(57)【要約】  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。
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−２３７３２０号公報
【特許文献２】特開２００７−５５３６５号公報
【特許文献３】特開２００６−７８６７号公報
【特許文献４】特開２０１５−２０２８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。【００１３】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【図１２】（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。
【図１３】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。
【図１４】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。
【図１５】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。
【図１６】（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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】（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。
【図２０】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。
【図２１】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。
【図２２】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。
【図２３】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。
【図２４】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。
【図２５】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。
【図２６】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。
【図２７】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。
【図２８】（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。
【図２９】（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。
【図３０】（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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
＜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。
【００４１】
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）。
【００４２】
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。
【００４３】
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）。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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）。
【００４８】
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。
【００４９】
＜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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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）。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
＜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。
【００６２】
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。
【００６３】
＜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。
【００６４】
［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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
［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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
［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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
［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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
［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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
［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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
［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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
＜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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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）。
【０１００】
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。
【０１０１】
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）。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
＜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。
【０１０７】
【表１】
2017134866.tif 000003
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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）。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
【表２】
2017134866.tif 000004
【０１１９】
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。
【０１２０】
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）。
【０１２１】
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。
【０１２２】
【表３】
2017134866.tif 000005
【０１２３】
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。
【０１２４】
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）。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
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。
【符号の説明】
【０１２９】
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。
【図１】
2017134866.tif 000006
【図２】
2017134866.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2017134866.tif 000012
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2017134866.tif 000024
【図２０】
2017134866.tif 000025
【図２１】
2017134866.tif 000026
【図２２】
2017134866.tif 000027
【図２３】
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【図２４】
2017134866.tif 000029
【図２５】
2017134866.tif 000030
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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2017134866.tif 000038
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