(57)【要約】【課題】凹面鏡の水平方向の角度を変更することによってユーザに適切に虚像を視認させることを可能にした虚像生成装置を提供する。【解決手段】プロジェクタ４から出力した映像をスクリーン５に投射し、スクリーン５に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像８を生成する。また、ユーザの位置が基準位置から変位した場合には、水平方向に沿った基準位置からの変位量を算出し、算出された変位量に基づいて、ミラー１１の水平方向の角度を基準角度から変更するように構成する。【選択図】図７
2015191168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンと、
映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、
前記ユーザの位置を検出するユーザ位置検出手段と、
前記ユーザの位置が基準位置から変位した場合に、水平方向に沿った前記基準位置からの変位量を算出する変位量算出手段と、
前記変位量算出手段により算出された前記変位量に基づいて、前記凹面鏡の水平方向の角度を前記基準位置に対応する基準角度から変更する凹面鏡角度変更手段と、を有することを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２】
前記凹面鏡角度変更手段によって前記凹面鏡の水平方向の角度が変更された場合に、前記スクリーンの水平方向の角度を変更後の前記凹面鏡の水平方向の角度に応じて変更するスクリーン角度変更手段を有することを特徴とする請求項１に記載の虚像表示装置。
【請求項３】
前記スクリーン角度変更手段は、前記スクリーンと前記凹面鏡とが平行となるように前記スクリーンの水平方向の角度を変更することを特徴とする請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記スクリーン角度変更手段による前記スクリーンの角度の変更期間が、前記凹面鏡角度変更手段による前記凹面鏡の角度の変更期間と重複することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記移動手段によって前記スクリーンを前記プロジェクタの光路に沿って移動させることにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段を有し、
前記凹面鏡角度変更手段は、前記変位量算出手段により算出された前記変位量と前記生成距離とに基づいて、前記凹面鏡の前記基準角度からの水平方向の角度変更量を補正することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の虚像表示装置。
【請求項６】
前記凹面鏡角度変更手段は、
前記変位量算出手段により算出された前記変位量が大きい程、前記凹面鏡の前記基準角度からの水平方向の角度変更量を大きくし、
前記生成距離が長い程、前記凹面鏡の前記基準角度からの水平方向の角度変更量を小さくすることを特徴とする請求項５に記載の虚像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが視認する虚像を表示する虚像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等の移動体の乗員に対して経路案内や障害物の警告等の運転情報を提供する情報提供手段として、様々な手段が用いられている。例えば、移動体に設置された液晶ディスプレイによる表示や、スピーカから出力する音声等である。そして、近年、このような情報提供手段の一つとして、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤという）のような人間の目の錯覚を利用して実際に映像が表示された位置と異なる空間上に映像を視認させる虚像表示装置がある。
【０００３】
ここで、例えば移動体として特に車両に対して設置されたＨＵＤは、特開２００８−１９７４０３号公報に記載されているように、車両の乗員から見て車両のウィンドウ（例えばフロントウインドウ）の前方に、前方視野の前景に重畳して、運転情報（例えば、速度表示、経路案内表示等）を虚像として生成することが可能である。その結果、乗員は運転情報を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９７４０３号公報（第４−５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、ＨＵＤにおいてユーザに適切に虚像を視認させる為には、予め決められた範囲内にユーザの両眼が位置する必要があった。即ち、ＨＵＤは、ＨＵＤ内部にあるスクリーンや液晶パネル等の描画手段に描画された映像を、凹面鏡で反射させた後に更にミラーフロントガラスやコンバイナー等に反射させてユーザに両眼に視認させる必要があるが、ＨＵＤ（より具体的にはＨＵＤ内にある描画手段及び凹面鏡）とユーザとの位置関係とが厳密に対応してなければ、正しい位置に正確な虚像を生成することができなかった。
【０００６】
従って、車両の搭乗時にはＨＵＤとユーザとの位置関係が対応していたとしても、その後にユーザの姿勢が変更されること等によってＨＵＤとユーザとの位置関係にズレが生じ、ユーザに適切に虚像を視認させることができなくなる場合があった。例えば、図１５に示すように凹面鏡１０１やスクリーン１０２に対して対応する位置からユーザ１０３が右方向に移動すると、図１６に示すようにユーザ１０３から視認される虚像１０４の位置は本来の位置よりも左側に位置することとなる。その結果、虚像１０４を重畳させたい対象物１０５（図１６では歩行者）がある場合において、該対象物１０５に虚像１０４を適切に重畳することができない。また、虚像１０４には歪みも生じることとなっていた。従って、特に虚像の生成される位置が重要となる情報を出力する場合（例えば、障害物に対する警告の虚像として、障害物が実際に存在する位置に虚像を生成した場合や、道路の右左折を案内する虚像として、右左折する地点に虚像を生成した場合）には、ユーザに適切な情報提供ができない問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１には、ＨＵＤ内に配置された凹面鏡の角度を変更する技術について開示されているが、特許文献１では太陽光が描画手段に入射しないように凹面鏡の角度を変えることを目的としており、且つ凹面鏡の角度の変更方向も鉛直方向である。しかしながら、運転中のユーザの姿勢の変更方向は基本的に鉛直方向ではなく水平方向であるので、特許文献１の技術では凹面鏡とユーザとの位置関係を適切に保つことができなかった。
【０００８】
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、凹面鏡とユーザとの位置関係にズレが生じた場合であっても、凹面鏡の水平方向の角度を変更することによってユーザに適切に虚像を視認させることを可能にした虚像生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため本発明に係る虚像生成装置（１）は、スクリーン（５）と、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ（４）と、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡（１１）を含む虚像生成手段（６、１０、１１）と、前記ユーザの位置を検出するユーザ位置検出手段（９）と、前記ユーザの位置が基準位置から変位した場合に、水平方向に沿った前記基準位置からの変位量を算出する変位量算出手段（３１）と、前記変位量算出手段により算出された前記変位量に基づいて、前記凹面鏡の水平方向の角度を前記基準位置に対応する基準角度から変更する凹面鏡角度変更手段（２５）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
前記構成を有する本発明に係る虚像生成装置によれば、凹面鏡とユーザとの位置関係にズレが生じた場合であっても、凹面鏡の水平方向の角度を変更することによって凹面鏡とユーザとの位置関係を修正することが可能となる。その結果、虚像を生成する位置にズレが生じることを防止できる。従って、ユーザに適切に虚像を視認させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るＨＵＤの車両への設置態様を示した図である。
【図２】本実施形態に係るＨＵＤの内部構成を示した図である。
【図３】プロジェクタの構成を示した図である。
【図４】スクリーンを示した図である。
【図５】スクリーンの光路に対する前後方向への移動態様を示した図である。
【図６】スクリーンに投射された映像によって生成される虚像を示した図である。
【図７】ターンテーブルに配置されたスクリーンとミラーを示した上面図である。
【図８】本実施形態に係るＨＵＤの構成を示したブロック図である。
【図９】本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。
【図１０】車両の乗員から視認できる虚像の一例を示した図である。
【図１１】車両の乗員とスクリーンとミラーとの位置関係を示した図である。
【図１２】角度算出テーブルの一例を示した図である。
【図１３】補正係数テーブルの一例を示した図である。
【図１４】補正係数に基づくスクリーンとミラーの角度の調整方法について説明した図である。
【図１５】従来技術の問題点について示した図である。
【図１６】従来技術の問題点について示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る虚像生成装置について、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置に具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
先ず、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤという）１の構成について図１を用いて説明する。図１は本実施形態に係るＨＵＤ１の車両２への設置態様を示した図である。
【００１４】
図１に示すようにＨＵＤ１は、車両２のダッシュボード３内部に設置されており、内部にプロジェクタ４やプロジェクタ４からの映像が投射されるスクリーン５を有する。そして、スクリーン５に投射された映像を、後述のようにＨＵＤ１が備えるミラーやフレネルレンズを介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ６に反射させて車両２の乗員７に視認させるように構成されている。尚、スクリーン５に投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報（右左折方向を示す矢印等）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。
【００１５】
また、本実施形態のＨＵＤ１では、フロントウィンドウ６を反射して乗員７がスクリーン５に投射された映像を視認した場合に、乗員７にはフロントウィンドウ６の位置ではなく、フロントウィンドウ６の先の遠方の位置にスクリーン５に投射された映像が虚像８として視認されるように構成される。尚、乗員７が視認できる虚像８はスクリーン５に投射された映像であるが、ミラーを介するので上下方向は反転する。また、フレネルレンズを介することによってサイズも変更する。
【００１６】
ここで、虚像８を生成する位置、より具体的には乗員７から虚像８までの距離（以下、生成距離という）Ｌについては、ＨＵＤ１が備えるミラーやフレネルレンズの形状や位置、光路に対するスクリーン５の位置等によって適宜設定することが可能である。特に、本実施形態では後述のようにスクリーン５の位置を光路に沿って前後方向に移動可能に構成する。その結果、生成距離Ｌを適宜変更することが可能となる。例えば生成距離Ｌを２．５ｍ〜２０ｍの間で変更することが可能である。
【００１７】
また、ダッシュボード３の上面には車内カメラ９が設置される。ここで、車内カメラ９は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたものであり、図１に示すように撮像方向を運転席に向けて設置される。そして、運転席に座った乗員７の上半身を撮像する。尚、ＨＵＤ１は、後述のように車内カメラ９により撮像した撮像画像から乗員７の頭部の位置を検出し、検出した乗員７の頭部の位置に基づいてスクリーン５やミラーの水平方向の角度を変位させる。
【００１８】
次に、図２を用いてＨＵＤ１のより具体的な構成について説明する。図２は、本実施形態に係るＨＵＤ１の内部構成を示した図である。
【００１９】
図２に示すようにＨＵＤ１は、プロジェクタ４と、スクリーン５と、反射ミラー１０と、ミラー（凹面鏡）１１と、フレネルレンズ１２と、制御回路部１３と、ＣＡＮインターフェース１４とから基本的に構成されている。
【００２０】
ここで、プロジェクタ４は光源としてＬＥＤ光源やランプ光源やレーザ光源を用いた映像投射装置であり、例えばレーザ走査式プロジェクタとする。尚、プロジェクタ４としてはＤＬＰプロジェクタや液晶プロジェクタやＬＣＯＳプロジェクタを用いても良い。尚、レーザ走査式プロジェクタ以外を用いた場合にはプロジェクタ４に対して別途投射レンズを配置する必要がある。
【００２１】
図３はプロジェクタ４の構成を示した図である。図３に示すようにプロジェクタ４は、内部にレーザ光の光源１５を備えており、例えばレーザ走査式プロジェクタでは光源１５から出力されるレーザ光をＭＥＭＳミラー１６で反射させ、スクリーン５上に走査させることによってスクリーン５に所望の映像を投射する。
【００２２】
一方、スクリーン５は、プロジェクタ４から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばすりガラス等の拡散板やマイクロレンズアレイ等からなる透過型スクリーンが用いられる。ここで、図４はスクリーン５を示した図である。
【００２３】
図４に示すようにスクリーン５は、映像が投射される被投射エリア２２を有しており、プロジェクタ４から投射された映像が表示される。また、スクリーン５は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。具体的には、スクリーン５の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させることによって、図５に示すようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。その結果、図６に示すようにスクリーン５に投射された映像の虚像８が生成される位置（具体的には乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌ）を変更することが可能である。尚、生成距離Ｌは、ミラー１１からスクリーン５までの距離に依存する。即ち、生成距離Ｌは、ミラー１１からスクリーン５までの距離に応じて長短を変更される。
【００２４】
例えば、スクリーン５をプロジェクタ４側（ミラー１１までの距離が長くなる側）に移動させると、生成距離Ｌが長くなる（即ち、乗員７からはより遠くに虚像８が視認されるようになる）。一方、スクリーン５をプロジェクタ４と反対側（ミラー１１までの距離が短くなる側）に移動させると、生成距離Ｌが短くなる（即ち、乗員７からはより近くに虚像８が視認されるようになる）。
【００２５】
また、スクリーン前後駆動モータ２４はステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン前後駆動モータ２４を制御し、スクリーン５の前後位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態ではスクリーン５とミラー１１は、ターンテーブル２５上に配置され、ターンテーブル２５の回転に伴ってそれぞれ水平方向の角度を変更可能に構成されている。ここで、図７はターンテーブル２５に配置されたスクリーン５とミラー１１を示した上面図である。
【００２７】
図７に示すようにターンテーブル２５上において、スクリーン５とミラー１１とは相対角度が互いに平行となる位置に固定されている。従って、ターンテーブル２５が回転し、スクリーン５やミラー１１の水平方向の角度が変更された場合であっても、スクリーン５とミラー１１は一体に同方向に同角度変更されることとなるので、スクリーン５とミラー１１は常に平行状態が維持される。また、スクリーン５からミラー１１までの距離についてはＨＵＤ１において実現する生成距離Ｌの範囲に基づいて設計する。
【００２８】
また、ターンテーブル２５にはターンテーブル２５を回転駆動させる手段として駆動機構２６が隣接して配置される。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信される制御信号に基づいて駆動機構２６を制御し、ターンテーブル２５を任意の角度まで適切に回転駆動させることが可能となる。特に本実施形態に係るＨＵＤ１では、後述のように車両の乗員７の頭部の位置に合わせてターンテーブル２５を回転駆動させることにより、スクリーン５とミラー１１と乗員７との３者の位置関係を適切に保つことが可能となる。
【００２９】
一方、反射ミラー１０は、図２に示すようにプロジェクタ４から投射された映像を反射して光路を変更し、スクリーン５へと投射する反射板である。
【００３０】
また、ミラー１１は、図２に示すようにスクリーン５からの映像光を反射させ、フロントウィンドウ６を介してスクリーン５の映像を乗員７に視認させることにより、乗員７の前方に虚像８（図１参照）を生成する手段であり、反射ミラー１０やフロントウィンドウ６とともに虚像生成手段を構成する。ミラー１１としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。尚、スクリーン５に対して投射された映像は、反射ミラー１０やミラー１１によって反射されるので、生成される虚像はスクリーン５に対して投射された映像と上下左右がそれぞれ反転した像となる。
【００３１】
また、フレネルレンズ１２は、図２に示すようにスクリーン５に投射された映像を拡大して虚像８を生成する為の拡大鏡である。そして、本実施形態に係るＨＵＤ１では、スクリーン５に投射された映像を、ミラー１１やフレネルレンズ１２を介し、更にフロントウィンドウ６に反射させて乗員７に視認させることによって、フロントウィンドウ６の先の遠方の位置にスクリーン５に投射された映像が拡大され、虚像８として乗員に視認される（図１参照）。
【００３２】
また、制御回路部１３は、ＨＵＤ１の全体の制御を行う電子制御ユニットである。ここで、図８は本実施形態に係るＨＵＤ１の構成を示したブロック図である。
【００３３】
図８に示すように制御回路部１３は、演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ３１、並びにＣＰＵ３１が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ３２、制御用のプログラムのほか、後述の虚像生成処理プログラム（図９参照）等が記録されたＲＯＭ３３、ＲＯＭ３３から読み出したプログラムや後述の角度算出テーブル、補正係数テーブルを記憶するフラッシュメモリ３４等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部１３は、プロジェクタ４、スクリーン前後駆動モータ２４、駆動機構２６とそれぞれ接続され、プロジェクタ４や各種モータや機構の駆動制御を行う。
【００３４】
また、ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）インターフェース１４は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるＣＡＮに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、ＨＵＤ１は、ＣＡＮを介して、各種車載器や車両機器の制御装置（例えば、ナビゲーション装置４８、ＡＶ装置４９等）と相互通信可能に接続される。それによって、ＨＵＤ１は、ナビゲーション装置４８やＡＶ装置４９等の出力画面を投影可能に構成する。
【００３５】
続いて、前記構成を有するＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する虚像生成処理プログラムについて図９に基づき説明する。図９は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のＡＣＣがＯＮされた後に実行され、車両の乗員であるユーザに視認可能な虚像を生成するとともに、乗員の位置に応じてスクリーン５やミラー１１の角度を調整するプログラムである。以下の図９にフローチャートで示されるプログラムは、ＨＵＤ１が備えているＲＡＭ３２やＲＯＭ３３に記憶されており、ＣＰＵ３１により実行される。
【００３６】
先ず、虚像生成処理プログラムではステップ（以下、Ｓと略記する）１において、ＣＰＵ３１は、スクリーン５とミラー１１の位置を基準角度に設定する。ここで、ＨＵＤ１は、前記したように内部にあるスクリーンに描画された映像を、フロントウィンドウ６に反射させて乗員７に視認させる構成を有し、正しい位置に正確な虚像を生成する為にはＨＵＤ１（より具体的にはＨＵＤ１内にあるスクリーン５及びミラー１１）とユーザである車両の乗員７との位置関係を厳密に対応させる必要がある。そして、基準角度は、車両の乗員７が基準位置（運転席に正しい姿勢で着座した位置）にある状態において、正しい位置に正確な虚像を生成することができる角度である。例えば、プロジェクタ４の光路に対してそれぞれ垂直方向をなす角度とする。尚、乗員７の基準位置は、車両のＡＣＣをオンした時点や運転を開始した時点の乗員７の位置としても良い。その際の乗員７の基準位置は例えば車内カメラ９により検出する。
【００３７】
次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、プロジェクタ４によるスクリーン５への映像の投射を開始する。尚、プロジェクタ４により投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報（右左折方向を示す矢印等）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等がある。特に本実施形態では車両が停車した状態では、上記映像の内、車両の現在車速の映像及びテレビ画面を投射し、車両が走行する状態では障害物に対する警告及びナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報を出力する構成とする。
【００３８】
その結果、例えば車両が走行状態にあって、図１０に示すように車両の進行方向前方に歩行者６１が接近した状態では、歩行者６１の位置に警告の虚像８を生成する。また、乗員７から歩行者６１までの距離をセンサやカメラを用いて算出し、算出した距離を生成距離Ｌに設定する。本実施形態に係るＨＵＤ１は、前記したようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させることによって生成距離Ｌを変更することが可能である（図６参照）。従って、ＣＰＵ３１は乗員７から生成距離Ｌだけ離れた位置に虚像８が生成されるようにスクリーン５の位置を制御する。その結果、虚像８が生成される位置は、乗員７から設定された生成距離Ｌ前方の位置（図１０に示す例では歩行者６１の位置）となる。従って、乗員７が視認する前方の風景と虚像８の位置を対応させることが可能となり、乗員７は、虚像８を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能である。尚、その後に車両が移動することによって乗員７から歩行者６１までの距離が変化すれば、それに伴って生成距離Ｌも変更するように構成する。
【００３９】
続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、車内カメラ９で運転席に着座した車両の乗員７の上半身を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって特に現在の乗員７の頭部の位置を検出する。尚、以降は所定間隔で乗員７の頭部の位置の検出を継続して行う。
【００４０】
その後、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ３で検出された現在の乗員７の頭部の位置に基づいて、ＨＵＤ１（より具体的にはＨＵＤ１内にあるスクリーン５及びミラー１１）とユーザである車両の乗員７との位置関係にズレが生じているか否かを判定する。具体的には、乗員７の姿勢が変わること等によって乗員７の頭部の位置が移動した場合に、ＨＵＤ１と乗員７との位置関係にズレが生じたと判定する。尚、乗員７の頭部の位置が移動した場合であっても、その移動量がごく少量（例えば５ｃｍ以内）である場合には、ＨＵＤ１と乗員７との位置関係にズレは生じていないと判定するのが望ましい。
【００４１】
そして、ＨＵＤ１と乗員７との位置関係にズレが生じていると判定された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、Ｓ５へと移行する。それに対して、ＨＵＤ１と乗員７との位置関係にズレが生じていないと判定された場合（Ｓ４：ＮＯ）には、Ｓ１１へと移行する。
【００４２】
Ｓ５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ３で検出された現在の乗員７の頭部の位置に基づいて、現在の乗員７の頭部の位置が基準位置に対してどの方向にどの程度ズレているかを取得する。具体的には基準位置に対して現在の乗員７の頭部が位置する方向（以下、変位方向という）と、基準位置と現在の乗員７の頭部の位置との差分量（以下、変位量という）をそれぞれ取得する。尚、前記Ｓ５で取得される変位方向と変位量は水平方向に沿った方向と量となる。
【００４３】
次に、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、先ず前記Ｓ５で取得された乗員７の変位方向と変位量に基づいて、現在の位置にある乗員７が正しい位置に正確な虚像８を視認する為のスクリーン５とミラー１１の角度（以下、目標角度という）を特定する。その後、ＣＰＵ３１は、現在のスクリーン５とミラー１１の角度を特定された目標角度まで変位させるのに必要なスクリーン５とミラー１１の角度の変更方向（以下、角度変更方向という）と変更量（以下、必要角度変更量という）を算出する。尚、前記Ｓ６で算出される角度変更方向と必要角度変更量は水平方向に沿った方向と量となる。
【００４４】
ここで、図１１に示すようにスクリーン５とミラー１１の目標角度は、例えば乗員７が基準位置に対して右方向に位置する場合には、基準角度よりも反時計回り方向に回転させた角度となる。一方、乗員７が基準位置に対して左方向に位置する場合には、基準角度よりも時計回り方向に回転させた角度となる。尚、具体的な目標角度の値は、図１２に示す角度算出テーブルにより算出しても良いし、計算式により算出する構成としても良い。ここで、角度算出テーブルは、図１２に示すように乗員７の基準位置に対する変位方向と変位量とに対応付けて目標角度を規定したテーブルである。
【００４５】
次に、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、車両の乗員７から現在のスクリーン５の位置に基づいて生成される虚像８までの距離である生成距離Ｌを取得する。ここで、本実施形態に係るＨＵＤ１は、前記したようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動可能に構成し、スクリーン５の光路に沿った位置を移動させることによって生成距離Ｌを変更することが可能である（図６参照）。特に本実施形態では生成距離Ｌを２．５ｍ〜２０ｍの間で変更可能に構成する。
【００４６】
続いて、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ７で取得された生成距離Ｌと図１３に示す補正係数テーブルとに基づいて、補正係数を特定する。ここで、補正係数テーブルは、図１３に示すように生成距離Ｌに対応付けて補正係数を規定したテーブルである。尚、補正係数は、生成距離Ｌが最小である２．５ｍの場合に“１”に特定され、生成距離Ｌが大きくなるほど、より小さい値が特定される。
【００４７】
その後、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で算出された必要角度変更量に前記Ｓ８で特定された補正係数を乗じた値を角度変更量として算出する。尚、前記Ｓ９で算出された角度変更量が、後述のＳ１０で実際にスクリーン５とミラー１１の角度が変更される量となる。即ち、補正係数を用いてスクリーン５とミラー１１の角度を変更する量を補正するように構成する。
【００４８】
ここで、虚像８として提供される情報の重要度は、一定ではなく虚像８毎に異なる。例えば、車両から近い位置に生成される虚像８は緊急性を有する重要な情報である可能性が高い一方で、車両から遠い位置に生成される虚像８は緊急性を有しない可能性が高い。従って、本実施形態に係るＨＵＤ１は、車両から近い位置に虚像８を生成している状態では、乗員７が正しい位置に正確な虚像８を視認できるように、制御負担は考慮せずにできる限りスクリーン５とミラー１１の角度の調整を行う。一方、車両から遠い位置に虚像８を生成している状態では、虚像８の生成される位置が本来の位置から多少ずれたり虚像８に歪みが生じても乗員７への影響が小さいので、角度変更に係る制御負担を減少させるために、角度を変位させる量を本来必要な量よりも小さくするように調整を行う。
【００４９】
例えば、図１４に示すように車両の進行方向前方に前方車両６２が存在し、徐々に車両側に接近する状況を例に挙げて説明する。
図１４に示すように車両から前方車両６２までの距離が遠い段径では緊急性が低いので、前方車両６２を警告する虚像８の生成される位置に多少のずれが生じても乗員７に与える影響は小さいので、補正係数を乗じることによって角度を変位させる量を、本来必要な量よりも小さくするように調整を行う。
その後、前方車両６２が接近して車両から前方車両６２までの距離が短い段階では緊急性が高いので、前方車両６２を警告する虚像８の生成される位置にできる限りズレが生じないように、補正係数をより１に近い値とする。その結果、角度を変位させる量を本来必要な量に近づけるように調整を行う。
【００５０】
その後、Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、駆動機構２６に制御信号を送信し、ターンテーブル２５を回転させる。そして、前記Ｓ６で特定された角度変更方向へ、前記Ｓ９で算出された角度変更量だけスクリーン５とミラー１１の角度を変位させる。その結果、現在の位置にある乗員７が正しい位置に正確な虚像８を視認することが可能となる。尚、前記したようにスクリーン５とミラー１１はターンテーブル２５上に配置され、ターンテーブル２５の回転によって一体に水平方向へ角度を変更するように構成する（図７）。また、スクリーン５の角度の変更期間は、ミラー１１の角度の変更期間と重複する。
【００５１】
その後、Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、スクリーン５に対する映像の投射を終了するか否かを判定する。例えば、車両のＡＣＣがオフされた場合や、シフト位置が「Ｐ」に設定された場合に、スクリーン５に対する映像の投射を終了すると判定する。
【００５２】
そして、スクリーン５に対する映像の投射を終了すると判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。一方、スクリーン５に対する映像の投射を終了しないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）にはＳ４へと戻り、継続してスクリーン５に対する映像の投射を行う。
【００５３】
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、プロジェクタ４から出力した映像をスクリーン５に投射し、スクリーン５に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像８を生成する。また、ユーザの位置が基準位置から変位した場合には、水平方向に沿った基準位置からの変位量を算出し（Ｓ５）、算出された変位量に基づいて、ミラー１１の水平方向の角度を基準角度から変更する（Ｓ１０）ので、ミラー１１と乗員７との位置関係にズレが生じた場合であっても、ミラー１１の水平方向の角度を変更することによってミラー１１と乗員７との位置関係を修正することが可能となる。その結果、虚像を生成する位置にズレが生じることなく、虚像に歪みが生じることも防止できる。従って、ユーザに適切に虚像を視認させることが可能となる。
【００５４】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではＨＵＤ１によって車両２のフロントウィンドウ６の前方に虚像を生成する構成としているが、フロントウィンドウ６以外のウィンドウの前方に虚像を生成する構成としても良い。また、ＨＵＤ１により映像を反射させる対象はフロントウィンドウ６自身ではなくフロントウィンドウ６の周辺に設置されたバイザー（コンバイナー）であっても良い。
【００５５】
また、本実施形態では車両２に対してＨＵＤ１を設置する構成としているが、車両２以外の移動体に設置する構成としても良い。例えば、船舶や航空機等に対して設置することも可能である。また、アミューズメント施設に設置されるライド型アトラクションに設置しても良い。その場合には、ライドの周囲に虚像を生成し、ライドの乗員に対して虚像を視認させることが可能となる。
【００５６】
また、本実施形態では虚像生成装置をＨＵＤ１に適用した例について説明したが、虚像を生成し、ユーザに視認させる構成を有する装置であればＨＵＤ以外にも適用可能である。例えば、インストルメントパネルに設置された表示装置に適用しても良い。
【００５７】
また、本実施形態では、ターンテーブル２５上にスクリーン５とミラー１１を配置することによって、スクリーン５とミラー１１を一体に角度を変更する構成としているが、スクリーン５の角度とミラー１１の角度はそれぞれ個別に変更可能な構成としても良い。また、その場合には、スクリーン５の角度とミラー１１の角度を同時に変更する構成としても良いし、いずれか一方を先に変更する構成としても良い。
【００５８】
また、本実施形態では、車両の乗員７の頭部の位置に応じてスクリーン５とミラー１１の角度を変更する構成としているが、頭部以外の位置（例えば乗員７の眼の位置）に応じてスクリーン５とミラー１１の角度を変更する構成としても良い。また、角度の変更対象とするのはミラー１１のみ又はスクリーン５のみとしても良い。その場合でも虚像８の位置のズレ修正や歪み修正にある程度の効果は期待できる。また、スクリーン５やミラー１１に加えて反射ミラー１０やプロジェクタ４の水平方向の角度も変更する構成としても良い。
【００５９】
また、本実施形態では投射レンズが不要となるレーザ走査式プロジェクタを用いているが、レーザ走査式プロジェクタ以外のプロジェクタ（例えば、ＤＬＰプロジェクタ、液晶プロジェクタ、ＬＣＯＳプロジェクタ）を用いても良い。
【００６０】
また、本実施形態では、スクリーンを１枚のスクリーンから構成しているが、スクリーンの数は２枚以上としても良い。また、スクリーンを２枚以上とした場合には、全てのスクリーンを光路に沿って移動可能に構成しても良いし、一部のスクリーンのみを光路に沿って移動可能に構成しても良い。
【００６１】
また、本発明に係る虚像生成装置を具体化した実施例について上記に説明したが、虚像生成装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。
【００６２】
例えば、第１の構成は以下のとおりである。
スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記ユーザの位置を検出するユーザ位置検出手段と、前記ユーザの位置が基準位置から変位した場合に、水平方向に沿った前記基準位置からの変位量を算出する変位量算出手段と、前記変位量算出手段により算出された前記変位量に基づいて、前記凹面鏡の水平方向の角度を前記基準位置に対応する基準角度から変更する凹面鏡角度変更手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像生成装置によれば、凹面鏡とユーザとの位置関係にズレが生じた場合であっても、凹面鏡の水平方向の角度を変更することによって凹面鏡とユーザとの位置関係を修正することが可能となる。その結果、虚像を生成する位置にズレが生じることを防止できる。従って、ユーザに適切に虚像を視認させることが可能となる。
【００６３】
また、第２の構成は以下のとおりである。
前記凹面鏡角度変更手段によって前記凹面鏡の水平方向の角度が変更された場合に、前記スクリーンの水平方向の角度を変更後の前記凹面鏡の水平方向の角度に応じて変更するスクリーン角度変更手段を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像生成装置によれば、凹面鏡に加えてスクリーンの角度も変更するので、凹面鏡とスクリーンとユーザとの３者の位置関係を適切に保つことが可能となり、虚像に歪みが生じることを防止できる。その結果、ユーザに対してより適切に虚像を視認させることが可能となる。
【００６４】
また、第３の構成は以下のとおりである。
前記スクリーン角度変更手段は、前記スクリーンと前記凹面鏡とが平行となるように前記スクリーンの水平方向の角度を変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像生成装置によれば、スクリーンや凹面鏡の角度を変更する場合であっても、スクリーンと凹面鏡との位置関係を適切な関係に保つことによって、生成される虚像に歪み等を生じさせることなく、ユーザに適切に虚像を視認させることが可能となる。
【００６５】
また、第４の構成は以下のとおりである。
前記スクリーン角度変更手段による前記スクリーンの角度の変更期間が、前記凹面鏡角度変更手段による前記凹面鏡の角度の変更期間と重複することを特徴とする。
上記構成を有する虚像生成装置によれば、スクリーンや凹面鏡の角度の変更中においても、スクリーンと凹面鏡との位置関係を適切な関係に保つことができる。従って、スクリーンや凹面鏡の角度の変更中に、生成される虚像に歪み等を生じさせることなく、ユーザに適切に虚像を視認させることが可能となる。
【００６６】
また、第５の構成は以下のとおりである。
前記移動手段によって前記スクリーンを前記プロジェクタの光路に沿って移動させることにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段を有し、前記凹面鏡角度変更手段は、前記変位量算出手段により算出された前記変位量と前記生成距離とに基づいて、前記凹面鏡の前記基準角度からの水平方向の角度変更量を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像生成装置によれば、虚像として提供される情報の重要度に応じて、凹面鏡の角度変更量を決定することが可能となる。その結果、例えば重要度の高い虚像を表示する場合には、できる限り凹面鏡の角度の調整を行う一方、重要度の低い虚像を表示する場合には、虚像の生成される位置が本来の位置から多少ずれたり虚像に歪みが生じてもユーザへの影響が小さいので、角度を変位させる量を本来必要な量よりも小さくすることによって、角度変更に係る制御負担を減少させることができる。
【００６７】
また、第６の構成は以下のとおりである。
前記凹面鏡角度変更手段は、前記変位量算出手段により算出された前記変位量が大きい程、前記凹面鏡の前記基準角度からの水平方向の角度変更量を大きくし、前記生成距離が長い程、前記凹面鏡の前記基準角度からの水平方向の角度変更量を小さくすることを特徴とする。
上記構成を有する虚像生成装置によれば、車両から近い位置に生成される虚像は緊急性を有する重要な情報である可能性が高いので、制御負担を考慮せずにできる限り凹面鏡の角度の調整を行うことによって、正しい位置に正確な虚像を生成することが可能となる。一方、車両から遠い位置に生成される虚像は緊急性のない重要度の低い情報である可能性が高いので、角度を変位させる量を本来必要な量よりも小さくすることによって、角度変更に係る制御負担や消費電力を減少させることが可能となる。
【符号の説明】
【００６８】
１      ヘッドアップディスプレイ装置
２      車両
３      ダッシュボード
４      プロジェクタ
５      スクリーン
６      フロントウィンドウ
７      乗員
８      虚像
２４    スクリーン回動駆動モータ
２５    映像
３１    ＣＰＵ
３２    ＲＡＭ
３３    ＲＯＭ
３４    フラッシュメモリ
【図１】
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【図２】
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【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】
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【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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