(57)【要約】【課題】運転者の利便性を改善するため運転者に対して情報を表示するヘッドアップディスプレイを車両に設けること。【解決手段】ユーザがディスプレイ画面を通して環境を見ている間にユーザの視界にグラフィック要素を表示するためのヘッドアップディスプレイ装置である。ヘッドアップディスプレイ装置は、ユーザがディスプレイ画面を通して環境を見ている間にユーザの視界の前方焦点面にグラフィック要素を投影する少なくとも１つのプロジェクタと、ユーザがディスプレイ画面を通して環境を見ている間にユーザの視界の地面平行焦点面にグラフィック要素を投影する少なくとも１つのプロジェクタと、を備える。前方焦点面にグラフィック要素を投影するプロジェクタは、ユーザの視線の方向に前方焦点面を移動させるようにプロジェクタを線形移動させるアクチュエータに取り付けられている。地面平行焦点面に投影するプロジェクタは、地面平行焦点面が静止するように固定して配置されている。【選択図】図１
2014181025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザがヘッドアップディスプレイ装置のディスプレイ画面を通して環境を見ている間に前記ユーザの視界にグラフィック要素を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
第１プロジェクタと、
前記第１プロジェクタが取り付けられている第１アクチュエータと、
を備えており、
前記第１プロジェクタは、前記ユーザが前記ディスプレイ画面を通して前記環境を見ている間に前記ユーザの視界の第一焦点面に第１グラフィック要素を投影するように構成されており、前記第一焦点面は、前記ユーザの視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、
前記第１アクチュエータは、前記第１プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第１プロジェクタを線形移動させることによって前記第１グラフィック要素の前記第一焦点面は前記ユーザの前記視線の方向に移動することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記ユーザが前記ディスプレイ画面を通して前記環境を見ている間に前記ユーザの視界の第二焦点面に第２グラフィック要素を投影するように構成された第２プロジェクタを更に備えており、前記第二焦点面は、地面に対して実質的に平行する方向に向けられており、
前記第２プロジェクタは、前記第２グラフィック要素の前記第二焦点面が静止するように固定されて配置されている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記ユーザが前記ディスプレイ画面を通して前記環境を見ている間に前記ユーザの視界の第三焦点面に第３グラフィック要素を投影するように構成された第３プロジェクタと、
前記第３プロジェクタが取り付けられている第２アクチュエータと、
前記ユーザの視界の第四焦点面に第４グラフィック要素を投影するように構成された第４プロジェクタと、
を更に備えており、
前記第三焦点面は、前記ユーザの前記視線の方向に対して実質的に直交する方向に向けられており、
前記第２アクチュエータは、前記第３プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第３プロジェクタを線形移動させることによって前記第３グラフィック要素の前記第三焦点面は前記ユーザの前記視線の方向に移動し、
前記第四焦点面は、前記地面に対して実質的に平行する方向に向けられているとともに前記地面の上方に設けられており、前記第４プロジェクタは、前記第４グラフィック要素の前記第四焦点面が静止するように固定されて配置されており、前記第２プロジェクタは、前記第二焦点面が前記地面に設けられるように前記第２グラフィック要素を投影するように構成されている請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータは、それぞれ独立して動作して前記第１プロジェクタおよび前記第３プロジェクタを移動させ、もって、前記第一焦点面および前記第三焦点面が互いに独立して移動可能となる請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記第１プロジェクタ、前記第２プロジェクタ、前記第３プロジェクタ、および前記第４プロジェクタの各々からの投影を受けて組み合わせて単一の投影出力にする中央ビームスプリッタと、
前記中央ビームスプリッタから前記単一の投影出力を受けるとともに前記ユーザの視界の前記ディスプレイ画面に向かって前記単一の投影出力を出すように配設された少なくとも１つのレンズと、
を更に備えている請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１プロジェクタおよび前記第２プロジェクタの各々からの投影を受けて組み合わせて単一の投影出力にする中央ビームスプリッタと、
前記中央ビームスプリッタから前記単一の投影出力を受けるとともに前記ユーザの視界の前記ディスプレイ画面に向かって前記単一の投影出力を出すように配設された少なくとも１つのレンズと、
を更に備えている請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記グラフィック要素は少なくとも１つのコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素を含む請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
コントローラを更に備えており、前記コントローラは、
少なくとも１つの関連する制御システムと通信し、
前記少なくとも１つの関連する制御システムとの通信に基づいて目標第１グラフィック要素位置を決定し、
前記第一焦点面が前記目標第１グラフィック要素位置まで移動するように前記第１プロジェクタを線形移動させるよう前記第１アクチュエータを制御するように構成されている請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システムであって、
運転者が前記車両のフロントガラスを通じて環境を見ている間に前記車両のユーザの視界にグラフィック要素を表示する車両ヘッドアップディスプレイ装置と、
コントローラと、
を備えており、
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、
前記運転者の視界の第一焦点面に第１グラフィック要素を投影するように構成されている第１プロジェクタと、
前記運転者の視界の第二焦点面に第２グラフィック要素を投影するように構成されている第２プロジェクタと、
を備えており、
前記第一焦点面は、前記運転者の視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、前記第１プロジェクタは、前記運転者の前記視線の方向に前記第一焦点面を移動させるように構成されており、
前記第二焦点面は、静止しており、地面と実質的に平行する方向に向けられており、
前記コントローラは、
少なくとも１つの関連する車両制御システムと通信し、前記少なくとも１つの関連する車両制御システムとの通信に基づいて第１および第２グラフィック要素を表示するように前記車両ヘッドアップディスプレイ装置を制御するように構成されていることを特徴とする車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記少なくとも１つの関連する車両制御システムとの通信に基づいて目標第１グラフィック要素位置を決定し、
前記第一焦点面を前記目標第１グラフィック要素位置まで移動させるように前記第１プロジェクタを制御するように構成されている請求項９に記載の車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１１】
前記車両ヘッドアップディスプレイ装置は、プロジェクタが取り付けられているアクチュエータを更に備えており、前記アクチュエータは、前記第１プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第１プロジェクタを線形移動させることによって前記第一焦点面は前記運転者の前記視線の方向に移動し、
前記コントローラは、前記第一焦点面が前記目標第１グラフィック要素位置まで移動するように、前記第１プロジェクタを線形移動させるよう前記アクチュエータを制御するように構成されている請求項１０に記載の車載ヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１２】
前記車両ヘッドアップディスプレイ装置は、更に、
前記運転者の視界の第三焦点面に第３グラフィック要素を投影するように構成された第３プロジェクタと、
前記運転者の視界の第四焦点面に第４グラフィック要素を投影するように構成された第４プロジェクタと、
を備えており、
前記第三焦点面は、前記運転者の前記視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、前記第３プロジェクタは、前記運転者の前記視線の方向に前記第三焦点面を移動させるように構成されており、
前記第四焦点面は、静止しており、前記地面に対して平行する方向に向けられているとともに前記地面の上方に設けられており、
前記第２プロジェクタは、前記第二焦点面が前記地面上に設けられた状態で前記第２グラフィック要素を投影するように構成されており、
前記コントローラは、前記少なくとも１つの関連する車両制御システムとの通信に基づいて、前記第１、第２、第３および第４グラフィック要素を表示するように前記車両ヘッドアップディスプレイ装置を制御するように構成されている請求項９に記載の車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１３】
前記コントローラは、
前記少なくとも１つの関連する車両制御システムとの通信に基づいて目標第１グラフィック要素位置を決定し、
前記少なくとも１つの関連する車両制御システムとの通信に基づいて目標第３グラフィック要素位置を決定し、
前記第一焦点面を前記目標第１グラフィック要素位置まで移動させるように前記第１プロジェクタを制御し、前記第三焦点面を前記目標第３グラフィック要素位置まで移動させるように前記第３プロジェクタを制御するように構成されている請求項１２に記載の車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１４】
前記車両ヘッドアップディスプレイ装置は、更に、
前記第１プロジェクタが取り付けられている第１アクチュエータと、
前記第３プロジェクタが取り付けられている第２アクチュエータと、
を備えており、
前記第１アクチュエータは、前記第１プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第１プロジェクタを線形移動させることによって前記第一焦点面は前記運転者の前記視線の方向に移動し、
前記第２アクチュエータは、前記第３プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第３プロジェクタを線形移動させることによって前記第三焦点面は前記運転者の前記視線の方向に移動し、
前記コントローラは、前記第一および第三焦点面がそれぞれ前記目標第１グラフィック要素位置および前記目標第３グラフィック要素位置まで移動するように、前記第１および第３プロジェクタを線形移動させるよう前記第１および第２アクチュエータを制御するように構成されており、前記コントローラは、前記第１および第２アクチュエータを互いに独立して制御するように構成されている請求項１３に記載の車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１５】
前記車両ヘッドアップディスプレイ装置は、更に、
前記第１プロジェクタが取り付けられている第１アクチュエータと、
前記第３プロジェクタが取り付けられている第２アクチュエータと、
を備えており、
前記第１アクチュエータは、前記第１プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第１プロジェクタを線形移動させることによって前記第一焦点面は前記運転者の前記視線の方向に移動し、
前記第２アクチュエータは、前記第３プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第３プロジェクタを線形移動させることによって前記第三焦点面は前記運転者の前記視線の方向に移動し、
前記コントローラは、前記第一および第三焦点面がそれぞれ移動するように前記第１および第３プロジェクタを線形移動させるよう前記第１および第２アクチュエータを制御するように構成されており、前記コントローラは、前記第１および第２アクチュエータを互いに独立して制御するように構成されている請求項１２に記載の車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１６】
前記車両ヘッドアップディスプレイ装置は、更に、前記第１プロジェクタが取り付けられている第１アクチュエータを備えており、前記第１アクチュエータは、前記第１プロジェクタを線形移動させるように構成されており、前記第１プロジェクタを線形移動させることによって前記第一焦点面は前記運転者の前記視線の方向に移動し、
前記コントローラは、前記第一焦点面が移動するように、前記第１プロジェクタを線形移動させるよう前記第１アクチュエータを制御するように構成されている請求項９に記載の車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
【請求項１７】
ヘッドアップディスプレイに拡張現実グラフィック要素を提示する方法であって、
ユーザの視界の第一焦点面に第１グラフィック要素を投影するステップと、
前記ユーザの視界の第二焦点面に第２グラフィック要素を投影するステップと、
前記ユーザの前記視線の方向に前記第一焦点面を移動させるステップと、
を含んでおり、
前記第一焦点面は、前記ユーザの視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、
前記第二焦点面は、静止しており、地面に対して実質的に平行する方向に向けられていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ヘッドアップディスプレイは車両に設けられており、前記ユーザは運転者であり、
少なくとも１つの関連する車両制御システムから入力を受信するステップと、
前記少なくとも１つの関連する車両制御システムから受信した前記入力に基づいて、前記第１グラフィック要素の目標位置を決定するステップと、
前記第一焦点面が前記第１グラフィック要素の前記目標位置まで移動するように、前記運転者の前記視線の方向に前記第一焦点面を移動させるステップと、
を更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ユーザの前記視線の方向に前記第一焦点面を移動させるステップは、前記第１グラフィック要素を投影するプロジェクタを線形移動させるステップを含み、前記プロジェクタが線形移動することによって前記第一焦点面が前記ユーザの前記視線の方向に移動する請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ユーザの前記視界の第三焦点面に第３グラフィック要素を投影するステップと、
前記ユーザの視界の第四焦点面に第４グラフィック要素を投影するステップと、
前記ユーザの前記視線の方向に前記第三焦点面を移動させるステップと、
を更に含み、
前記第三焦点面は、前記ユーザの前記視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、
前記第四焦点面は、静止しており、前記地面に対して実質的に平行する方向に向けられているとともに前記地面より上に設けられており、前記第２グラフィック要素は、前記第二焦点面が前記地面上に設けられた状態で投影され、
前記第一焦点面および第三焦点面は互いに独立して移動させられる請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
運転者の利便性を改善するため、車両には、運転者に情報を表示するＨＵＤが設けられる。ＨＵＤによって表示される情報は、運転者が運転している間に運転者の視界に情報を提示するように、車両のフロントガラスに投影される。運転者の視界に情報を表示することによって、運転者は、提示された情報を見るために（たとえば中央ダッシュボード上の機器表示を見るために）、運転中にフロントガラスから視線をそらす必要がなくなる。
【０００３】
ＨＵＤは、車両の速度、燃料レベル、エンジン温度などに関連する情報など、車両の中央ダッシュボードに一般的に表示される車両情報を提示する。加えて、ＨＵＤは、また、地図情報および通信事象（たとえば、ナビゲーション指示、警告および警報など）も運転者に提示する。車両ＨＵＤは、フロントガラス上にグラフィック要素として現れる計器およびテキストボックスを表示することなどによって、車両ダッシュボードによって採用される場合と類似のやり方で、運転者に情報を提示する。加えて、車両ＨＵＤは、リアルタイム情報を用いて車両の周囲の物理的環境を拡張する拡張現実グラフィック要素を提示できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、車両に使用される既存のＨＵＤ装置は、一貫性のある奥行き手掛かりを用いて拡張現実グラフィック要素を提示できないおそれがある。静止基体に設けられたＨＵＤ装置においても、類似の欠点があり得る。したがって、既存の（車両）ＨＵＤによって提示される拡張現実グラフィック要素は表面的なオーバレイ表示される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一の概念によれば、ユーザの視界にグラフィック要素を表示するヘッドアップディスプレイ装置は、第１プロジェクタおよび第１アクチュエータを備える。第１プロジェクタは、ユーザの視界の第一焦点面に第１グラフィック要素を投影するように構成されている。第一焦点面は、ユーザの視線に対して実質的に直交する方向に向けられている。第１プロジェクタは第１アクチュエータに取り付けられている。第１アクチュエータは、第１プロジェクタを線形移動させるように構成されている。第１プロジェクタを線形移動させることによって、第１グラフィック要素の第一焦点面をユーザの視線の方向に移動させる。
【０００６】
本発明の別の概念によれば、車両のヘッドアップ・ディスプレイ・システムは、車両ヘッドアップディスプレイ装置およびコントローラを備える。車両ヘッドアップディスプレイ装置は、車両の運転者の視界にグラフィック要素を表示し、第１プロジェクタおよび第２プロジェクタを備える。第１プロジェクタは、運転者の視界の第一焦点面に第１グラフィック要素を投影するように構成されている。第一焦点面は、運転者の視線に対して実質的に直交する方向に向けられている。第１プロジェクタは、運転者の視線の方向に第一焦点面を移動させるように構成されている。第２プロジェクタは、運転者の視界の第二焦点面に第２グラフィック要素を投影するように構成されている。第二焦点面は、静止しており、地面に対して実質的に平行する方向に向けられている。コントローラは、少なくとも１つの関連する車両制御システムと通信して、少なくとも１つの関連する車両制御システムとの通信に基づいて第１および第２グラフィック要素を表示するように、車両ヘッドアップディスプレイ装置を制御するように構成されている。
【０００７】
本発明の更なる別の概念によれば、ヘッドアップディスプレイに拡張現実グラフィック要素を提示する方法は、ユーザの視界の第一焦点面に第１グラフィック要素を投影し、ユーザの視界の第二焦点面に第２グラフィック要素を投影するステップを含む。第一焦点面はユーザの視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、第二焦点面は、静止していて、地面に対して実質的に平行な方向に向けられている。該方法は、また、ユーザの視線の方向に第一焦点面を移動させるステップも含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ヘッドアップ・ディスプレイ・システムを示すブロック図。
【図２】ヘッドアップ・ディスプレイ・システムが設けられている車両または静止基体の模式図。
【図３】ヘッドアップ・ディスプレイ・システムによってグラフィック要素が投影されている４つの焦点面を示す車両の側面図。
【図４】運転者が車両を運転して車両のフロントガラスを通して見ているときのユーザの例示的な視界を示し、ヘッドアップ・ディスプレイ・システムによって投影された例示的なグラフィック要素を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ＨＵＤ装置によってユーザの直接視界の環境要素上に視覚的に配置されたグラフィック要素は、コンタクトアナログまたは等角拡張現実グラフィック要素と称される。ＨＵＤ装置のユーザにコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素をうまく提示することは、奥行き手掛かりを正確に再生するＨＵＤ装置の能力に依存する。奥行き手掛かりは、調節および輻輳を含む。調節は、異なる距離で焦点を変更するために眼球運動において筋肉が屈折力を変更する、奥行き手掛かりである。輻輳は、物体を見ているときに両眼単視を維持するために両目が相互に向かって同時に内向きに回転することである。
【００１０】
ＨＵＤ装置がディスプレイ画面（たとえば、ＨＵＤ装置が車両に設けられているときの車両のフロントガラス）上にグラフィック要素を表示するとき、調節によって人間の目は環境要素とＨＵＤ装置によって表示された情報との間で推移することになる。輻輳は、ディスプレイ画面（フロントガラス）を越えて環境中の点に視点を集中させ、これによってディスプレイ画面（フロントガラス）上に表示されたＨＵＤグラフィック要素の二重像の出現を招くことができる。したがって、正確に再生された奥行き手掛かりを備えるコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素を描画するには、グラフィック要素は、ディスプレイ画面（車両のフロントガラス）上ではなく、現実の環境と同じ空間内に描画されるべきである。
【００１１】
図１を参照すると、正確に再生された奥行き手掛かりを備える立体コンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素（すなわち、現実の環境と同じ空間内に描画された３次元グラフィック要素）を描画することが可能な立体ヘッドアップ・ディスプレイ・システム１００（ＨＵＤシステム１００）が示されている。ＨＵＤシステム１００は、ヘッドアップディスプレイ装置１０２（ＨＵＤ装置１０２）、およびコントローラ１０４を備える。図２を参照すると、ＨＵＤシステム１００は車両１０６内に設けられてもよく、車両は、運転席１０８、ダッシュボード筐体１１０、およびフロントガラス１１２を備える。ＨＵＤシステム１００は、ユーザが運転者であってディスプレイ画面がフロントガラス１１２である車両のＨＵＤシステム１００として以下に記載されるが、ＨＵＤシステム１００は、静止基体（たとえば部屋の中など）に設けられてもよいことは、理解されたい。このような構成において、図２はＨＵＤシステム１００の静止基体を示すと見なすことができ、参照番号１０６は（運転席ではない）座席を指し、要素１１２は（フロントガラスではない）ディスプレイ画面を指す。
【００１２】
車両１０６の構成、具体的には運転席１０８、ダッシュボード筐体１１０、およびフロントガラス１１２の相対位置は、従来通りであってもよい。本明細書記載のＨＵＤシステム１００を収容するために、ダッシュボード筐体１１０は、ＨＵＤシステム１００が収容される収容空間を画成する。さらに、ダッシュボード筐体１１０は、その上面を通るように画定されたＨＵＤ出射孔１１４を有する。ダッシュボード筐体１１０に収容されたＨＵＤシステム１００は、コンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素などのグラフィック要素を、ＨＵＤ出射孔１１４を通じてフロントガラス１１２に投影し、これがＨＵＤシステム１００のディスプレイ画面として使用することができる。以下により詳細に説明されるように、拡張現実グラフィック要素は、現実の環境としてあたかも同じ空間内にあるかのように、運転者に対して描画される。
【００１３】
車両１０６の運転者は、運転席１０８に着座したまま車両１０６を運転する。したがって、運転者は車両１０６内の運転席１０８上の着座位置に姿勢が拘束されるだろう。この姿勢の拘束を考慮して、ＨＵＤシステム１００は、運転者の視界が車両内のアイボックス１１６を起点にするという仮定を用いて設計してもよい。アイボックス１１６は、運転者が運転席１０８に着座している間に運転者の目が位置する車両１０６の内側領域を含むと見なすことができる。
【００１４】
アイボックス１１６は、運転席１０８の位置および姿勢にかかわらず、運転者のすべての可能な頭部位置を包含するサイズであってもよく、ＨＵＤシステム１００は、運転席１０８の位置および姿勢を検出し、それに基づいてアイボックス１１６の位置およびサイズを調整するように構成されてもよい。さらなる代替例として、ＨＵＤシステム１００は、アイボックス１１６が固定サイズを有し固定位置にあると仮定して設計されてもよい。たとえば、アイボックスは、２０ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍの寸法を有する。いずれにせよ、ＨＵＤシステム１００は、運転者の目がアイボックス１１６内にあり、運転者が車両１０６のフロントガラス１１２を通じて前方に向いて／見ているときに、コンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素を運転者に提示するように構成されている。
【００１５】
ＨＵＤ装置１０２は、運転者が車両１０６のフロントガラス１１２を通じて環境を見ている間、車両１０６の運転者の視界にグラフィック要素を表示する。運転者の目がアイボックス１１６内にあって運転者がフロントガラス１１２を通じて前方を向いて／見ている間にフロントガラス１１２を通じて運転者によって視認されるいかなるグラフィックまたは環境要素も運転者の視界にあると見なしてよい。本明細書において、運転者が車両１０６のフロントガラス１１２を通じて環境を見ている間の車両１０６の運転者の視界は、車両１０６の内部に位置するダッシュボードディスプレイを除いて、フロントガラス１１２を通じて見られる領域を含むものとする。言い換えると、ＨＵＤ装置１０２は、運転者が道路から目をそらすことなくグラフィック要素を視認できるようにグラフィック要素を提示する。
【００１６】
図１に戻ると、ＨＵＤシステム１００のＨＵＤ装置１０２は、第１プロジェクタ１１８、第２プロジェクタ１２０、第３プロジェクタ１２２、および第４プロジェクタ１２４を備える。第１プロジェクタ１１８および第３プロジェクタ１２２は、第１ビームスプリッタ１２６および第一対物レンズ１２８を共有し、その一方で第２プロジェクタ１２０および第４プロジェクタ１２４は、第２ビームスプリッタ１３０および第二対物レンズ１３２を共有する。その結果、第１プロジェクタ１１８および第３プロジェクタ１２２の出力は、第１ビームスプリッタ１２６で受け取られて単一出力として結合され、第一対物レンズ１２８に向かう（そして、第一対物レンズ１２８を通過する）。同様に、第２プロジェクタ１２０および第４プロジェクタ１２４の出力は、第２ビームスプリッタ１３０で受け取られて単一出力として結合され、第二対物レンズ１３２に向けう（そして、第二対物レンズ１３２を通過する）。
【００１７】
ＨＵＤ装置１０２は、第一および第二対物レンズ１２８、１３２からの出力を受けるように、第一および第二対物レンズ１２８、１３２より下流に設けられた第３ビームスプリッタ１３４を更に備える。第一および第二対物レンズ１２８、１３２からの出力は、第３ビームスプリッタ１３４で結合されて単一出力となるが、これは第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４のすべての出力の結合であり、ＨＵＤ出射孔１１４を出てＨＵＤシステム１００用のディスプレイ画面として使用されるフロントガラス１１２に向かう前に、第三対物レンズ１３６および接眼レンズ１３８に向かう（そしてレンズ１３６、１３８を通過する）。
【００１８】
第１プロジェクタ１１８、第２プロジェクタ１２０、第３プロジェクタ１２２、および第４プロジェクタ１２４の各々は、プロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６と、プロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６から一定距離で固く固定され、プロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６から放射された光がディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４を通過するようにプロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６に対して配置されたディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４と、を備える。プロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６は、それぞれ、関連するディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４を通過する画像またはグラフィック要素を投影する発光ユニットである。ディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４は、ＨＵＤ装置１０２の残りの光学系統に対する発光画像源であり、また、ディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４は、ディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４を離れた光の大部分がディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４に続く光学素子（すなわち、第１ビームスプリッタ１２６、第一対物レンズ１２８、第２ビームスプリッタ１３０、第二対物レンズ１３２、第３ビームスプリッタ１３４、第三対物レンズ１３６、および接眼レンズ）に照射されることを保証し、その一方で、運転者の頭部がアイボックス１１６内で運動する間に画像またはグラフィック要素の輝度が一定となるように最終的にアイボックス１１６を満たすように光を拡散させる。したがって、ディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４の使用は、画像またはグラフィック要素のそれぞれの部分がアイボックス１１６内の異なる点から視認可能となることを実質的に防止することによって、わずかな頭部運動によって異なる視覚挙動の発生を実質的に防止する。
【００１９】
プロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６は、本明細書に記載される使用に適した発光ユニットの形態を取っていればよい。具体的には、プロジェクタユニット１４０、１４２、１４４、１４６は、本明細書に記載される使用に従って画像またはグラフィック要素を投影することが可能な発光ユニットの形態を取っていればよい。同様に、ディフューザ画面１４８、１５０、１５２、１５４は、本明細書に記載される使用に適した光拡散画面の形態を取っていればよい。
【００２０】
第１プロジェクタ１１８は、ＨＵＤ装置１０２内の第１アクチュエータ１５６に取り付けられている。第１アクチュエータ１５６は、第１ビームスプリッタ１２６に対して接近及び離れるように第１プロジェクタ１１８を直線方向に移動させることが可能な線形アクチュエータである。加えて、第３プロジェクタ１２２は、ＨＵＤ装置１０２内の第２アクチュエータ１５８に取り付けられている。第２アクチュエータ１５８は、第１ビームスプリッタ１２６に対して接近及び離れるように第３プロジェクタ１２２を直線方向に移動させることが可能な線形アクチュエータである。第１および第２アクチュエータ１５６、１５８は、本明細書に記載される使用に適した線形アクチュエータの形態を取っていればよい。第１プロジェクタ１１８および第３プロジェクタ１２２の線形移動能力により、第１プロジェクタ１１８および第３プロジェクタ１２２は、動的または可動の焦点面上にグラフィック要素を投影することができる。第１および第３プロジェクタ１１８、１２２とは対照的に、第２および第４プロジェクタ１２０、１２４は、ＨＵＤ装置１０２内に固定して配置されているので、静的な焦点面上にグラフィック要素を投影する。
【００２１】
第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４を使用して、ＨＵＤ装置１０２は、フロントガラス１１２を通じて運転者によって視認される環境中の４つの異なる焦点面にグラフィック要素（コンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素など）を描画してもよい。この点に関して、第１プロジェクタ１１８は、第一焦点面１６２に第１グラフィック要素１６０を投影するように構成されており、第２プロジェクタ１２０は、第二焦点面１６６に第２グラフィック要素１６４を投影するように構成されており、第３プロジェクタ１２２は、第三焦点面１７０に第３グラフィック要素１６８を投影するように構成されており、第４プロジェクタ１２４は、第四焦点面１７４に第４グラフィック要素１７２を投影するように構成されている（図３および図４参照）。第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２ならびにこれらの関連する第一、第二、第三、および第四焦点面１６２、１６６、１７０、１７４のすべては、運転者が車両１０６を運転していて、運転者がフロントガラス１１２を通じて前方を見ている間に運転者の目がアイボックス１１６内にあるときに、運転者の視界にある環境中に描画される。
【００２２】
図３および図４を参照して、第一、第二、第三、および第四焦点面１６２、１６６、１７０、１７４上の第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２の投影を地面１７６および運転者の視線１７８に関連して説明する。この点に関して、地面１７６は、車両１０６の前方の道路の表面である。説明の便宜上、地面１７６は、実質的に平坦な表面であると仮定する。運転者の視線１７８は、アイボックス１１６から前方に向かって実質的に地面１７６と平行に延在する直線である。本明細書において、視線１７８の方向は、視線１７８に沿って運転者および車両１０６に対して接近及び離れるように延在する方向である。
【００２３】
第一焦点面１６２は、運転者の視線１７８に対して実質的に直交する方向に向けられている前方焦点面である。第三焦点面１７０もまた、運転者の視線１７８に対して実質的に直交する方向に向けられている前方焦点面である。第一および第三焦点面１６２、１７０は、前方向（車両１０６から離れる方向）および後方向（車両１０６に向かう方向）の両方で、視線１７８の方向に移動可能な動的焦点面である。第二焦点面１６６は、地面１７６と実質的に平行な方向に向けられている地面平行焦点面であり、第二焦点面１６６が地面焦点面となるように地面１７６と一致してもよい。第四焦点面１７４もまた、地面１７６と実質的に平行な方向に向けられている地面平行焦点面であり、地面１７６の上方に設けられている。第四焦点面１７４は、空、または内部建造物内であれば天井に位置するように（空中焦点面または天井焦点面であり）、地面１７６および運転者の視線１７８よりも上に設けられてもよい。第二および第四焦点面１６６、１７４は、静的焦点面である。
【００２４】
第２および第４プロジェクタ１２０、１２４は本明細書においてＨＵＤ装置１０２内に固定して配置されるように記載されているが、この第２および第４プロジェクタ１２０、１２４は、第２および第４プロジェクタ１２０、１２４を移動させることが可能なアクチュエータ上に取り付けられていてもよいことは理解されたい。アクチュエータは、第二および第四焦点面１６６、１７４の高さを動的に調整する目的で第２および第４プロジェクタ１２０、１２４を移動させるために使用してもよい。車両１０６内に取り付けられているとき、ＨＵＤ装置１０２および運転者の高さは地面に対して固定されている可能性があるので、第二および第四焦点面１６６、１７４の高さを動的に調整する必要はないだろう。しかしながら、車両１０６内に取り付けられていたとしても、アクチュエータは、第二および第四焦点面１６６、１７４の初期の高さを調整するために第２および第４プロジェクタ１２０、１２４を移動させるために使用してもよい。さらに、アクチュエータは、運転席の検出された垂直運動に基づいて第二および第四焦点面１６６、１７４の高さを調整するために第２および第４プロジェクタ１２０、１２４を移動させるために使用してもよい。
【００２５】
図４を参照すると、第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２は、運転者に対して異なる情報を提示するために使用してもよい。第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２によって表示される情報の正確な種類は異なってもよい。例示目的のため、第１グラフィック要素１６０および第３グラフィック要素１６８は、運転者が危険物または障害物を回避するように指示する警告を運転者に提示してもよく、あるいは交通規制に関する運転指示（たとえば、止まれの標識、譲れの標識など）を提示してもよい。第２グラフィック要素１６４および第４グラフィック要素１７２は、地面１７６にオーバーレイ表示で提示されたグラフィックとして運転者にナビゲーション指示を提示してもよく、あるいは車両周辺指標を運転者に提示してもよい。第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２は、本明細書に記載されるものとは異なる情報またはグラフィック要素を運転者に提示してもよいこと、ならびに第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２の小集合のみがいかなるときでも提示されてよいことは、理解されたい。
【００２６】
図１に戻ると、コントローラ１０４は、１つ以上のコンピュータ、（演算）プロセッサ、または少なくとも１つの車両制御システム１８０と通信してＨＵＤ装置１０２を制御することが可能なその他いずれかの装置であってもよい。少なくとも１つの車両制御システム１８０（以下、「車両制御システム１８０」と称す）は、車両１０６の制御を能動的または受動的に容易にするために使用される車両制御システム１８０の形態を取っていればよい。車両制御システム１８０は、車両１０６の動作に関連する運転および環境条件を検出する１つ以上のセンサ（図示せず）を含むか、またはこれと通信してもよい。
【００２７】
ＨＵＤシステム１００の動作を全般的に参照すると、コントローラ１０４は、車両制御システム１８０と通信し、車両制御システム１８０との通信に基づいて、車両１０６の運転者に提示されるグラフィック要素の型および位置を決定する。具体的には、コントローラ１０４は、第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４によって第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２として提示されるグラフィック要素の型を決定し、第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２を決定されたグラフィック要素として投影するように第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４を制御する。コントローラ１０４は、また、第１および第３グラフィック要素１６０、１６８が運転者に対して環境中に描画されるべき目標位置として、目標第１グラフィック要素位置および目標第３グラフィック要素位置をも決定する。コントローラ１０４は、その後、第一および第三焦点面１６２、１７０が目標第１および第３グラフィック要素位置にそれぞれ移動させられるように、第１および第３プロジェクタ１１８、１２２を線形移動させるために第１および第２アクチュエータ１５６、１５８を制御する。
【００２８】
したがって、第１プロジェクタ１１８は、第１グラフィック要素１６０を第一焦点面１６２上に投影するが、この第一焦点面は、運転者の視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、第１アクチュエータ１５６による第１プロジェクタ１１８の線形運動を通じて運転者の視線１７８の方向に、車両１０６に対して接近及び離れるように移動可能である。第２プロジェクタ１２０は、第２グラフィック要素１６４を第二焦点面１６６上に投影するが、この第二焦点面は、静止しており、地面１７６と平行な方向に向けられており、地面１７６上に設けられている。第３プロジェクタ１２２は、第３グラフィック要素１６８を第三焦点面１７０上に投影するが、この第三焦点面は、運転者の視線に対して実質的に直交する方向に向けられており、第２アクチュエータ１５８による第３プロジェクタ１２２の線形運動を通じて運転者の視線１７８の方向に、車両１０６に対して接近及び離れるように移動可能である。第４プロジェクタ１２４は、第４グラフィック要素１７２を第四焦点面１７４上に投影するが、この第四焦点面は、静止しており、地面１７６と平行な方向に向けられており、運転者の視線１７８の上方に設けられている。コントローラ１０４は、第一および第三焦点面１６２、１７０を移動させるように第１および第３プロジェクタ１１８、１２２を移動させるため、第１および第２アクチュエータ１５６、１５８を制御する。
【００２９】
運転者の視線１７８に対して実質的に直交する方向に向けられた移動可能な第一および第三焦点面１６２、１７０上に第１および第３グラフィック要素１６０、１６８が第１および第３プロジェクタ１１８、１２２によって投影されることによって、車両１０６から異なる距離にある物体の焦点を調整することができる。これによって、特に車両１０６を移動プラットフォームとする車両１０６にＨＵＤシステム１００が使用されるため、第１および第３グラフィック要素１６０、１６８について運転者に正確な奥行き手掛かりを提供しやすくなる。
【００３０】
第２および第４プロジェクタ１２０、１２４が静的第二および第四焦点面１６６、１７４上に第２および第４グラフィック要素１６４、１７２を投影している間、第二および第四焦点面１６６、１７４は連続している。第二および第四焦点面１６６、１７４を地面１７６と平行にするために、第２および第４プロジェクタ１２０、１２４のディフューザ画面１５０、１５４は傾斜してもよい。ＨＵＤ装置１０２の光学系は非常に低い歪みを有し、地面平行焦点面の画像に関してほぼテレセントリックなので、光線は光軸とほぼ平行であり、これによって、第二および第四焦点面１６６、１７４が傾斜している間、歪んだり倍率を変更したりすることなく、投影された第２および第４グラフィック要素１６４、１７２を表示することができる。したがって、結果として得られる第２および第４グラフィック要素１６４、１７２は、地面１７６と平行な連続焦点面（第二および第四焦点面１６６、１７４）上に現れる。この点に関して、第２および第４グラフィック要素１６４、１７２は、奥行き知覚を強化するために単眼手掛かりを追加するため、線分としてではなく、実際の３次元立体形状によって描画されてもよい。
【００３１】
連続的で静的な第二および第四焦点面１６６、１７４は、第２および第４グラフィック要素１６４、１７２に対する運転者の奥行き知覚を促進する。より具体的には、連続的で静的な第二および第四焦点面１６６、１７４は、３次元空間における前後方向（すなわち、運転者の視線１７８の方向）を通る実像の正確な生成を可能にし、適切な運動視差手掛かりの生成を可能にする。したがって、運転者の頭部が左右または上下に移動すると、第２および第４グラフィック要素１６４、１７２は周囲を移動するのではなく環境中の所定位置に固定されているように運転者には見える。結果的に、ＨＵＤシステム１００は、運転者の頭部の動きを補う頭部追跡機能を必要としない。
【００３２】
運転者に対して提示される先に挙げられた例示的情報に関して、車両制御システム１８０は、危険または障害物検出、ナビゲーション、運転指示、および車両周囲（死角）監視といった機能を実行することが可能な処理およびセンサを備える。車両制御システム１８０は、その他の車両制御機能（たとえば、道路合流支援など）を実行することが可能な処理およびセンサも備えてもよく、これは代替的にまたは付加的に、ＨＵＤシステム１００を用いて運転者に提示される情報に結びつけられてもよいことは、理解されたい。車両制御システム１８０によって実行される機能にかかわらず、関連するセンサおよび処理を含め、機能を実行するための車両制御システム１８０の正確な動作方法は、ＨＵＤシステム１００の動作と必ずしも関連しなくてもよいことは、理解されたい。したがって、車両制御システム１８０の動作の説明は、ＨＵＤシステム１００の動作に関連する場合を除いて、本明細書内では行わない。
【００３３】
コントローラ１０４は、車両制御システム１８０と通信し、車両１０６の動作に関係して上記（またはその他の）機能に関連付けられた入力を車両制御システム１８０から受信する。コントローラ１０４は、その後、車両制御システム１８０から受信した入力に基づいて、ＨＵＤ装置１０２を制御する。この点に関して、コントローラ１０４および車両制御システム１８０の一方または両方は、第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２として表示されるグラフィック要素の型、第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２の位置、および第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２のうちのいずれが表示されるべきかを決定する。この決定は、また、運転者がナビゲーション機能を使用するか否か等の運転者によって採用される車両機能に基づいてもよい。
【００３４】
これらの決定を行うためにコントローラ１０４および車両制御システム１８０のうちのどちらが使用されるかにかかわらず、コントローラ１０４は、適切なグラフィック要素を適切な位置に表示するように、ＨＵＤ装置１０２を制御する。これは、適切な第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２を投影するように、第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４を制御するステップを含む。これはまた、第一および第三焦点面１６２、１７０を適切な（目標）位置に移動させるように、第１および第３プロジェクタ１１８、１２２を線形移動させるように第１および第２アクチュエータ１５６、１５８を制御するステップも含む。
【００３５】
第１、第２、第３、および第４グラフィック要素１６０、１６４、１６８、１７２に関連して先に挙げられた例示的情報を考慮して、危険物または障害物検出および警告機能；ナビゲーション機能；運転指示機能；および車両周囲（死角）監視機能といった機能を可能にする車両制御システム１８０を有する車両１０６に関連させてＨＵＤシステム１００の動作を説明する。車両１０６はこれらの機能の小集合および／または追加機能を有してもよいこと、ならびにＨＵＤシステム１００は小集合または追加機能に関連して採用されてもよい。これらの機能に関するＨＵＤシステム１００の説明は単に例示的であり、これらの機能はＨＵＤシステム１００の説明を容易にするためにのみ使用される。コントローラ１０４および車両制御システム１８０の一方または両方がＨＵＤシステム１００の動作に関連する決定を行ってもよいものの、以下の説明においてコントローラ１０４は、車両制御システム１８０から受信した入力に基づいてすべての決定を行うように構成されるものとして記載されている。
【００３６】
障害物検出および警告機能に関する情報は、ＨＵＤ装置１０２の第１プロジェクタ１１８によって投影されるコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素として運転者に提示できる。この点に関して、車両制御システム１８０は、車両１０６が走行している道路において様々な障害物を検出してもよい。障害物は、道路を横断している歩行者、別の車両、動物、路上のがれき、穴などを含んでもよい。これらの障害物の検出は、車両１０６に設けられたセンサ（図示せず）によって感知された環境からの情報を処理することによって、行われてもよい。障害物検出は、いずれの方法で実行されてもよい。
【００３７】
障害物が検出されると、車両制御システム１８０はコントローラ１０４に障害物情報を送信する。コントローラ１０４は、車両制御システム１８０から障害物情報を受信し、受信した障害物情報に基づいて第１グラフィック要素１６０および目標第１グラフィック要素位置として提示するために、グラフィック要素の型を決定する。様々な型のグラフィック要素を使用してもよいが、例示目的のため、本記載では、障害物が検出されたときに「譲れ」の標識が提示されるものと仮定する。
【００３８】
検出された障害物の位置を運転者が認識しやすくするために、「譲れ」の標識は、検出された障害物上に現れるように提示されてもよい。この点に関して、目標第１グラフィック要素位置は、車両１０６に対する検出された障害物の位置に基づいて第１グラフィック要素１６０が運転者の視界に描画されるべき位置として、決定されてもよい。コントローラ１０４は、その後、適切なグラフィック要素を第１グラフィック要素１６０として投影するように第１プロジェクタ１１８を制御し、目標第１グラフィック要素位置に位置する第１グラフィック要素１６０が第一焦点面１６２上に投影されるように、第１プロジェクタ１１８を線形移動させるように第１アクチュエータ１５６を制御する。コントローラ１０４は、また、たとえば車両１０６が検出された障害物に向かって走行及び／又は検出された障害物が車両１０６に対して移動した結果として、車両１０６と検出された障害物（すなわち、目標第１グラフィック要素位置）との間の距離が変化するにつれて（車両制御システム１８０によって検出されてコントローラ１０４に送信）、第一焦点面１６２が移動するように第１プロジェクタ１１８を連続的に線形移動させるべく第１アクチュエータ１５６を制御してもよい。
【００３９】
図４を参照すると、車両制御システム１８０によって検出された障害物は、車両１０６が走行している道路を横断している歩行者１８２であってもよい。具体的には、図４に示される運転者の例示的な視界において、車両１０６は、歩行者１８２が横断している道路を走行している。したがって、車両制御システム１８０は、歩行者１８２に関する障害物情報をコントローラ１０４に送信する。障害物情報に基づいて、コントローラ１０４は、第１グラフィック要素１６０として表示されるグラフィック要素の型を決定する。この場合には「譲れ」の標識である。コントローラ１０４は、その後、第１グラフィック要素１６０が運転者によって歩行者１８２と同じ奥行きにあると知覚されるように投影および描画されるように目標第１グラフィック要素位置を決定する。
【００４０】
コントローラ１０４は、その後、第１グラフィック要素１６０として「譲れ」の標識を投影するように第１プロジェクタ１１８を制御し、また、コントローラ１０４は、第１アクチュエータ１５６を制御して、第１プロジェクタ１１８を線形移動させて、第１グラフィック要素１６０を投影および描画し、（運転者の目がアイボックス１１６内にあって運転者がフロントガラス１１２を通じて前方を見ている間に）第１グラフィック要素１６０が歩行者１８２と同じ奥行きにあると運転者が知覚できるようにする。具体的には、第１アクチュエータ１５６は、第１グラフィック要素１６０が第一焦点面１６２上に投影されるように制御され、第一焦点面は、目標第１グラフィック要素位置にあり、視線１７８に対して実質的に直交する方向に向けられている。
【００４１】
車両１０６および歩行者１８２が道路上を移動するにつれて、二者の間の相対距離は変化することになる。この距離の変化は、車両制御システム１８０によってコントローラ１０４に伝達されてもよく、目標第１グラフィック要素位置は相応に変更してもよく、そして、第１アクチュエータ１５６は、（変更済み／変更中の）目標第１グラフィック要素位置に残留するように第一焦点面１６２を移動させるようにコントローラ１０４によって制御されてもよい。したがって、運転者の視線１７８の方向に移動可能な第一焦点面１６２上に第１グラフィック要素１６０を投影すると、第１グラフィック要素１６０に関連付けられた奥行き手掛かりは、運転者が第１グラフィック要素１６０、すなわち検出された障害物の位置を正確に判断するように正しく再生される。
【００４２】
ナビゲーション機能に関する情報は、ＨＵＤ装置１０２の第２プロジェクタ１２０によって投影されたコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素として運転者に対して提示できる。この点に関して、車両制御システム１８０は、運転者からナビゲーション要求（たとえば、所望の場所の入力）を受け付けると、所望の場所に到達するために運転手が辿るナビゲーション経路を生成する。ナビゲーション経路は、たとえば所望の場所への経路上の特定の通りに曲がる指示を含む、運転者が従うべき一連の運転指令を含む。ナビゲーション機能を実行する方法はいかなるやり方でもよい。ナビゲーション機能が起動されると、車両制御システム１８０は、ナビゲーション機能に関連付けられた運転指令をコントローラ１０４に送信する。
【００４３】
コントローラ１０４は、車両制御システム１８０から運転指令を受信して、第２グラフィック要素１６４として提示すべきグラフィック要素の型を決定する。ナビゲーション機能に関連付けられたグラフィック要素の型は、運転者に現在の道路を進み続けるように（たとえば直線または矢印）、次の交差点で左折または右折するように（たとえば、左／右矢印、または適切な方向に曲がる線）、幹線道路に進入、合流、またはそこから出るように（たとえば、適切な進路を示す線または矢印）などの指示をするグラフィック要素を含んでもよい。コントローラ１０４は、車両制御システム１８０から受信した運転指令に基づいて、第２グラフィック要素１６４として提示すべき適切なグラフィック要素を選択する。
【００４４】
図４に示される運転者の例示的な視界を参照すると、車両制御システム１８０のナビゲーション機能によって決定される運転経路の運転指令は、次の通りへの左折を含む。したがって、コントローラ１０４は、第２グラフィック要素１６４として左折グラフィック要素を生成して第二焦点面１６６に投影するように、第２プロジェクタ１２０を制御する。図４に示されるように、第二焦点面１６６は、地面１７６と平行な方向に向けられているとともに地面１７６上に設けられている。上述のように、第２プロジェクタ１２０は、第二焦点面１６６が静止するように、ＨＵＤ装置１０２内に固定して配置されている。上述のように、第二焦点面１６６は、第２グラフィック要素１６４が運転者に対して適切な奥行き手掛かりを備えて３次元画像として描画されるように、連続的となっている。
【００４５】
運転指示機能に関する情報は、ＨＵＤ装置１０２の第３プロジェクタ１２２によって投影されたコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素として、運転者に提示できる。この点に関して、車両制御システム１８０は、車両１０６が走行している道路を監視するため及びその道路の走行に関連付けられた次の運転指示を決定するために、センサおよび／またはデータベースに記憶されてマップに関連付けられた情報を使用してもよい。たとえば、車両制御システム１８０は、車両１０６が走行している道路で後に求められる停止、回避、またはその他の条件（以下、まとめて「道路条件」と称す）を検出してもよい。車両制御システム１８０は、また、その後、検出された道路条件に関連付けられた運転指示（たとえば、停止の道路条件に関連付けられた停止指示）をも決定してよい。運転指示機能はどのようなやり方で実行されてもよく、その仕様はＨＵＤシステム１００の動作に関連していない。
【００４６】
車両制御システム１８０は、道路条件および／または道路条件に関連付けられた運転指示、ならびに道路条件の位置に関連付けられた情報もコントローラ１０４に送信する。するとコントローラ１０４は、道路条件および／または関連する運転指示に関する情報を運転者に知らせるために、第３グラフィック要素１６８を投影するように第３プロジェクタ１２２を制御する。コントローラ１０４は、道路条件および／または運転指示情報、ならびに位置情報も車両制御システム１８０から受信して、第３グラフィック要素１６８および目標第３グラフィック要素位置として提示するためのグラフィック要素の型を決定する。
【００４７】
たとえば「止まれ」の標識、「譲れ」の標識、「一方通行」の標識、「赤信号時右折不可」の標識など、運転指示機能と合わせて様々なタイプのグラフィック要素を使用してもよい。グラフィック要素の型は、道路条件に関連付けられた運転指示を送信するために選択されてもよい。コントローラ１０４が決定したいずれの型のグラフィック要素も第３グラフィック要素１６８として使用されるべきであり、そのグラフィック要素は、運転条件の箇所に表せるように投影されてよい。この点に関して、第３グラフィック要素位置は、検出された道路条件の車両１０６に対する位置に基づいて、第３グラフィック要素１６８が運転者の視界に描画されるべき位置として決定されてもよい。
【００４８】
その後コントローラ１０４は、第３グラフィック要素１６８として適切なグラフィック要素を投影するように、第３プロジェクタ１２２を制御する。コントローラは、また、第２アクチュエータ１５８を制御して、第３プロジェクタ１２２を線形移動させ、第３グラフィック要素１６８を投影および描画し、（運転者の目がアイボックス１１６内にあり、運転者がフロントガラス１１２を通じて前方を見ている間に）第３グラフィック要素１６８が道路条件と同じ奥行きにあると運転者が知覚するようにする。具体的には、第２アクチュエータ１５８は、目標第３グラフィック要素位置に位置して視線１７８に対して実質的に直交する方向に向けられた第三焦点面１７０上に第３グラフィック要素１６８が投影されるように、制御される。コントローラ１０４は、また、たとえば車両１０６が検出された道路条件に向かって走行した結果として、車両１０６と検出された道路条件（すなわち、目標第３グラフィック要素位置）との間の距離が変化するにつれて（車両制御システム１８０によって検出されてコントローラ１０４に送信）、第三焦点面１７０が移動するように第３プロジェクタ１２２を連続的に線形移動させるべく第２アクチュエータ１５８を制御してもよい。
【００４９】
図４に示される運転者の例示的な視界において、車両１０６は、車両１０６が停止すべき十字路に接近している。したがって、車両制御システム１８０は、交差点の入口の位置で停止の道路条件を検出し、停止の道路条件に関連付けられた運転指示を停止指示として決定する。停止の道路条件および／または指示、ならびに停止の道路条件の位置はコントローラ１０４に送信され、コントローラは、「止まれ」の標識が第３グラフィック要素１６８として提示されるべきであると決定する。コントローラ１０４は、また、第３グラフィック要素１６８（すなわち「止まれ」の標識）が十字路の入口の位置に現れるべきであるという決定もする。したがって交差点の入口の位置は、目標第３グラフィック要素位置であると判断される。
【００５０】
コントローラ１０４は、その後、「止まれ」の標識を第３グラフィック要素１６８として投影するように第３プロジェクタ１２２を制御し、また、コントローラ１０４は、第２アクチュエータ１５８を制御して第３プロジェクタ１２２を移動させ、第３グラフィック要素１６８を投影および描画し、（運転者の目がアイボックス１１６内にあり、運転者がフロントガラス１１２を通じて前方を見ている間に）第３グラフィック要素１６８が十字路の入口と同じ奥行きにあると運転者が知覚するようにする。具体的には、第２アクチュエータ１５８は、目標第３グラフィック要素位置に位置して視線１７８に対して実質的に直交する方向に向けられた第三焦点面１７０上に第３グラフィック要素１６８が投影されるように、制御される。車両１０６が道路上を走行するにつれて、車両１０６と十字路の入口との間の相対距離が変化する。この距離の変化は、車両制御システム１８０によってコントローラ１０４に伝達されてもよく、目標第３グラフィック要素位置も相応に変化してもよく、そして、第２アクチュエータ１５８は、（変化した／変化している）目標第３グラフィック要素位置に残るように第三焦点面１７０を移動させるようにコントローラ１０４によって制御されてもよい。したがって、運転者の視線１７８の方向に移動可能な第三焦点面１７０上に第３グラフィック要素１６８を投影すると、第３グラフィック要素１６８に関連付けられた奥行き手掛かりは、運転者が第３グラフィック要素１６８の位置、すなわち検出された道路条件の位置を正確に判断できるように、正確に再生される。
【００５１】
車両周囲（死角）監視機能に関する情報は、ＨＵＤ装置１０２の第４プロジェクタ１２４によって運転者に提示できる。この点に関して、車両制御システム１８０は、車両１０６を直接包囲する領域内の別の車両の存在を検出できる。車両１０６を直接包囲する別の車両の検出は、車両１０６に設けられたセンサ（図示せず）によって感知された車両１０６の周囲に関する情報を処理することによって、行われてもよい。車両周囲判定は、いずれの方法で実行されてもよい。
【００５２】
車両周囲情報は、車両制御システム１８０によって決定されてコントローラ１０４に送信される。コントローラ１０４は、車両制御システム１８０から車両周囲情報を受信して、該当する場合には、第四焦点面１７４上に投影された第４グラフィック要素１７２を修正する方法を決定する。この点に関して、車両周囲（死角）監視機能を容易にするために第４グラフィック要素１７２として使用されるグラフィック要素は、図４に示される車両周囲表示器であってもよい。
【００５３】
車両周囲表示器は、車両１０６を表す中央マーカと、車両１０６を直接包囲する位置を表す８つの周囲マーカとを含む。車両制御システム１８０は、車両１０６のすぐ周囲にある車両の位置に関する情報を送信し、コントローラ１０４は、８つの周囲マーカのうちの関連する１つ以上を強調するように第４グラフィック要素１７２を変化させるよう、第４プロジェクタ１２４を制御する。８つの周囲マーカを強調することによって、車両１０６のすぐ周囲にある他の車両の位置が運転者に対して表示される。
【００５４】
図４に示されるように、第４グラフィック要素１７２は第四焦点面１７４上に投影されるが、第四焦点面は、地面１７６と平行な方向に向けられているとともに地面１７６および視線１７８より上方に設けられている。上述のように、第４プロジェクタ１２４は、第四焦点面が静止するように、ＨＵＤ装置１０２内に固定して配置されている。上述のように、第四焦点面１７４は、第４グラフィック要素１７２が運転者に対して適切な奥行き手掛かりを備えて３次元画像として描画されるように、連続的になっている。
【００５５】
第４グラフィック要素１７２は、図４に示される車両周囲表示器とは異なる形態で提示されてもよいことは、理解されたい。いずれにせよ、第４グラフィック要素１７２は、第四焦点面１７４上に投影され、第四焦点面は、地面１７６と平行する方向に向けられているとともに地面１７６および運転者の視線１７８より上方に設けられている。したがって、第４グラフィック要素１７２は、空中焦点面に提供されてもよく、第４グラフィック要素１７２によって送られる情報は環境に影響を及ぼす必要がないので、空中焦点面に第４グラフィック要素を提供することは適切である。
【００５６】
上述のＨＵＤシステム１００は、連続的に変化する焦点距離で運転者の視線１７８の方向で前後に焦点を連続的に変化させながら地面平行焦点面内で、グラフィック要素を投影することができ、そのうちのいくつかはコンタクトアナログ拡張現実グラフィック要素として投影される。したがって、奥行き知覚手掛かりを改良して、合焦を容易にするとともに、運転者がその視界にあるグラフィック要素を通じて提示される情報も同時に（またはほぼ同時に）観察しながら環境に対して払う注意を増加させることができる。この点に関して、実験を通じて、本発明者らは、空間認知が焦点手掛かりによって大いに影響を受けることと、本明細書に記載されるＨＵＤシステム１００の焦点面調整能力は、連続的な静的地面平行焦点面上にグラフィック要素を表示する能力と同様に、空間認知を改善することとを、究明した。この点において、グラフィック要素のサイズを調整するときに観察されるよりも、本明細書に記載されるように焦点手掛かりを調整するときの方が、空間認知においてより大きな改善が見られる。
【００５７】
ＨＵＤ装置１０２の構成、具体的にはビームスプリッタ１２６、１３０、１３４およびレンズ１２８、１３２、１３６、１３８の使用により、ＨＵＤ装置１０２は比較的小さいサイズを有することができる。さらに、レンズ１２８、１３２、１３６、１３８は、奥行きの範囲を、車両１０６の前方数メートルからＨＵＤ装置１０２の光学素子用に割り当てられた物理的空間の範囲内で無限大まで、拡大できるようにしている。さらにまた、ビームスプリッタ１２６、１３０、１３４は、個別の画像を第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４から運転者の視界に投影された１つのまとまった画像にまとめるように、レンズ１２８、１３２、１３６、１３８を通じて第１、第２、第３、および第４プロジェクタ１１８、１２０、１２２、１２４から投影された異種組み合わせの光線のすべてを統合するための光結合器として、使用される。
【００５８】
上記で開示された特徴及び機能またはその他の特徴および機能、またはその修正例または変形例のいくつかは、その他多くの異なるシステムまたは用途に望ましく組み合わせられてもよいことは、理解されたい。また、特許請求の範囲によって包含されるように意図される様々な現時点で予測または予想されていない代替、修正、変形、または改善もまた、当業者によって引き続きなされてもよい。
【００５９】
たとえば、より少ないか又は多いグラフィック要素を投影するために、より少ないかまたは多いプロジェクタをＨＵＤシステム１００に使用してもよい。さらに、ＨＵＤシステム１００は、前方焦点面にグラフィック要素を投影する２つのプロジェクタおよび地面平行焦点面にグラフィック要素を投影する２つのプロジェクタを有するように記載されているが、前方および地面平行焦点面の割合を変更してもよい。上述のようにＨＵＤ装置１０２のすべてのプロジェクタ（４つより少ないまたは多いプロジェクタが提供されたとしても）を、焦点面の位置（奥行きまたは高さ）を動的に調整することができるアクチュエータを介して、ＨＵＤ装置１０２に取り付けてもよい。ＨＵＤシステム１００に関連付けられた上述の車両機能は例示的であり、変更または修正されてもよい。
【００６０】
さらにまた、前方焦点面を移動させる機構は、上述のものから変更されてもよい。たとえば、プロジェクタ全体（たとえば、第１および第２アクチュエータ１５６、５８を用いて第１および第３プロジェクタ１１８、１２２）を移動させる代わりに、ディフューザ画面のみ（たとえば、第１および第３プロジェクタ１１８、１２２のディフューザ画面１４８、１５２）が、それぞれのプロジェクタユニット（たとえば、プロジェクタユニット１４０、１４４）に対して移動してもよい。
【００６１】
加えて、屋外で使用するための四輪自動車である車両１０６を参照してＨＵＤシステム１００を説明したが、ＨＵＤシステム１００を異なる型の車両で使用してもよい。たとえば、ＨＵＤシステムは、船舶（ボート）、航空機（飛行機またはジェット機）、または室内で使用するための車両（たとえば、運搬用台車、原材料取り扱いに使用されるフォークリフトなどの車両など）に設けられてもよい。
【００６２】
ＨＵＤシステム１００はまた、室内の三次元立体視覚装置を提供するための固定された装置の一部として提供されてもよい（ＨＵＤシステム１００は、移動プラットフォーム上に存在する必要はない）。この点において、図２に示される構成は、車両１０６ではなくむしろ静止基体と見なすことができる。このような構成において、上記で言及された「運転者」は「ユーザ」となり、「フロントガラス１１２」はディスプレイ画面となる。さらに、コントローラ１０４は、車両制御システム１８０ではなく、いずれの関連する制御システムと通信してもよい。ＨＵＤシステム１００が車両の外側に設けられていたとしても、ユーザの目の位置（すなわち、アイボックス１１６）がディスプレイ画面に対して拘束されていると見なすことができる。たとえば、ＨＵＤシステム１００は、ディスプレイ画面に対して実質的に固定された（あるいは所定のまたは周知の範囲内で移動可能な）座席を含む、静止基体内に設けられてもよい。
【００６３】
グラフィック要素は、上記において静止画像として記載されている。しかしながら、グラフィック要素は動画であってもよい。具体的には、グラフィック要素は、位置、サイズ、色、透明度などにおいて、動画化されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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