とその場合の虚像の表示の例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。
　＜装置構成＞
　図２は、本発明の一実施の形態であるヘッドアップディスプレイ装置の動作概念の例について概要を示した図である。本実施の形態のＡＲ－ＨＵＤ１では、プロジェクタやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等からなる映像表示装置３０に表示された映像を、ミラー５１やミラー５２（例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等）により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射する。
　運転者５は、ウィンドシールド３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド３を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。本実施の形態では、後述するように、ミラー５２の角度を調整することで、映像をウィンドシールド３に投射する位置を調整することにより、運転者５が見る虚像の表示位置を上下方向に調整することが可能である。また、後述する各種の手法を用いることで、虚像を近方（例えば２～３ｍ先）に表示したり、遠方（例えば３０～４０ｍ先）に表示したり等、表示距離を調整することも可能である。そして、虚像を車外の風景（道路や建物、人等）に重畳させるようにその表示位置や表示距離を調整することで、ＡＲ機能を実現する。
　図１は、本発明の一実施の形態であるヘッドアップディスプレイ装置の全体の構成例について概要を示した機能ブロック図である。車両２に搭載されたＡＲ－ＨＵＤ１は、例えば、車両情報取得部１０、制御部２０、映像表示装置３０、表示距離調整機構４０、ミラー駆動部５０、ミラー５２、およびスピーカ６０からなる。なお、図１の例では、車両２の形状を乗用車のように表示しているが、特にこれに限られず、車両一般に適宜適用することができる。
　車両情報取得部１０は、車両２の各部に設置された後述するような各種のセンサ等の情報取得デバイスからなり、車両２で生じた各種イベントを検知したり、所定の間隔で走行状況に係る各種パラメータの値を検知・取得したりすることで車両情報４を取得して出力する。車両情報４には、図示するように、例えば、車両２の速度情報やギア情報、ハンドル操舵角情報、ランプ点灯情報、外光情報、距離情報、赤外線情報、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報、カメラ映像情報（車内／車外）、加速度ジャイロ情報、ＧＰＳ（Global Positioning System）情報、ナビゲーション情報、車車間通信情報、および路車間通信情報等が含まれ得る。
　制御部２０は、ＡＲ－ＨＵＤ１の動作を制御する機能を有し、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とこれにより実行されるソフトウェアにより実装される。マイコンやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実装されていてもよい。制御部２０は、図２にも示したように、車両情報取得部１０から取得した車両情報４等に基づいて、虚像として表示する映像を映像表示装置３０を駆動して形成し、これをミラー５２等によって適宜反射させることでウィンドシールド３に投射する。そして、後述するような手法により、虚像の表示領域の表示位置を調整したり、虚像の表示距離を調整したり等の制御を行う。
　映像表示装置３０は、上述したように、例えば、プロジェクタやＬＣＤにより構成されるデバイスであり、制御部２０からの指示に基づいて虚像を表示するための映像を形成してこれを投射したり表示したりする。表示距離調整機構４０は、制御部２０からの指示に基づいて、表示される虚像の運転者５からの距離を調整するための機構であり、例えば、後述するような各種の表示距離調整手法のいずれか１つ以上を実装したものである。
　ミラー駆動部５０は、制御部２０からの指示に基づいてミラー５２の角度を調整し、虚像の表示領域の位置を上下方向に調整する。虚像の表示領域の位置の調整については後述する。スピーカ６０は、ＡＲ－ＨＵＤ１に係る音声出力を行う。例えば、ナビゲーションシステムの音声案内や、ＡＲ機能によって運転者５に警告等を通知する際の音声出力等を行うことができる。
　図３は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における車両情報４の取得に係るハードウェア構成の例について概要を示した図である。ここでは主に車両情報取得部１０および制御部２０の一部のハードウェア構成について示す。車両情報４の取得は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１の制御の下、ＥＣＵ２１に接続された各種のセンサ等の情報取得デバイスにより行われる。
　これらの情報取得デバイスとして、例えば、車速センサ１０１、シフトポジションセンサ１０２、ハンドル操舵角センサ１０３、ヘッドライトセンサ１０４、照度センサ１０５、色度センサ１０６、測距センサ１０７、赤外線センサ１０８、エンジン始動センサ１０９、加速度センサ１１０、ジャイロセンサ１１１、温度センサ１１２、路車間通信用無線受信機１１３、車車間通信用無線受信機１１４、カメラ（車内）１１５、カメラ（車外）１１６、ＧＰＳ受信機１１７、およびＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム、登録商標（以下同様））受信機１１８等の各デバイスを有する。必ずしもこれら全てのデバイスを備えている必要はなく、また、他の種類のデバイスを備えていてもよい。備えているデバイスによって取得できる車両情報４を適宜用いることができる。
　車速センサ１０１は、車両２の速度情報を取得する。シフトポジションセンサ１０２は、車両２の現在のギア情報を取得する。ハンドル操舵角センサ１０３は、ハンドル操舵角情報を取得する。ヘッドライトセンサ１０４は、ヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦに係るランプ点灯情報を取得する。照度センサ１０５および色度センサ１０６は、外光情報を取得する。測距センサ１０７は、車両２と外部の物体との間の距離情報を取得する。赤外線センサ１０８は、車両２の近距離における物体の有無や距離等に係る赤外線情報を取得する。エンジン始動センサ１０９は、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報を検知する。
　加速度センサ１１０およびジャイロセンサ１１１は、車両２の姿勢や挙動の情報として、加速度や角速度からなる加速度ジャイロ情報を取得する。温度センサ１１２は車内外の温度情報を取得する。路車間通信用無線受信機１１３および車車間通信用無線受信機１１４は、それぞれ、車両２と道路や標識、信号等との間の路車間通信により受信した路車間通信情報、および車両２と周辺の他の車両との間の車車間通信により受信した車車間通信情報を取得する。
　カメラ（車内）１１５およびカメラ（車外）１１６は、それぞれ、車内および車外の状況の動画像を撮影してカメラ映像情報（車内／車外）を取得する。カメラ（車内）１１５では、例えば、運転者５の姿勢や、眼の位置、動き等を撮影する。得られた動画像を解析することにより、例えば、運転者５の疲労状況や視線の位置等を把握することが可能である。また、カメラ（車外）１１６では、車両２の前方や後方等の周囲の状況を撮影する。得られた動画像を解析することにより、例えば、周辺の他の車両や人等の移動物の有無、建物や地形、路面状況（雨や積雪、凍結、凹凸等）等を把握することが可能である。
　ＧＰＳ受信機１１７およびＶＩＣＳ受信機１１８は、それぞれ、ＧＰＳ信号を受信して得られるＧＰＳ情報およびＶＩＣＳ信号を受信して得られるＶＩＣＳ情報を取得する。これらの情報を取得して利用するカーナビゲーションシステムの一部として実装されていてもよい。
　図４は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の構成例について詳細を示した機能ブロック図である。図４の例では、映像表示装置３０がプロジェクタである場合を示しており、映像表示装置３０は、例えば、光源３１、照明光学系３２、および表示素子３３等の各部を有する。光源３１は、投射用の照明光を発生する部材であり、例えば、高圧水銀ランプやキセノンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源、レーザー光源等を用いることができる。照明光学系３２は、光源３１で発生した照明光を集光し、より均一化して表示素子３３に照射する光学系である。表示素子３３は、投射する映像を生成する素子であり、例えば、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（登録商標）パネル等を用いることができる。
　制御部２０は、より詳細には、ＥＣＵ２１、音声出力部２２、不揮発性メモリ２３、メモリ２４、光源調整部２５、歪み補正部２６、表示素子駆動部２７、表示距離調整部２８、およびミラー調整部２９等の各部を有する。ＥＣＵ２１は、図３に示したように、車両情報取得部１０を介して車両情報４を取得するとともに、取得した情報を必要に応じて不揮発性メモリ２３やメモリ２４に記録、格納したり読み出したりする。不揮発性メモリ２３には、各種制御のための設定値やパラメータ等の設定情報が格納されていてもよい。また、ＥＣＵ２１は、専用のプログラムを実行させる等により、ＡＲ－ＨＵＤ１として表示する虚像に係る映像データを生成する。
　音声出力部２２は、必要に応じてスピーカ６０を介して音声情報を出力する。光源調整部２５は、映像表示装置３０の光源３１の発光量を調整する。光源３１が複数ある場合にはそれぞれ個別に制御するようにしてもよい。歪み補正部２６は、ＥＣＵ２１が生成した映像について、映像表示装置３０によって車両２のウィンドシールド３に投射した場合に、ウィンドシールド３の曲率によって生じる映像の歪みを画像処理により補正する。表示素子駆動部２７は、歪み補正部２６による補正後の映像データに応じた駆動信号を表示素子３３に対して送り、投射する映像を生成させる。
　表示距離調整部２８は、虚像の表示距離を調整する必要がある場合に、表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を調整する。虚像の表示距離を調整する各種手法については後述する。ミラー調整部２９は、虚像の表示領域自体の位置を調整する必要がある場合に、ミラー駆動部５０を介してミラー５２の角度を変更し、虚像の表示領域を上下に移動させる。虚像の表示領域の位置調整についても後述する。
　図５は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における表示距離調整に係る構成の例について詳細を示した図である。制御部２０の表示距離調整部２８は、さらに、ＥＣＵ２１により個別に制御される各部として、例えば、機能性液晶フィルムＯＮ／ＯＦＦ制御部２８１、レンズ可動部２８２、調光ミラーＯＮ／ＯＦＦ制御部２８３、拡散板可動部２８４、および光学フィルタ可動部２８５等を有する。また、これら各部により制御・駆動されるハードウェアやデバイス等として、表示距離調整機構４０は、さらに、機能性液晶フィルム４０１、レンズ可動機構４０２、調光ミラー４０３、拡散板可動機構４０４、および光学フィルタ可動機構４０５等を有する。これら各部による虚像の表示距離の調整手法については後述する。
　なお、ＡＲ－ＨＵＤ１としてはこれら各部やデバイス等を全て備えている必要はなく、後述する虚像の表示距離の調整手法の中から適用するものを実装するために必要な各部を適宜備えていればよい。
　＜処理内容＞
　図６は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の初期動作の例について概要を示したフローチャートである。停止中の車両２においてイグニッションスイッチがＯＮされることでＡＲ－ＨＵＤ１の電源がＯＮされると（Ｓ０１）、ＡＲ－ＨＵＤ１は、制御部２０からの指示に基づいて、まず、車両情報取得部１０により車両情報を取得する（Ｓ０２）。そして、制御部２０は、車両情報４のうち、照度センサ１０５や色度センサ１０６等により取得した外光情報に基づいて好適な明るさレベルを算出し（Ｓ０３）、光源調整部２５により光源３１の発光量を制御して、算出した明るさレベルとなるように設定する（Ｓ０４）。例えば、外光が明るい場合には明るさレベルを高くし、暗い場合には明るさレベルを低く設定する。
　その後、ＥＣＵ２１により、虚像として表示する映像（例えば、初期画像）を決定、生成し（Ｓ０５）、生成した映像に対して歪み補正部２６により歪みを補正する処理を実施した後（Ｓ０６）、表示素子駆動部２７により表示素子３３を駆動・制御して、投射する映像を形成させる（Ｓ０７）。これにより、映像がウィンドシールド３に投射され、運転者５は虚像を視認することができるようになる。その後、ＥＣＵ２１もしくは表示距離調整部２８により虚像の表示距離を算出・決定し（Ｓ０８）、表示距離調整部２８により表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を制御する（Ｓ０９）。
　ＡＲ－ＨＵＤ１全体で、上述した一連の初期動作も含む各部の起動・始動が完了すると、ＨＵＤ－ＯＮ信号が出力されるが、制御部２０ではこの信号を受けたか否かを判定する（Ｓ１１）。受けていなければ、さらにＨＵＤ－ＯＮ信号を一定時間待ち受け（Ｓ１２）、ステップＳ１１でＨＵＤ－ＯＮ信号を受けたと判定されるまで、ＨＵＤ－ＯＮ信号の待ち受け処理（Ｓ１２）を繰り返す。ステップＳ１１でＨＵＤ－ＯＮ信号を受けたと判定された場合は、後述するＡＲ－ＨＵＤ１の通常動作を開始し（Ｓ１３）、一連の初期動作を終了する。
　図７は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の通常動作の例について概要を示したフローチャートである。通常動作においても、基本的な処理の流れは上述の図６に示した初期動作と概ね同様である。まず、ＡＲ－ＨＵＤ１は、制御部２０からの指示に基づいて、車両情報取得部１０により車両情報を取得する（Ｓ２１）。そして、制御部２０は、車両情報４のうち、照度センサ１０５や色度センサ１０６等により取得した外光情報に基づいて明るさレベル調整処理を行う（Ｓ２２）。
　図８は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の明るさレベル調整処理の例について概要を示したフローチャートである。明るさレベル調整処理を開始すると、まず、取得した外光情報に基づいて好適な明るさレベルを算出する（Ｓ２２１）。そして、現状設定されている明るさレベルと比較することにより、明るさレベルの変更の要否を判定する（Ｓ２２２）。変更が不要である場合にはそのまま明るさレベル調整処理を終了する。一方、変更が必要である場合には、光源調整部２５により光源３１の発光量を制御して、変更後の明るさレベルとなるように設定し（Ｓ２２３）、明るさレベル調整処理を終了する。なお、ステップＳ２２２において、ステップＳ２２１で算出した好適な明るさレベルと、現状設定されている明るさレベルとの間に差分がある場合でも、差分が所定の閾値以上である場合にのみ明るさレベルの変更が必要であると判定するようにしてもよい。
　図７に戻り、その後、ＥＣＵ２１により、ステップＳ２１で取得した最新の車両情報４に基づいて、虚像として表示する映像を現状のものから必要に応じて変更し、変更後の映像を決定、生成する（Ｓ２３）。なお、車両情報４に基づいて表示内容を変更するパターンは、取得した車両情報４の内容やそれらの組み合わせ等に応じて多数のものがあり得る。例えば、速度情報が変化したことにより、常時表示されている速度表示の数値を変更する場合や、ナビゲーション情報に基づいて案内の矢印図形を表示／消去したり、矢印の形状や表示位置等を変更したりする場合等、様々なパターンがあり得る。
　その後、本実施の形態では、車両２の走行状況に応じて視認性や表示内容の適切性等を維持するための調整・補正処理を行う。まず、虚像の表示領域自体の位置を調整する必要がある場合に、ミラー駆動部５０を介してミラー５２の角度を変更し、虚像の表示領域を上下に移動させるミラー調整処理を行う（Ｓ２４）。その後さらに、車両２の振動に対して表示領域内における映像の表示位置を補正する振動補正処理を行う（Ｓ２５）。ステップＳ２４およびＳ２５の調整・補正処理の詳細な内容については後述する。
　その後、調整・補正した映像に対して歪み補正部２６により歪みを補正する処理を実施した後（Ｓ２６）、表示素子駆動部２７により表示素子３３を駆動・制御して投射する映像を形成させる（Ｓ２７）。そして、ＥＣＵ２１もしくは表示距離調整部２８により虚像の表示距離を算出・決定し（Ｓ２８）、表示距離調整部２８により表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を制御する（Ｓ２９）。
　上述した一連の通常動作を実行している際に、車両２の停止等に伴って電源ＯＦＦ等がなされると、ＡＲ－ＨＵＤ１に対してＨＵＤ－ＯＦＦ信号が出力されるが、制御部２０ではこの信号を受けたか否かを判定する（Ｓ３０）。ＨＵＤ－ＯＦＦ信号を受けていなければ、ステップＳ２１に戻って、ＨＵＤ－ＯＦＦ信号を受けるまで一連の通常動作を繰り返す。ＨＵＤ－ＯＦＦ信号を受けたと判定された場合は、一連の通常動作を終了する。
　＜ミラー調整処理＞
　図９は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示領域の位置を上下に調整する例について概要を示した図である。例えば、左、中央、右の各図において、上段には車両２が走行中の道路の勾配の状況と、運転者５の視野の状況を側面から見た状態を模式的に示している。また、下段には、それぞれの状態において、運転者５が見る車外の前方の風景と、これに重畳して表示される虚像の表示領域６（破線枠の矩形）の位置の状況を模式的に示している。
　左側の図では、上段の図に示すように、車両２の現在地の道路の勾配（上り方向）と前方の道路の勾配（上り方向）とが略同一である場合、すなわち概ね平坦な道路を走行している場合を示している。この場合は、下段の図に示すように、車外の前方の風景（図９の例では道路上を走行する前方の車両）にＡＲ機能により虚像（図９の例では感嘆符のマークもしくは画像）を重畳させて表示するには、虚像の表示領域６の上下方向の位置は通常のままでよい。すなわち、左側の下段の図に示す表示領域６の位置が、表示領域６の上下方向での基本の表示位置となる。
　一方、中央の図では、車両２の現在地の道路の勾配（上り方向）が、前方の道路の勾配（上り方向）より大きい場合、すなわち前方が下り坂の道路を走行している場合を示している。この場合は、上段の図に示すように、車両２の位置における勾配に基づく運転者５の視野の高さ（図中の実線枠）に対して、前方の道路上を視野に入れるには視野を下方向に移動させる（図中の点線枠）必要がある。そして、この場合、下段の図に示すように、虚像の表示領域６の表示位置が基本の表示位置（点線枠の矩形）のままでは、車外の前方の風景にＡＲ機能により虚像を重畳させることができないため、重畳させて表示するには表示領域６自体を下方向に移動させる必要がある。
　同様に、右側の図では、車両２の現在地の道路の勾配（上り方向）が、前方の道路の勾配（上り方向）より小さい場合、すなわち前方が上り坂の道路を走行している場合を示している。この場合は、上段の図に示すように、車両２の位置における勾配に基づく運転者５の視野の高さ（図中の実線枠）に対して、前方の道路上を視野に入れるには視野を上方向に移動させる（図中の点線枠）必要がある。そして、この場合も、下段の図に示すように、虚像の表示領域６の表示位置が基本の表示位置（点線枠の矩形）のままでは、車外の前方の風景にＡＲ機能により虚像を重畳させることができないため、重畳させて表示するには表示領域６自体を上方向に移動させる必要がある。
　このように、走行状況に応じて虚像の表示領域６の上下方向の位置を移動させることが必要となる状況は、図９の例に示したような現在位置の勾配と前方の道路の勾配との間に一定量以上の差分があるような場合に限られない。例えば、高速道路等において車両２の速度が大きくなった場合、運転者５の視線は通常時に比べて一般に遠くを見るようになり、視野の高さが上方向に移動することになる。したがって、例えば、通常時に比べてさらに前方に存在する他の車両等を含む車外の風景に対して虚像を重畳させるには、表示領域６を上方向に移動させる必要が生じ得る。車両２の走行中に運転者５の姿勢や体勢が変化する等により、運転者５の眼の高さ位置自体が変化し、これにより視野の高さが上下方向に移動する場合等も同様である。
　本実施の形態では、上述した図７のステップＳ２４のミラー調整処理において、車両２の走行状況に応じてミラー駆動部５０によりミラー５２の角度を制御して、虚像の表示領域の上下方向の位置を図９の例に示したように調整する。
　図１０は、図７のステップＳ２４のミラー調整処理の例について概要を示したフローチャートである。ミラー調整処理を開始すると、まず、現在のミラー５２の角度を取得し（Ｓ２４１）、さらに、車両情報４に基づいて、ミラー５２の角度の調整（すなわち虚像の表示領域の表示位置の調整）に関連するパラメータの現在値を取得する（Ｓ２４２）。
　必要となるパラメータの種類は、どのような条件で表示領域の表示位置を調整するかにより異なり得る。例えば、図９に示した例では、関連するパラメータ値として、車両２の現在位置の勾配と、前方の道路の勾配との差分（相対的な勾配）を示す値を取得する。例えば、加速度ジャイロ情報により得られる車両２の傾きの情報から現在位置の勾配を把握することができる。また、車外のカメラ映像情報を解析することで前方の道路の勾配を把握することも可能である。また、ナビゲーション情報から得られる３次元の道路・地形情報等に基づいて現在位置および前方の道路の勾配を得ることも可能である。
　次に、ステップＳ２４２で取得したパラメータ値に基づいて、予め定められた基準・条件等に基づいてミラー５２の目標角度を算出する（Ｓ２４３）。どのパラメータに基づいてどのようなロジックで目標角度を算出するかは、どのような条件で表示領域の表示位置を調整するかにより異なり得る。例えば、図９に示した例では、現在地と前方の道路との相対的な勾配の絶対値が所定の閾値以上である場合に、相対的な勾配の符号に応じてミラー５２の目標角度を決定する。上記の所定の閾値としては、例えば、虚像の表示領域の上下方向のＦＯＶ（Field Of View：視野角）の１／ｘ（ｘは所定の値）等とすることができる。
　なお、本実施の形態では、ステップＳ２４２で取得した現在のパラメータ値に基づいてミラー５２の目標角度を算出するものとしているが、現在のパラメータ値や過去の値の履歴の情報に基づいて近い将来の状況を予測し、予測結果に基づいて目標角度を算出するようにしてもよい。例えば、パラメータ値の過去の履歴に基づいて値の遷移の傾向を分析し、当該傾向に基づいて近い将来のパラメータ値を予測するようにしてもよい。また、車外の前方のカメラ映像情報を解析することで近い将来における車両２の周辺状況を予測したり、ナビゲーション情報に基づいて車両２の前方の道路状況を把握したりすることも可能である。
　次に、ステップＳ２４１で取得した現在のミラー５２の角度と、ステップＳ２４３で取得した目標のミラー５２の角度との差分の有無を判定する（Ｓ２４４）。判定に際しては、例えば、差分が所定の閾値以上である場合に差分ありと判定し、閾値以下の場合には差分なしと判定するようにしてもよい。また、差分ありの状態が一定時間以上継続した場合に限り差分ありと判定するようにしてもよい。これにより、例えば、車両２が縁石等の段差に乗り上げた場合等一時的・瞬間的に車両２の傾きが変化したような事象について、ミラー５２の調整対象から除外することができる。
　ステップＳ２４４で角度の差分がないと判定された場合は、そのままミラー調整処理を終了する。すなわち、ミラー５２の角度の調整は行わず、現状の角度のままとする。一方、角度の差分があると判定された場合は、目標角度となるように指定方向にミラー５２を回転させる（Ｓ２４５）。具体的には、ミラー駆動部５０に対してミラー５２を回転させる旨のミラー調整信号を出力する。そして、ミラー５２が目標角度に達したか否かを判定し（Ｓ２４６）、達していない場合にはステップＳ２４５に戻ってミラー５２の回転を継続する。すなわち、ミラー駆動部５０に対するミラー調整信号の出力を継続する。一方、ミラー５２が目標角度に達した場合は、ミラー５２の回転を停止する（Ｓ２４７）。すなわち、ミラー駆動部５０に対するミラー調整信号の出力を停止する。そして、一連のミラー調整処理を終了する。
　＜振動補正処理＞
　図１１は、図７のステップＳ２５の振動補正処理の例について概要を示したフローチャートである。振動補正処理を開始すると、まず、車両情報４に基づいて車両２の振動量の情報を取得する（Ｓ２５１）。例えば、加速度ジャイロ情報や車外のカメラ映像情報等に基づいて振動量（車両２における短周期の上下動の量）を把握することができる。なお、本実施の形態では、現在の車両情報４に基づいて振動情報を取得するものとしているが、例えば、車外の前方のカメラ映像情報を解析することで近い将来における車両２の周辺の路面状況を予測し、これに基づいて近い将来における車両２の振動量を予測するようにしてもよい。
　その後、ステップＳ２５１で取得した振動量が所定の閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ２５２）。閾値未満である場合は、振動が微小であるとしてそのまま振動補正処理を終了する。すなわち、振動に伴う表示映像の補正は行わない。一方、振動量が閾値以上である場合は、表示領域における映像の表示ズレ量を算出する（Ｓ２５３）。例えば、車両２の実際の高さと虚像の表示領域の高さとの比に基づいて、車両２の振動量から表示領域における映像の表示ズレ量を算出する。そして、算出した表示ズレ量に基づいて、表示領域内での映像の表示位置を上下にオフセットし（Ｓ２５４）、一連の振動補正処理を終了する。
　＜虚像の表示距離調整＞
　制御部２０の表示距離調整部２８は、虚像の表示距離を調整する必要がある場合に、表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を調整する。以下では、図５に示した表示距離調整部２８および表示距離調整機構４０の各部による、虚像の表示距離の調整手法について説明する。
　［機能性液晶フィルム］
　図１２は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における機能性液晶フィルム４０１を用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１２の例では、複数枚の機能性液晶フィルム４０１を拡散板（ディフューザ）４１ａとして使用する。そして、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、各機能性液晶フィルム４０１のエリア毎に白色状態にする箇所を変化させることで、エリア毎に焦点距離を変えて、虚像の表示距離（運転者５の眼の位置と虚像の表示位置との距離）を変化させる。
　図１３は、機能性液晶フィルム４０１による拡散板４１ａの構成例について概要を示した図である。機能性液晶フィルム４０１は、電気により透過状態と白色状態とを制御することができるフィルムである。機能性液晶フィルム４０１の白色状態の部分が拡散板としての機能を果たし、プロジェクタ３０ａにより投射された映像は、この白色状態の部分で結像する。本実施の形態では、複数枚の機能性液晶フィルム４０１について、それぞれ複数のエリア毎に個別に白色状態とするよう制御するものとする。
　図１２に戻り、図示するような構成において、プロジェクタ３０ａから投射された映像に基づく虚像の表示位置は、各機能性液晶フィルム４０１の白色状態の部分と、レンズ４２ａとの距離に応じて決定される。よって、レンズ４２ａとの距離がそれぞれ異なるように機能性液晶フィルム４０１を複数枚配置し、プロジェクタ３０ａから投射される映像について、図５に示した機能性液晶フィルムＯＮ／ＯＦＦ制御部２８１によりエリア毎に機能性液晶フィルム４０１のいずれか１つを白色状態とすることで、エリア毎に虚像の表示距離を変化させることができる。
　具体的には、例えば、図１２（ａ）に示すように、対象のエリア（例えば最上部）について、レンズ４２ａに最も近い位置に配置された機能性液晶フィルム４０１のみを白色状態とし、他を透過状態とすることで、対応する虚像の表示距離を最も近くすることができる。逆に、図１２（ｂ）に示すように、対象のエリア（例えば最上部）について、レンズ４２ａから最も遠い位置に配置された機能性液晶フィルム４０１のみを白色状態とし、他を透過状態とすることで、対応する虚像の表示距離を最も遠くすることができる。
　なお、図１２、図１３の例では、表示する映像について、上下方向に３つのエリアを設ける場合を例としているが、以下に説明する例も含めて、エリアの数はこれに限定されず、また、上下方向に限らず左右方向にエリアを分けることも当然可能である。また、機能性液晶フィルム４０１の枚数も図示するような３枚に限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。
　［ミラーの複数枚配置］
　図１４は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における複数枚のミラーを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１４の例では、ＬＣＤ３０ｂとレンズ４２ａとの間にミラー５１ａを図示するように複数配置し、ＬＣＤ３０ｂからの映像をエリア毎に異なるミラー５１ａにより反射してレンズ４２ａに入射させている。これにより、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの距離をエリア毎に異なるものとし、これに応じて虚像の表示距離を変えることができる。
　具体的には、例えば、図１４に示すように、ＬＣＤ３０ｂから最も遠い位置に配置されたミラー５１ａ（レンズ４２ａからも最も遠い）により反射されるエリアにおいてＬＣＤ３０ｂに映像を表示することで、対応する虚像の表示距離を最も遠くすることができる。逆に、ＬＣＤ３０ｂから最も近い位置に配置されたミラー５１ａ（レンズ４２ａからも最も近い）により反射されるエリアにおいてＬＣＤ３０ｂに映像を表示することで、対応する虚像の表示距離を最も近くすることができる。
　なお、図１４の例においても、ミラー５１ａの数は図示するような３枚に限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。
　［可動式レンズ］
　図１５は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における可動式レンズを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１５の例では、プロジェクタ３０ａから投射された映像は、拡散板（ディフューザ）４１ｂで結像した後、複数のエリアに分けて設けられた可動式レンズ４２ｂを介してミラー５２に入射される。
　ここで、各可動式レンズ４２ｂは、図５に示したレンズ可動部２８２およびレンズ可動機構４０２によって、それぞれ個別に光軸方向に沿って移動させることができる。プロジェクタ３０ａから投射された映像に基づく虚像の表示位置は、拡散板４１ｂと各可動式レンズ４２ｂとの距離に応じて決定される。よって、可動式レンズ４２ｂを移動させることで、エリア毎に焦点距離を変えて、虚像の表示距離を変化させることができる。
　具体的には、例えば、図１５に示すように、最上部のエリアのように可動式レンズ４２ｂを拡散板４１ｂに近い位置に移動させることで、対応する虚像の表示距離を近くすることができる。逆に、最下部のエリアのように可動式レンズ４２ｂを拡散板４１ｂから遠い位置に移動させることで、対応する虚像の表示距離を遠くすることができる。
　なお、図１５の例においても、可動式レンズ４２ｂの数は図示するような３つに限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。
　［調光ミラー］
　図１６は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における調光ミラー５１ｂを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１６の例では、ＬＣＤ３０ｂとレンズ４２ａとの間に複数の調光ミラー４０３を図示するように断面方向から見て行列状となるように配置することで調光ミラー５１ｂを構成する。そして、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、鏡状態とする調光ミラー４０３の箇所を変化させることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの距離をエリア毎に異なるものとし、これに応じて虚像の表示距離を変えることができる。
　図１７は、調光ミラー４０３の構成例について概要を示した図である。調光ミラー４０３は、電気により透過状態と鏡状態とを制御することができるフィルムやシート、ガラス等の部材である。透過状態となっている調光ミラー４０３は、ＬＣＤ３０ｂからの映像を透過し、鏡状態となっている調光ミラー４０３のみが、映像をレンズ４２ａの方向に反射させる。本実施の形態では、断面方向から見て行列状に配置された複数の調光ミラー４０３について、各行、各列（各エリア）につき１つの調光ミラー４０３のみが鏡状態となるよう、調光ミラーＯＮ／ＯＦＦ制御部２８３により制御するものとする。
　具体的には、例えば、図１６（ａ）に示すように、レンズ４２ａから最も近い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最下段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とすることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を最も短くすることができ、対応する虚像の表示距離を最も近くすることができる。逆に、レンズ４２ａから最も遠い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最上段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とすることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を最も長くすることができ、対応する虚像の表示距離を最も遠くすることができる。
　また、例えば、図１６（ｂ）に示すように、レンズ４２ａから最も近い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最上段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、また、レンズ４２ａから次に近い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最下段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とする。これにより、これらのエリアのＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を比較的短くすることができ、対応する虚像の表示距離を近くすることができる。逆に、レンズ４２ａから最も遠い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、中段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とすることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を他のエリアより比較的長くすることができ、対応する虚像の表示距離を遠くすることができる。
　なお、図１６、図１７の例においても、調光ミラー４０３の数は図示するような３行３列に限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。
　［可動式拡散板］
　図１８は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における可動式拡散板を用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１８の例では、プロジェクタ３０ａから投射された映像は、可動式拡散板（可動式ディフューザ）４１ｃで結像した後、レンズ４２ａを介してミラー５２に入射される。
　ここで、可動式拡散板４１ｃは、図５に示した拡散板可動部２８４および拡散板可動機構４０４によって、光軸方向に沿って移動および／または回転させることができる。プロジェクタ３０ａから投射された映像に基づく虚像の表示位置は、可動式拡散板４１ｃとレンズ４２ａとの距離および／または傾きに応じて決定される。よって、可動式拡散板４１ｃを移動および／または回転させることで、焦点距離を変えて虚像の表示距離を変化させることができる。
　具体的には、可動式拡散板４１ｃをレンズ４２ａに近い位置に移動および／または回転させることで、虚像の表示距離を近くすることができる。逆に、可動式拡散板４１ｃをレンズ４２ａから遠い位置に移動および／または回転させることで、虚像の表示距離を遠くすることができる。
　［可動式光学フィルタ］
　図１９は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における可動式光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１９の例では、レンズ４２ａと拡散板（ディフューザ）４１ｂとの間に可動式光学フィルタ４３ａを設置し、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、可動式光学フィルタ４３ａを光路に対して挿抜することで、エリア毎に焦点距離を変えて、虚像の表示距離を変化させる。
　光学フィルタは、レンズ等の光学部品単体もしくは組み合わせにより焦点距離を変える特性を有する部材である。本実施の形態では、それぞれ異なる屈折率を有する複数の光学フィルタを組み合わせて、領域毎に異なる屈折率を有する１つの光学フィルタを形成するとともに、光路に対して挿抜できるような可動式光学フィルタ４３ａとして構成する。領域毎に光学フィルタの焦点距離が異なることから、図５に示した光学フィルタ可動部２８５および光学フィルタ可動機構４０５によって、可動式光学フィルタ４３ａを光路に対して挿抜することで、エリア毎に虚像の表示距離を変化させることができる。
　具体的には、例えば、図１９（ａ）に示すように、可動式光学フィルタ４３ａ全体を光路に対して挿入することで、最下段のエリアに対応する光学フィルタの焦点距離を最も短くし、虚像の表示距離を遠くするとともに、最上段のエリアに対応する光学フィルタの焦点距離を最も長くし、虚像の表示距離を近くすることができる。また、例えば、図１９（ｂ）に示すように、可動式光学フィルタ４３ａを一部抜出して最下段のエリアが光学フィルタを通らないようにすることで、このエリアについては拡散板４１ｂとレンズ４２ａとの距離で虚像の表示距離が決まるようにし、光学フィルタを通る他のエリアよりも虚像の表示距離を遠くすることができる。
　なお、図１９の例においても、可動式光学フィルタ４３ａにおける焦点距離が異なる領域の数は図示するような３つに限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。
　［くし状光学フィルタ］
　図２０は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置におけるくし状光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図２０の例では、プロジェクタ３０ａから投射された映像は、拡散板（ディフューザ）４１ｂで結像した後、くし状光学フィルタ４３ｂおよびレンズ４２ａを介してミラー５２に入射される。
　くし状光学フィルタ４３ｂは、レンズと同様の機能を有して焦点距離に応じて虚像の表示距離を変えることができる光学フィルタ部分がくし状に設けられた部材である。図２０に示すように、例えば、プロジェクタ３０ａから投射された映像のライン単位（１ライン毎に限らず、任意のライン毎とすることができる）で光学フィルタ部分と光学フィルタがない部分とを対応させることで、ライン単位で虚像の表示距離を変えることができる。
　具体的には、光学フィルタ部分に対応するラインの映像に基づく虚像の表示距離を近くし、光学フィルタがない部分に対応するラインの映像に基づく虚像の表示距離を遠くすることができる。
　以上に説明したように、本発明の一実施の形態であるヘッドアップディスプレイ装置によれば、車両２の走行状況によって、車両２の前方の風景に虚像を重畳させることができなくなるような場合でも、虚像の表示領域自体の表示位置を上下方向に動的に調整することで、虚像を前方の風景に適切に重畳させてＡＲ機能を実現することが可能となる。さらに、走行状況等に応じて虚像の表示距離を適切に調整することも可能となる。
　なお、以上に詳述した実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の通常動作においては、ウィンドシールド３を介して見える車両２の前方の視界内の一部に、虚像を表示するための領域（図９の符号６を参照）を設け、当該領域を垂直方向に複数（例えば３つの領域）に分割して虚像を表示すると共に、それぞれ、表示距離調整部２８により虚像の表示距離を算出・決定し（図７のＳ２８を参照）、表示距離調整部２８により表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を制御する（図７のＳ２９を参照）ものとして説明されている。
　以下には、さらに、虚像の表示方法とそのための距離制御のより詳細について、図面を参照しながら説明する。
　＜輻輳角等による虚像の表示距離制御＞
　まず、運転中における運転者の焦点距離との違いによる問題点について、図２１を参照しながら説明する。
　図において、運転者が見ている対象物（運転者の焦点）が、運転者５の眼であるアイポイントから５ｍの位置で、かつ、水平面に対する下方への俯角＝８°（図のＰＡ点）にあり、他方、ヘッドアップディスプレイ装置により表示される現在の虚像（本例では、「６０ｋｍ」の走行速度表示）の位置が、俯角＝４°、かつ、距離＝７ｍの場合（図のＰＢ点）、運転者が自車の走行速度を確認しようとすると、焦点位置を虚像の表示位置まで移動しなければならず、そのため、運転者にとっては、疲労や虚像による表示の視認性の低下の原因となることが考えられる。また、夜間やトンネル内のような薄暗い環境下で運転する場合には、遠方は視認することが困難となり、運転者の視認距離は必然的に近距離となるため、虚像の表示を比較的近距離（１０ｍ程度）の位置でのみ行い、一方、日中等の明るい環境下では、１０～１００ｍ程度の遠方の距離で行ってもよいことが分かった。
　そこで、以下に述べる実施例では、上述した発明者らの知見に基づいてなされたものであり、虚像の表示距離を、運転者の輻輳角を利用して最適に制御すると共に、さらには、上述した車両の走行環境下に適した制御を行う虚像の表示距離制御を提供する。
　一般に知られるように、輻輳角とは、図２２にも示すように、物体を見る時の右目と左目とで異なる物体への視方向（θ)の差(θ２－θ１)であり、すなわち、物体から見て右目と左目とのなす角である。なお、この輻輳角は、例えば、運転者の前方にバックミラーに取り付けたカメラやメガネ型のウェアラブル端末機器等により検出することができる。
　続いて、上述した輻輳角等による虚像の表示距離制御の詳細な内容について、図２３のフローチャートを参照しながら説明する。
　表示距離制御が開始されると、まず、上述した運転者の輻輳角を含む輻輳角情報を取得する（Ｓ２３１）。そして、取得した輻輳角から輻輳距離（すなわち、運転者の焦点距離）を算出する（Ｓ２３２）。
　その後、現在の虚像の表示距離と比較し（Ｓ２３３）、その結果、差がある（Ｙｅｓ）と判定された場合には、算出された表示距離に変更（Ｓ２３４）した後に、他方、差がない（Ｎｏ）と判定された場合には、そのまま、次のステップへ移行し、外光の明るさを取得する（Ｓ２３５）。なお、この外光の明るさは、上記図３の照度センサ１０５等から得られる。
　さらに、次のステップでは、走行道路情報を、例えば、図１の車両情報で示すナビゲーション情報から取得する（Ｓ２３６）。その後、これらの取得した情報に基づいて、最大表示距離を決定する（Ｓ２３７）。
　なお、この最大表示距離は、各種の外光の明るさや走行道路情報に対して予め設定された値であり、その一例として、図２４に示すように予めテーブルとして設定して、上記図４の制御部２０内のメモリ２４等の記憶媒体内に格納しておく。
　その後、上記で得られた表示距離が当該最大表示距離以上であるか否かを判定する（Ｓ２３８）。判定の結果、最大表示距離以上（Ｙｅｓ）と判定された場合には、表示距離を当該最大表示距離に変更（Ｓ２３９）した後に、他方、最大表示距離以下（Ｎｏ）と判定された場合には、そのまま次のステップへ移行し、表示距離制御を行って（Ｓ２４０）、一連の表示距離算出の処理を終了する。
　すなわち、上記に詳述した輻輳角等による虚像の表示距離制御によれば、虚像の表示距離と運転中における運転者の焦点距離との違いによる問題点を解消すると共に、車両の走行環境にも適合した視認性に優れた表示が可能なヘッドアップディスプレイ装置を実現することが可能となる。
　なお、このソフトウェアは、例えば、制御部２０内のメモリ内に予め格納されて、上記図７に示す処理中において、ＥＣＵ２１（例えば、図３～５を参照）により実行されるものである。
　＜アイポイントによる虚像の表示方法と距離制御＞
　まず、図２５には、虚像の表示距離を車両前方の路面上（すなわち、運転者５の観察対象物の高さ＝０ｍ）に設定した場合について説明する。この場合、運転者５の眼であるアイポイントからの仰俯角は、アイポイントからの距離（以下、「表示距離」とも言う）の変化に伴って（例えば、５ｍ～１００ｍ）、以下の表１に示すように変化する。なお、アイポイントの高さは、運転者や運転状況によっても異なるが、ここでは、一例として、１．２ｍであるとしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１では、アイポイントから路面を見下ろす角度（すなわち、図中に一点鎖線で示す水平面に対する角度）を「俯角」と定義し、一方、アイポイントから水平面の上方を見る角度は、マイナス符号で示し、「仰角」と定義している。
双方を特に限定して言及しない場合は以降、仰俯角と表現する。
　以上からも明らかなように、運転者５のアイポイントの高さが決定されれば、虚像を表示する路面までの距離（表示距離）に対する仰俯角は一義的に定まり、容易に算出されることとなる。そこで、この仰俯角を利用することにより、運転者５のアイポイントの高さが変化しても虚像の表示距離を最適に制御することが可能となる。
　図２６および図２７には、上述したアイポイント高さによる虚像の表示距離の制御を実現するための一例である表示位置変更処理とその詳細である表示位置算出のフローチャートが示される。なお、図２６は、図２７のフローチャートが、上記図７で示したヘッドアップディスプレイ装置の通常動作のフローチャート内のどの位置で実行されるかを示したものであり、具体的には、Ｓ２３とＳ２４の間のステップＳ２３-１において実行される。
　図において、表示位置算出が開始すると、まず、アイポイント高さを取得する（Ｓ２６１）。このアイポイント高さは、例えば、バックミラー等に取り付けたカメラ（車内）１１５（図３を参照）やシートポジションから取得することができる。続いて、路面までの距離と仰俯角の関係を算出し（Ｓ２６２）、さらに、現在の表示距離と仰俯角とを算出する（Ｓ２６３）。
　続いて、上記で算出した現在の仰俯角を、現在の表示距離に対応した路面の仰俯角（Ｓ２６２で算出）と比較する（Ｓ２６４）。その結果、現在の仰俯角と路面の仰俯角に差がない（Ｓ２６５で「Ｎｏ」）と判定された場合には、そのまま一連の処理を終了し、他方、現在の仰俯角と路面の仰俯角に差がある（Ｓ２６５で「Ｙｅｓ」）と判定された場合には、表示する仰俯角を、距離に対応した路面の仰俯角となる位置へ変更して、一連の処理を終了する。すなわち、上述した表示位置算出によれば、アイポイントからの虚像の表示距離を路面上に合わせた好適な虚像の表示が実現されることとなる。
　なお、このソフトウェアは、例えば、制御部２０内のメモリ内に予め格納されて、上記図７に示す処理中において、ＥＣＵ２１（例えば、図３～５を参照）により実行されるものである。
　また、この場合の虚像の表示方法としては、まず、図２８（ａ）に示すように、ウィンドシールド３内のＨＵＤ表示領域３５（虚像を表示するための領域。図９の符号６を参照）内において、その下方から上方に向かって虚像の表示距離が連続的に変更するように表示してもよい。
　あるいは、虚像を表示する路面までの距離（表示距離）を段階的に設定することによれば（図２５のＡ（１００ｍ）、Ｂ（３０ｍ）、Ｃ（５ｍ）を参照）、図２８（ｂ）に示すように、ＨＵＤ表示領域３５内において、下から上の方向に、複数（本例では３つの領域３５－１、３５－２、３５－３）に分割し、そして、各領域内に表示させる虚像の表示位置についても、同様に、分割された領域毎に表示される固定面（位置）に設定することも可能である。なお、ＨＵＤ表示領域３５内を複数の領域に分割する場合には、表示領域間の間隔（距離）を、光路干渉が発生しない程度に空けるように設定することが好ましい。
　また、図２９（ａ）および（ｂ）には、上記の例に代え、虚像の表示距離を車両前方の路面から一定の高さに設定した場合における仰俯角と表示距離について説明する。なお、この場合には、運転者が先行車両のナンバープレートまたは歩行者等を見る場合が多いこと等を想定して、運転者から見ている景色と虚像の距離感とを適合させるためである。
　より具体的には、運転者が注視するであろう先行車両のナンバープレートは、通常、路面から０．５～０．８ｍの位置に取り付けられていることが多いこと、また、前方の路上での歩行者の存在を注意喚起するためのアラート（虚像）を表示する場合には、当該歩行者の腰の位置付近にアラート表示を行うことが好適であること等が考えられ、そのため、ある程度の高さをもたせることが有利であることを考慮したものである。なお、この場合の仰俯角と表示距離との関係を、以下の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　なお、ここでも、アイポイントの高さは、１．２ｍであるとしており、観測対象物の高さは０．５ｍと想定している。
　この場合の虚像の表示方法としては、上記と同様、図２９（ｂ）に示すように、虚像をウィンドシールド３内のＨＵＤ表示領域３５内において連続的に表示してもよく、あるいは、ＨＵＤ表示領域３５を複数に分割して段階的に表示してもよい（図示せず）。
　加えて、図３０（ａ）および（ｂ）には、虚像の表示距離毎に、表示する虚像の路面からの高さを任意に設定可能とする場合について示す。すなわち、図示の例では、Ｃ：５ｍの距離では０．５ｍの高さに、Ｂ：３０ｍの距離では０．８ｍの高さに、Ａ：１００ｍの距離では１．５ｍの高さに設定した例を示す。これは、上述のようにナンバープレートまたは歩行者等に加え、その他の背景をも含めて運転者が見る場合、景色と虚像の距離感をより適合させるためである。なお、この場合の仰俯角と表示距離との関係を、以下の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　なお、ここでも、アイポイントの高さは、１．２ｍであるとしている。
　この場合の虚像の表示方法についても、上記と同様、虚像をウィンドシールド３内のＨＵＤ表示領域３５内において連続的に表示してもよく（図３０（ｂ）に示す）、あるいは、ＨＵＤ表示領域３５を複数に分割して段階的に表示してもよい（図示せず）。
　なお、上述のように路面からの高さを表示距離毎に変える理由としては、観察対象物の距離に対して高さが一定である場合、虚像の表示物が重畳し過ぎてしまい、それでは逆に、視認を妨げてしまい、虚像の表示位置を意図的にずらす場合が考えられることによる。より具体的な一例として、観察対象物である遠方の車両や歩行者等は小さく見えるため、それらの視認性を妨げないようにアラートの表示位置（高さ）をずらす等が考えられる。
　すなわち、以上に詳述したアイポイントによる虚像の表示方法と距離制御によれば、虚像の表示距離をより適切に調整することが可能となる。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　本発明は、ＡＲを利用したヘッドアップディスプレイ装置に利用可能である。
１…ＡＲ－ＨＵＤ、２…車両、３…ウィンドシールド、４…車両情報、５…運転者、６…表示領域、
１０…車両情報取得部、
２０…制御部、２１…ＥＣＵ、２２…音声出力部、２３…不揮発性メモリ、２４…メモリ、２５…光源調整部、２６…歪み補正部、２７…表示素子駆動部、２８…表示距離調整部、２９…ミラー調整部、
３０…映像表示装置、３０ａ…プロジェクタ、３０ｂ…ＬＣＤ、３１…光源、３２…照明光学系、３３…表示素子、３５，３５－１、３５－２、３５－３…ＨＵＤ表示領域、
４０…表示距離調整機構、４１ａ…拡散板、４１ｂ…拡散板、４１ｃ…可動式拡散板、４２ａ…レンズ、４２ｂ…可動式レンズ、４３ａ…可動式光学フィルタ、４３ｂ…くし状光学フィルタ、
５０…ミラー駆動部、５１…ミラー、５１ａ…ミラー、５１ｂ…調光ミラー、５２…ミラー、
６０…スピーカ、
１０１…車速センサ、１０２…シフトポジションセンサ、１０３…ハンドル操舵角センサ、１０４…ヘッドライトセンサ、１０５…照度センサ、１０６…色度センサ、１０７…測距センサ、１０８…赤外線センサ、１０９…エンジン始動センサ、１１０…加速度センサ、１１１…ジャイロセンサ、１１２…温度センサ、１１３…路車間通信用無線受信機、１１４…車車間通信用無線受信機、１１５…カメラ（車内）、１１６…カメラ（車外）、１１７…ＧＰＳ受信機、１１８…ＶＩＣＳ受信機、
２８１…機能性液晶フィルムＯＮ／ＯＦＦ制御部、２８２…レンズ可動部、２８３…調光ミラーＯＮ／ＯＦＦ制御部、２８４…拡散板可動部、２８５…光学フィルタ可動部、
４０１…機能性液晶フィルム、４０２…レンズ可動機構、４０３…調光ミラー、４０４…拡散板可動機構、４０５…光学フィルタ可動機構。
 

Claims (12)

  1. 　車両のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記車両の前方の風景に重畳させて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、
    　前記車両が検知することができる各種の車両情報を取得する車両情報取得部と、
    　前記車両情報取得部が取得した前記車両情報に基づいて、前記映像の表示を制御する制御部と、
    　前記制御部からの指示に基づいて前記映像を形成する映像表示装置と、
    　前記映像表示装置が形成した前記映像を反射して前記ウィンドシールドに投射するミラーと、
    　前記制御部からの指示に基づいて前記ミラーの角度を変化させるミラー駆動部と、
    　前記運転者に対する前記虚像の表示距離を調整する表示距離調整機構と、を有し、
    　前記制御部は、前記車両情報に基づいて、前記運転者に対して前記風景に前記虚像を重畳させて表示することが可能となるよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、
    　前記車両情報取得部から前記車両情報として前方の道路の第１の勾配に係る情報と、現在地の道路の第２の勾配に係る情報とを取得し、
    　前記第１の勾配の方が前記第２の勾配より所定の閾値以上大きい場合は、前記虚像の表示位置が上方向に移動するよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整し、
    　前記第２の勾配の方が前記第１の勾配より所定の閾値以上大きい場合は、前記虚像の表示位置が下方向に移動するよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、前記第１の勾配の方が前記第２の勾配より所定の閾値以上大きい状態、もしくは前記第２の勾配の方が前記第１の勾配より所定の閾値以上大きい状態が、所定の時間以上継続した場合にのみ、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、
    　前記車両情報取得部から前記車両情報として前記車両の速度に係る情報を取得し、
    　前記速度が所定の閾値より大きい場合は、前記虚像の表示位置が上方向に移動するよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、
    　前記車両情報取得部から前記車両情報として前記運転者の眼の高さ位置に係る情報を取得し、
    　前記高さ位置が所定の閾値より高い場合は、前記虚像の表示位置が上方向に移動するよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整し、
    　前記高さ位置が所定の閾値より低い場合は、前記虚像の表示位置が下方向に移動するよう、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、
    　前記車両情報取得部から前記車両情報として前記車両の振動量に係る情報を取得し、
    　前記振動量に応じて、前記映像の表示領域内で前記映像をオフセットさせる、ヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、前記車両情報に基づいて、前記運転者が見ている焦点に適合して重畳させて表示するように前記虚像の表示位置を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、輻輳角情報を取得し、前記輻輳角情報に基づく輻輳角に応じて、前記運転者が見ている焦点に適合して重畳させて表示するように前記虚像の表示位置を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記車両情報は、前記車両の外部の明るさ、走行する道路の情報を含んでおり、
    　前記制御部は、前記情報により設定された最大表示距離に基づいて、前記運転者が見ている焦点に適合して重畳させて表示するように前記虚像の表示位置を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、アイポイント情報を取得し、前記アイポイント情報に基づくアイポイントと、該アイポイントから路面までの距離との関係に基づいて、前記虚像を前記風景に重畳させて表示する表示位置を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  11. 　請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、前記虚像を表示する前記表示位置の前記路面からの高さを、前記アイポイントからの距離に比例して連続的に変化して、前記虚像を前記風景に重畳させて表示する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  12. 　請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記制御部は、前記虚像を表示する前記表示位置の前記路面からの高さを、前記アイポイントからの距離に対応して異なる高さに変化して、前記虚像を前記風景に重畳させて表示する、ヘッドアップディスプレイ装置。
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