(57)【要約】【課題】高い品質の映像を虚像として生成する生成するとともに装置の小型化を実現したヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】プロジェクタ４から、第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７を介して夫々映像を第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射し、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像を生成する。また、第２スクリーン２１を光路に沿って移動させることによって乗員から虚像までの距離を調整するとともに、第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせるように第２スクリーン２１の移動に伴って第２投射レンズ１７を、第２スクリーン２１と逆方向へと移動させるように構成する。【選択図】図１８
2015043012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクリーンと、
光源から出力される光に基づいて生成される映像を、投射レンズを介して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から前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、
前記虚像を生成する位置を決定する虚像位置決定手段と、を有し、
前記光源の光路に沿って前記光源から、前記投射レンズ、前記スクリーン、前記虚像生成手段の順に配置され、
前記光路に対して前記光源と前記虚像生成手段の位置を固定とするとともに、前記スクリーンと前記投射レンズは前記光路に沿って移動可能に構成され、
前記虚像位置決定手段は、前記虚像を生成する位置として、前記虚像を視認するユーザから前記虚像までの距離を決定し、
前記虚像位置決定手段によって前記虚像を生成する位置が前記虚像を視認するユーザに対してより遠い位置へと変更された場合には、前記スクリーンを前記虚像生成手段から離間する方向へと移動させるとともに、前記投射レンズを前記光源から離間する方向へと移動させる第１移動手段と、
前記虚像位置決定手段によって前記虚像を生成する位置が前記虚像を視認するユーザに対してより近い位置へと変更された場合には、前記スクリーンを前記虚像生成手段に接近する方向へと移動させるとともに、前記投射レンズを前記光源に接近する方向へと移動させる第２移動手段と、を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１移動手段及び前記第２移動手段は、前記投射レンズ及び前記スクリーンを前記光路に沿って移動させることによって、前記投射レンズから投射された前記映像を前記スクリーン上で焦点を合わせることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記虚像位置決定手段により決定された位置に基づいて、前記スクリーンを移動させる移動方向と移動量を決定するスクリーン移動決定手段と、
前記スクリーン移動決定手段により決定された前記スクリーンの移動方向と移動量に基づいて、前記投射レンズを移動させる移動方向と移動量を決定するレンズ移動決定手段と、を有し、
前記第１移動手段及び前記第２移動手段は、前記スクリーン移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って前記スクリーンを移動させるとともに、前記レンズ移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って前記投射レンズを移動させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記第１移動手段及び前記第２移動手段は、
前記スクリーン移動決定手段により決定された移動方向へ前記スクリーンを所定の第１単位量移動させる第１の動作を、前記スクリーン移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、
前記レンズ移動決定手段により決定された移動方向へ前記投射レンズを所定の第２単位量移動させる第２の動作を、前記レンズ移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、
前記スクリーンにおいて前記第１の動作が行われる度に、前記投射レンズから投射された前記映像を前記第１単位量移動した後の前記スクリーン上で焦点を合わせるように、前記投射レンズにおいて前記第２の動作を行うことを特徴とする請求項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の動作と前記第２の動作は同じタイミングで開始され、
前記第２単位量を、前記スクリーンが前記第１単位量を移動するのに必要な時間で除した値を、前記レンズ移動手段による前記投射レンズの移動速度とすることを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記プロジェクタは、前記第１移動手段及び前記第２移動手段による前記スクリーンの移動が行われている間において、前記スクリーンの位置の変化に応じて前記映像を補正しつつ前記スクリーンに継続して投射することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の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、移動体に搭載可能であって、移動体の乗員が視認する各種映像を生成するヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【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）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２００９−２８８３８８号公報に記載されているように、車両の乗員から見て車両のウィンドウ（例えばフロントウインドウ）の前方に、前方視野の前景に重畳して虚像を生成することが可能である。その結果、乗員は運転情報を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２８８３８８号公報（第３−５頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、車両の乗員の運転時の負担をより少なくする為には、虚像を生成する位置（より具体的には乗員から虚像までの距離）を適切に設定することが重要である。例えば、障害物に対する警告の虚像を生成する為には、その障害物が実際に存在する位置に虚像を生成することが望ましい。また、道路の右左折を案内する虚像を生成する場合には、右左折する地点に虚像を生成することが望ましい。
【０００６】
そして、上記特許文献１の技術では、虚像として生成する為の映像が表示される液晶表示パネルの位置を光路に沿って前後に移動可能に構成し、虚像を生成する位置を調整することが開示されている。
【０００７】
ここで、上記特許文献１には虚像として生成する為の映像を表示する表示手段として液晶表示パネルを用いたＨＵＤについて説明されているが、他の方式として上記表示手段を、映像を投射するプロジェクタと、プロジェクタから投射された映像を映し出すスクリーンにより構成することも可能である。そして、このような構成を有するＨＵＤでは、鮮明な映像をスクリーンに表示させる為には、プロジェクタのレンズの焦点をスクリーンの位置に正確に合わせる必要がある。
【０００８】
しかし、例えば図１９に示すように、乗員から虚像までの距離を遠方へと変更する為にスクリーン１０１を投射レンズ１０２側に移動させることとすると、投射レンズ１０２の焦点は移動前のスクリーン１０１の位置に合わせているので、投射レンズ１０２の位置を固定した状態では移動後のスクリーン１０１に対して焦点のズレが生じる。その結果、鮮明な映像をスクリーン１０１に表示させることができない問題が生じていた。また、スクリーン１０１と投射レンズ１０２の間の距離を保った状態でスクリーン１０１と投射レンズ１０２をそれぞれ光路に沿って移動させる構成とすると、プロジェクタの光源から投射レンズ１０２までの距離について、スクリーン１０１や投射レンズ１０２の移動距離に応じてクリアランスを設ける必要があり、ＨＵＤの装置が大型化する問題があった。
【０００９】
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、高い品質の映像を虚像として生成するとともに装置の小型化を実現したヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、スクリーン（２０、２１）と、光源（５１）から出力される光に基づいて生成される映像を、投射レンズ（１６、１７）を介してスクリーンに投射するプロジェクタ（４）と、スクリーンに投射された映像から映像の虚像を生成する虚像生成手段（１１、１２）と、を有し、ユーザに視認可能な虚像を生成するヘッドアップディスプレイ装置である。また、光源の光路に沿って光源から、投射レンズ、スクリーン、虚像生成手段の順に配置され、光路に対して光源と虚像生成手段の位置を固定とするとともに、スクリーンと投射レンズは光路に沿って移動可能に構成され、更に以下の手段を備える。具体的には、虚像を生成する位置を決定する虚像位置決定手段（３１）と、虚像位置決定手段によって虚像を生成する位置が虚像を視認するユーザに対してより遠い位置へと変更された場合には、スクリーンを虚像生成手段から離間する方向へと移動させるとともに、投射レンズを光源から離間する方向へと移動させる第１移動手段（３１）と、虚像位置決定手段によって虚像を生成する位置が虚像を視認するユーザに対してより近い位置へと変更された場合には、スクリーンを虚像生成手段に接近する方向へと移動させるとともに、投射レンズを光源に接近する方向へと移動させる第２移動手段（３１）と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
前記構成を有する本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、投射レンズ及びスクリーンを光路に沿って夫々移動させるので、スクリーンを移動させることによってユーザから虚像までの距離を調整できる一方、スクリーンを移動させた場合であっても投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることができるので、高い品質の映像を虚像として生成することが可能となる。また、スクリーンの移動方向と逆方向に投射レンズを移動させることによって、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせるので、光源から投射レンズまでの距離にクリアランスを設ける必要が無く装置を小型化することが可能となる。
また、スクリーンを虚像生成手段から離間する方向へと移動させると、投射レンズや光源からスクリーンまでの距離が近くなるのを要因として、スクリーン上に投射された映像の明度が上昇する。逆に、スクリーンを虚像生成手段に接近する方向へと移動させると、投射レンズや光源からスクリーンまでの距離が遠くなるのを要因として、スクリーン上に投射された映像の明度が低下する。その結果、ユーザから虚像までの距離が遠くなる場合であっても、虚像を明るくすることができるので虚像への視認性を向上させることが可能となる。一方で、ユーザから虚像までの距離が近くなる場合には、虚像の明るさを抑えることにより、虚像によってユーザの視界が遮られることを防止することが可能となる。
また、スクリーンを虚像生成手段から離間する方向へと移動させると、投射レンズからスクリーンまでの距離が近くなるのを要因として、同じ映像をプロジェクタから投射した場合であってもスクリーン上に映し出される映像のサイズは小さくなる。その結果、プロジェクタから投射される映像のサイズを変更しなくとも、ユーザから虚像までの距離が遠くなると、それに伴って虚像のサイズも小さくすることができるので、ユーザから虚像までの距離に応じた適切なサイズの虚像を生成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】プロジェクタが備える第１投射レンズ及び第２投射レンズを示した図である。
【図４】第２投射レンズの移動態様を示した図である。
【図５】第１スクリーンと第２スクリーンをそれぞれ示した図である。
【図６】第１スクリーンと第２スクリーンに対するプロジェクタの映像の投射態様を示した図である。
【図７】第２スクリーンの光路に対する前後方向への移動態様を示した図である。
【図８】第１スクリーンと第２スクリーンに投射された映像によって生成される虚像をそれぞれ示した図である。
【図９】第１スクリーン及び第２スクリーンの光路に対する交差方向への移動態様を示した図である。
【図１０】第１スクリーンと第２スクリーンを上下方向に移動させた場合におけるプロジェクタの映像の投射態様を示した図である。
【図１１】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１２】本実施形態に係るテーブル生成処理プログラムのフローチャートである。
【図１３】位置設定テーブルの一例を示した図である。
【図１４】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１５】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１６】第１スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。
【図１７】第２スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。
【図１８】第２スクリーンを移動させた場合の第２スクリーンと第２投射レンズの位置関係を示した図である。
【図１９】従来技術の問題点について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置について具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【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光源を用いた映像投射装置であり、例えばＤＬＰプロジェクタとする。尚、プロジェクタ４としては液晶プロジェクタやＬＣＯＳプロジェクタを用いても良い。また、プロジェクタ４は映像を投射する為の投射レンズ１５を備えているが、本実施形態では投射レンズ１５は第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７の２つの投射レンズから構成され、それぞれ異なる映像を投射可能に構成する。ここで、図３はプロジェクタ４が備える第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７を示した図である。
【００２１】
図３に示すように第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７は、一の円形状のレンズを上下方向に分割した分割形状を有する。更に、下方にある第２投射レンズ１７は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。一方、第１投射レンズ１６の位置は固定とする。具体的には、第２投射レンズ１７の背面側にあるレンズ駆動モータ１８を駆動させることによって、図４に示すように第２投射レンズ１７を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。特に、本実施形態では、後述のようにスクリーン５を光路に沿って前後方向に移動させる場合において、第２投射レンズ１７から投射される映像の焦点を移動後のスクリーン５の位置に一致させる為に、第２投射レンズ１７も追従して移動させる構成とする。
【００２２】
また、レンズ駆動モータ１８はステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信されるパルス信号に基づいてレンズ駆動モータ１８を制御し、第２投射レンズ１７の位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。
【００２３】
また、スクリーン５は、プロジェクタ４から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばフレネルスクリーンや拡散型スクリーン等が用いられる。また、本実施形態ではスクリーン５は、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１の２枚のスクリーンから構成される。ここで、図５は第１スクリーン２０と第２スクリーン２１をそれぞれ示した図である。
【００２４】
図５に示すように第１スクリーン２０は、上方に映像が投射される被投射エリア２２を有しており、図６に示すようにプロジェクタ４の第１投射レンズ１６から投射された映像が表示される。一方、第２スクリーン２１は、下方に映像が投射される被投射エリア２３を有しており、図６に示すようにプロジェクタ４の第２投射レンズ１７から投射された映像が表示される。そして、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１は、図２及び図６に示すように被投射エリア２２、２３が重ならないように、光路に沿って前後方向に所定間隔で並べて配置される。従って、本実施形態では虚像８は、第１スクリーン２０に投射された映像の虚像（以下、第１虚像８Ａという）と、第２スクリーン２１に投射された映像の虚像（以下、第２虚像８Ｂという）から構成されることとなる。
【００２５】
また、第２スクリーン２１は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。一方、第１スクリーン２０の位置は前後方向に対して固定とする。具体的には、第２スクリーン２１の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させることによって、図７に示すように第１スクリーン２０と第２スクリーン２１との間の距離を変更し、第２スクリーン２１を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。その結果、第２スクリーン２１に投射された映像の虚像である第２虚像８Ｂが生成される位置（具体的には乗員７から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２）を変更することが可能である。尚、生成距離Ｌ２は、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離に依存する。即ち、生成距離Ｌ２は、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離に応じて長短を変更される。例えば、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離が長くなると生成距離Ｌ２が長くなり、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離が短くなると生成距離Ｌ２が短くなる。
【００２６】
例えば、第２スクリーン２１をプロジェクタ４側（ミラー１１までの距離が長くなる側）に移動させると、生成距離Ｌ２が長くなる（即ち、乗員７からはより遠くに第２虚像８Ｂが視認されるようになる）。一方、第２スクリーン２１をプロジェクタ４と反対側（ミラー１１までの距離が短くなる側）に移動させると、生成距離Ｌ２が短くなる（即ち、乗員７からはより近くに第２虚像８Ｂが視認されるようになる）。尚、第１スクリーン２０の位置は前後方向に対して固定であるので、第１スクリーン２０に投射された映像の虚像である第１虚像８Ａが生成される位置（具体的には乗員７から第１虚像８Ａまでの距離である生成距離Ｌ１）は固定である。従って、生成距離Ｌ２を変更することによって、第１虚像８Ａから第２虚像８Ｂまでの距離（｜Ｌ２−Ｌ１｜）が変更されることとなる。
【００２７】
従って、仮に第１スクリーン２０と第２スクリーン２１が光路に沿ってミラー１１から同距離にある場合には、車両２の前方の同位置に第１虚像８Ａと第２虚像８Ｂが生成されることとなるが、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１がミラー１１から光路に沿って異なる距離にある場合には、図８に示すように第１虚像８Ａと第２虚像８Ｂとがそれぞれ異なる位置に生成されることとなる。また、図５及び図６に示すように、第１スクリーン２０の被投射エリア２２は、第２スクリーン２１の被投射エリア２３よりも上方に位置するように各スクリーンは配置されるが、ミラー１１によって映像が上下反転されるので、光路に対して交差する方向を基準にして、第２虚像８Ｂが第１虚像８Ａの上方に生成されることとなる。
【００２８】
また、本実施形態では第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１を、光路に交差する方向に一体に移動可能に構成されている。具体的には、第１スクリーン２０の側面にあるスクリーン上下駆動モータ２５を駆動させることによって、図９に示すように第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１を一体に光路に交差する方向に移動させることが可能となる。その結果、図１０に示すように第１スクリーン２０と第２スクリーン２１を対象としてプロジェクタ４からの映像を投射する第１投射態様と、第１スクリーン２０のみを対象としてプロジェクタ４からの映像を投射する第２投射態様との間で、スクリーン５への画像の投射態様を切り換えることが可能となる。
【００２９】
そして、ＨＵＤ１は、投射態様が第１投射態様にある場合には、基本的に第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７とで異なる種類の映像（例えば、第１投射レンズ１６では車両の現在車速の映像、第２投射レンズ１７では案内情報や警告情報の映像）をそれぞれ各スクリーンに投射する。一方、投射態様が第２投射態様にある場合には、基本的に第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７とでそれぞれ投射された映像を組み合わせた一の映像（例えば、第１投射レンズ１６ではテレビ画面の下半分の映像、第２投射レンズ１７ではテレビ画面の上半分の映像）を第１スクリーン２０に投射する。それによって、第２投射態様では、分割線の無いより大きいサイズの映像を虚像として生成することが可能となる。尚、第２投射態様であっても第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７とで異なる種類の映像を投射する構成とすることも可能である。
【００３０】
また、スクリーン前後駆動モータ２４及びスクリーン上下駆動モータ２５はそれぞれステッピングモータからなる。そして、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン前後駆動モータ２４を制御し、第２スクリーン２１の前後位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。また、ＨＵＤ１は、制御回路部１３から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン上下駆動モータ２５を制御し、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の上下位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。
【００３１】
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。
【００３２】
また、ミラー１１は、図２に示すようにスクリーン５からの映像光を反射させて、フロントウィンドウ６を介して、乗員７の前方に虚像８（図１参照）を投影する投影手段である。ミラー１１としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。
【００３３】
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）。
【００３４】
また、制御回路部１３は、ＨＵＤ１の全体の制御を行う電子制御ユニットである。ここで、図１１は本実施形態に係るＨＵＤ１の構成を示したブロック図である。
【００３５】
図１１に示すように制御回路部１３は、演算装置及び制御装置としてのＣＰＵ３１、並びにＣＰＵ３１が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるＲＡＭ３２、制御用のプログラムのほか、後述のテーブル生成処理プログラム（図１２参照）や虚像生成処理プログラム（図１４参照）等が記録されたＲＯＭ３３、ＲＯＭ３３から読み出したプログラムや後述の位置設定テーブルを記憶するフラッシュメモリ３４等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部１３は、プロジェクタ４、レンズ駆動モータ１８、スクリーン前後駆動モータ２４、スクリーン上下駆動モータ２５とそれぞれ接続され、プロジェクタ４や各種モータの駆動制御を行う。
【００３６】
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。
【００３７】
続いて、前記構成を有するＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行するテーブル生成処理プログラムについて図１２に基づき説明する。図１２は本実施形態に係るテーブル生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、テーブル生成処理プログラムはＨＵＤ１の初期設定時に実行され、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７を移動させる際に用いる位置設定テーブルを作成するプログラムである。尚、以下の図１２及び図１４にフローチャートで示されるプログラムは、ＨＵＤ１が備えているＲＡＭ３２やＲＯＭ３３に記憶されており、ＣＰＵ３１により実行される。
【００３８】
先ず、テーブル生成処理プログラムではステップ（以下、Ｓと略記する）１において、ＣＰＵ３１は、乗員７から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２を示す係数Ｄ（ｎ）を、初期値である２．５［ｍ］に設定する。
【００３９】
次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、現在のＤ（ｎ）の値からＤ（ｎ）＋０．１［ｍ］へと生成距離Ｌ２を変位させる為の第２スクリーン２１の移動量Ｄｓ（ｎ）を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）となる。
【００４０】
続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、現在のＤ（ｎ）の値からＤ（ｎ）＋０．１［ｍ］へと生成距離Ｌ２を変位させる為の第２スクリーン２１の移動に必要な移動時間Ｔｓ（ｎ）を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。具体的には、第２スクリーン２１を移動させる場合には第２スクリーン２１の最大移動速度で移動させると仮定し、算出する。即ち、第２スクリーン２１の最大移動速度をＶｓとすると、以下の式（１）により算出される。
Ｔｓ（ｎ）＝Ｄｓ（ｎ）／Ｖｓ・・・・（１）
【００４１】
その後、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１がミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）にＤｓ（ｎ）移動する場合において、第２投射レンズ１７から投射される映像の焦点を移動後の第２スクリーン２１の位置に一致させる為に必要な第２投射レンズ１７の移動量Ｄｌ（ｎ）を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。尚、移動方向は光源の光路に沿って第２スクリーン２１と逆方向、即ちミラー１１に近づく方向（光源から遠ざかる方向）となる。
【００４２】
次に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、第２投射レンズ１７を移動させる移動速度Ｖｌ（ｎ）を、ＨＵＤ１の設計値等から算出する。具体的には、第２スクリーン２１の移動と第２投射レンズ１７の移動を連動させる、即ち、第２スクリーン２１と同時に第２投射レンズ１７の移動を開始した場合に同時に移動を完了するように移動速度Ｖｌ（ｎ）を算出する。具体的には、以下の式（２）により算出される。
Ｖｌ（ｎ）＝Ｄｌ（ｎ）／Ｔｓ（ｎ）・・・・（２）
【００４３】
その後、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、現在のＤ（ｎ）の値に対応させて、前記Ｓ２〜Ｓ５で算出されたＤｓ（ｎ）、Ｔｓ（ｎ）、Ｄｌ（ｎ）、Ｖｌ（ｎ）をメモリに格納する。
【００４４】
その後、Ｓ７においてｎを「＋１」カウントする。更に、現在のＤ（ｎ）の値を０．１［ｍ］加算する。
【００４５】
次に、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、現在のカウント値ｎが１８４以上となったか否か、即ち、Ｄ（ｎ）の値が２．５［ｍ］を初期値として２０．０［ｍ］以上となるまで０．１ｍ毎に上記Ｓ２〜Ｓ７の処理を実行したか否か判定される。
【００４６】
そして、現在のカウント値ｎが１８４以上となったと判定された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、当該テーブル生成処理プログラムを終了する。それに対して、現在のカウント値ｎが１８４未満であると判定された場合（Ｓ８：ＮＯ）には、０．１［ｍ］加算した新たなＤ（ｎ）の値を対象としてＳ２以降の処理を継続して行う。
【００４７】
そして、上記テーブル生成処理プログラムを実行した結果、算出結果に基づいて位置設定テーブルが作成される。尚、位置設定テーブルは、図１３に示すように生成距離Ｌ２毎に、該生成距離Ｌ２を０．１［ｍ］加算又は減算させる際の第２スクリーン２１の移動量と、第２スクリーン２１の移動時間と、第２投射レンズ１７の移動量と、第２投射レンズの移動速度がそれぞれ記憶される。尚、第２スクリーン２１の移動方向は、生成距離Ｌ２を０．１［ｍ］加算させる場合には、光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）であり、第２投射レンズ１７の移動方向はその逆方向となる。一方、第２スクリーン２１の移動方向は、生成距離Ｌ２を０．１［ｍ］減算させる場合には、光源の光路に沿ってミラー１１に近づく方向（光源から遠ざかる方向）であり、第２投射レンズ１７の移動方向はその逆方向となる。
【００４８】
尚、作成された位置設定テーブルはフラッシュメモリ３４等に格納され、後述の虚像生成処理プログラム（図１４）において第２投射レンズ１７や第２スクリーン２１の移動を行わせる際に用いられる。また、テーブル生成処理プログラムは、ＨＵＤ１を最初に起動した際に行うこととしても良いし、製品出荷前に予め工場側で行う構成としても良い。
【００４９】
続いて、ＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する虚像生成処理プログラムについて図１４に基づき説明する。図１４は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のＡＣＣがＯＮされた後に実行され、自車両の進行方向前方に他の車線を走行する他車両が割り込みを行った場合に、該他車両を警告する虚像８を生成するプログラムである。また、以下の説明では、スクリーン５への画像の投射態様は常に第１投射態様（図１０）にあるとして説明する。
【００５０】
先ず、虚像生成処理プログラムではＳ１１において、ＣＰＵ３１は、自車両の進行歩行前方に他の車線を走行する他車両が割り込みを行ったか否かを判定する。具体的には、前方車両との距離を測距センサで常時検出する構成とし、その距離が一度に所定量以上短く変化した場合に、他車両が割り込みを行ったと判定する。また、自車両が走行する車線と隣接する車線を走行する他車両の方向指示器情報を取得し、自車両の走行する車線側の方向指示器が作動したことを検出した場合に、他車両が割り込みを行ったと判定しても良い。
【００５１】
そして、自車両の進行歩行前方に他の車線を走行する他車両が割り込みを行ったと判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、Ｓ１２へと移行する。それに対して、割り込み車両が無いと判定された場合（Ｓ１１１：ＮＯ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。
【００５２】
Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、自車両から割り込みを行った他車両（以下、割り込み車両という）までの距離Ｒを測距センサ等の検出結果に基づいて取得する。測距センサの代わりにフロントカメラで撮像した撮像画像を用いて距離Ｒを取得する構成としても良い。
【００５３】
Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で取得された距離Ｒが２０ｍ以下であるか否か判定する。尚、前記Ｓ１３の判定基準となる距離は、ＨＵＤ１の規格によって決定され、具体的にはＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２とする。前記したように、本実施形態では第２スクリーン２１を光路に沿って前後方向に移動させることによって第２スクリーン２１に投射された映像の虚像である第２虚像８Ｂを生成する位置（具体的には乗員７から第２虚像８Ｂまでの距離である生成距離Ｌ２）を変更することが可能である（図８参照）。第２スクリーン２１を最もプロジェクタ４側に移動させた場合に、生成距離Ｌ２が最長となる。そして、ＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２が２０ｍである場合には、前記Ｓ１３の判定基準は２０ｍとなる。一方、ＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２が３０ｍである場合には、前記Ｓ１３の判定基準は３０ｍとなる。以下の例では、ＨＵＤ１によって第２虚像８Ｂを生成できる最長の生成距離Ｌ２が２０ｍであるとして説明する。
【００５４】
そして、前記Ｓ１２で取得された距離Ｒが２０ｍ以下であると判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、Ｓ１４へと移行する。それに対して、前記Ｓ１２で取得された距離Ｒが２０ｍより長いと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、Ｓ１５へと移行する。
【００５５】
Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２の目標値となる目標生成距離Ｄｅを前記Ｓ１２で取得された距離Ｒに設定する。一方、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２の目標値となる目標生成距離Ｄｅを最大距離である２０ｍに設定する。その後、ＣＰＵ３１は後述のように乗員７から前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に第２虚像８Ｂが生成されるように第２スクリーン２１の位置を制御する。
【００５６】
続いて、Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２を取得する。
【００５７】
次に、Ｓ１７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で取得した現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ以下であるか否か、即ち、現在第２虚像８Ｂが生成されている位置が目標とする位置よりも乗員側にあるか否か判定される。
【００５８】
そして、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ以下であると判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）には、Ｓ１８へと移行する。それに対して、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅより大きいと判定された場合（Ｓ１７：ＮＯ）には、Ｓ１９へと移行する。
【００５９】
Ｓ１８においてＣＰＵ３１は、後述の第１スクリーン移動処理（図１６）を実行する。尚、第１スクリーン移動処理では、前記したテーブル生成処理プログラム（図１２）において作成された位置設定テーブル（図１３）に基づいて、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に第２虚像８Ｂが生成されるように第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の位置を移動制御するプログラムである。
【００６０】
同じくＳ１９においてＣＰＵ３１は、後述の第２スクリーン移動処理（図１７）を実行する。尚、第２スクリーン移動処理では、前記したテーブル生成処理プログラム（図１２）において作成された位置設定テーブル（図１３）に基づいて、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に第２虚像８Ｂが生成されるように第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の位置を移動制御するプログラムである。
【００６１】
次に、Ｓ２０においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、プロジェクタ４による映像の投射を開始する。ここで、プロジェクタ４により投射される映像としては、車両２に関する情報や乗員７の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物（他車両や歩行者）に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報（右左折方向を示す矢印等）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。
【００６２】
特に本実施形態では、第１投射レンズ１６によって第１スクリーン２０に投射する映像は、車両の現在車速の映像とする。また、第２投射レンズ１７によって第２スクリーン２１に投射する映像は、割り込み車両に対する警告の映像とする。尚、本実施形態では、図２に示すように第１スクリーン２０の下方に第２スクリーン２１が配置される。従って、ミラー１１によって反射された結果、第２スクリーン２１に投射された映像の虚像である第２虚像８Ｂは、第１スクリーン２０に投射された映像の虚像である第１虚像８Ａの上方に生成されることとなる。
【００６３】
従って、図１５に示すように、フロントウィンドウ６の下縁付近で且つフロントウィンドウ６の前方に、第１虚像８Ａとして現在車速を示す数値が生成され、乗員から視認可能となる。また、フロントウィンドウ６の中央付近で且つフロントウィンドウ６の前方に、第２虚像８Ｂとして割り込み車両６１を囲む枠が生成され、乗員から視認可能となる。ここで、第１スクリーン２０は位置が固定であることから第１虚像８Ａが生成される位置（具体的には乗員７から第１虚像８Ａまでの距離である生成距離Ｌ１）も固定であり、乗員７から２．５ｍ前方の位置とする。尚、生成距離Ｌ１は、２．５ｍ以外としても良い。但し、生成距離Ｌ１を長くし過ぎると、第１虚像８Ａが路面に埋め込まれることとなるので、２ｍ〜４ｍ程度であることが好ましい。
【００６４】
そして、図１５に示す例では第１虚像８Ａとして現在車速の映像を表示させる構成としているが、それ以外の情報、例えば案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等の車両からの距離を変位させる必要が無い情報の映像についても表示させる構成としても良い。そして、生成距離Ｌ１を適切な距離（例えば２．５ｍ）に固定することによって、仮に図１５に示すように割り込み車両６１が自車両に接近し、第２虚像８Ｂを生成する位置が変位した場合であっても、路面に埋め込まれるような不自然な虚像が生成されることを防止できる。更に、車両の乗員は第１虚像８Ａを視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。
【００６５】
一方、図１５に示すように第２虚像８Ｂが生成される位置は、車両の乗員から前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅ前方の位置（即ち、割り込み車両６１の位置）となる。従って、乗員は、第２虚像８Ｂを視認する際にも視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。
【００６６】
その後、Ｓ２１においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２０でプロジェクタ４による映像の投射を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｙ（例えば５秒）以上となったか否か判定する。尚、所定時間Ｙは投射する映像の内容によっても適宜変更することが可能である。
【００６７】
そして、プロジェクタ４による映像の投射を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｙ以上となったと判定された場合（Ｓ２１：ＹＥＳ）には、プロジェクタ４による映像の投射を終了する（Ｓ２２）。尚、第２投射レンズ１７による投射のみを終了し、第１投射レンズ１６による投射は継続する構成としても良い。
【００６８】
一方、プロジェクタ４による映像の投射を開始してからの経過時間ｔが所定時間Ｙ未満であると判定された場合（Ｓ２１：ＮＯ）には、Ｓ２３へと移行する。
【００６９】
Ｓ２３においてＣＰＵ３１は、自車両から割り込み車両までの距離Ｒを再度取得する。
【００７０】
次に、Ｓ２４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅと前記Ｓ２１で取得された距離Ｒの差分が所定距離Ｘ（例えば２ｍ）以上であるか否か判定する。尚、所定距離Ｘは投射する映像の内容によっても適宜変更することが可能である。
【００７１】
そして、前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅと前記Ｓ２３で取得された距離Ｒの差分が所定距離Ｘ以上であると判定された場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）には、Ｓ１３へと移行する。その後、新たに取得された距離Ｒに基づいて目標生成距離Ｄｅを新たに設定し（Ｓ１４、Ｓ１５）、第２スクリーン２１の移動を行う。その結果、自車両から割り込み車両までの距離が大きく変化した場合であっても、変更後の割り込み車両の位置に第２虚像８Ｂを生成することが可能となる。
【００７２】
一方、前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅと前記Ｓ２３で取得された距離Ｒの差分が所定距離Ｘ未満であると判定された場合（Ｓ２４：ＮＯ）には、Ｓ２１へと移行し、現在の映像の投射を継続して行う。
【００７３】
次に、前記Ｓ１８において実行される第１スクリーン移動処理のサブ処理について図１６に基づき説明する。図１６は第１スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。
【００７４】
先ず、Ｓ３１においてＣＰＵ３１は、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであるか否か判定する。
【００７５】
そして、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであると判定された場合（Ｓ３１：ＹＥＳ）には、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動制御を終了し、Ｓ２０へと移行する。それに対して、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅでないと判定された場合（Ｓ３１：ＮＯ）には、Ｓ３２へと移行する。
【００７６】
Ｓ３２においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ加算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員から０．１ｍ遠方とする）為の第２スクリーン２１の移動量と移動方向を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源に近づく方向）となる。また、第２スクリーン２１の移動速度は、第２スクリーン２１の最大の移動速度となる。
【００７７】
次に、Ｓ３３においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ加算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員から０．１ｍ遠方とする）為の第２投射レンズ１７の移動量、移動方向、移動速度を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１に近づく方向（光源から遠ざかる方向）となる。
【００７８】
次に、Ｓ３４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１を前記Ｓ３２で決定された移動量だけ移動させるのに必要なスクリーン前後駆動モータ２４の駆動量（パルス数）を決定する。同じく、第２投射レンズ１７を前記Ｓ３３で決定された移動量だけ移動させるのに必要なレンズ駆動モータ１８の駆動量（パルス数）を決定する。
【００７９】
続いて、Ｓ３５においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、プロジェクタ４により出力される映像の補正を開始する。具体的には、第２スクリーン２１の位置の変更に伴って、第２投射レンズ１７から第２スクリーン２１へと投射される映像の歪みやサイズを調整する処理等を行う。それによって、スクリーンの移動中においても歪み等の無い適切な虚像を生成することが可能となる。
【００８０】
次に、Ｓ３６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ３４で決定された駆動量だけスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させる為のパルス信号をスクリーン前後駆動モータ２４へと送信する。同じく、前記Ｓ３４で決定された駆動量だけレンズ駆動モータ１８を駆動させる為のパルス信号をレンズ駆動モータ１８へと送信する。また、レンズ駆動モータ１８には第２投射レンズ１７を移動させる移動速度を指示する信号についても送信する。そして、パルス信号を受信したスクリーン前後駆動モータ２４やレンズ駆動モータ１８は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、第２スクリーン２１は前記Ｓ３２で決定された移動方向に同じく決定された移動量だけ移動し、第２投射レンズ１７は前記Ｓ３３で決定された移動方向に同じく決定された移動量且つ移動速度で移動する。
【００８１】
続いて、Ｓ３７においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了したか否かを判定する。具体的には、前記Ｓ３６でパルス信号を送信したスクリーン前後駆動モータ２４やレンズ駆動モータ１８から駆動を完了したことを示す信号を受信した場合に、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了したと判定する。
【００８２】
そして、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了したと判定された場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）には、Ｓ３８へと移行する。それに対して、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動が完了していないと判定された場合（Ｓ３７：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。
【００８３】
Ｓ３８においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、プロジェクタ４により移動後の第２スクリーン２１の位置に対応する補正が行われた映像の投射を開始する。具体的には、移動後の第２スクリーン２１の位置に応じて歪みやサイズの補正された映像を出力する。その後、Ｓ３１へと移行し、第２スクリーン２１の移動後の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅに到達したか否かが判定される。
【００８４】
次に、前記Ｓ１９において実行される第２スクリーン移動処理のサブ処理について図１７に基づき説明する。図１７は第２スクリーン移動処理のサブ処理プログラムのフローチャートである。
【００８５】
先ず、Ｓ４１においてＣＰＵ３１は、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであるか否か判定する。
【００８６】
そして、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅであると判定された場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）には、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の移動制御を終了し、Ｓ２０へと移行する。それに対して、現在の第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２が、前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅでないと判定された場合（Ｓ４１：ＮＯ）には、Ｓ４２へと移行する。
【００８７】
Ｓ４２においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ減算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員側へ０．１ｍ移動させる）為の第２スクリーン２１の移動量と移動方向を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１に近づく方向（光源から遠さかる方向）となる。また、第２スクリーン２１の移動速度は、第２スクリーン２１の最大の移動速度となる。
【００８８】
次に、Ｓ４３においてＣＰＵ３１は、位置設定テーブル（図１３）に基づいて、現在の生成距離Ｌ２を０．１ｍ減算する（即ち、第２虚像８Ｂが生成される位置を現在の位置よりも乗員側へ０．１ｍ移動させる）為の第２投射レンズ１７の移動量、移動方向、移動速度を決定する。尚、移動方向は光源の光路に沿ってミラー１１から遠ざかる方向（光源へ近づく方向）となる。
【００８９】
次に、Ｓ４４においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１を前記Ｓ４２で決定された移動量だけ移動させるのに必要なスクリーン前後駆動モータ２４の駆動量（パルス数）を決定する。同じく、第２投射レンズ１７を前記Ｓ４３で決定された移動量だけ移動させるのに必要なレンズ駆動モータ１８の駆動量（パルス数）を決定する。尚、以降のＳ４４〜Ｓ４８の処理については、既に説明した第１スクリーン移動処理（図１６）のＳ３４〜Ｓ３８の処理と同様であるので説明は省略する。
【００９０】
ここで、第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の位置は、図１８に示すようにプロジェクタ４の光源５１の光路５２に沿って移動可能に構成される。そして、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離に生成距離Ｌ２が依存するので、上述した第１スクリーン移動処理（図１６）や第２スクリーン移動処理（図１７）では、第２スクリーン２１の位置は、ミラー１１から第２スクリーン２１までの距離が前記Ｓ１４又はＳ１５で設定された目標生成距離Ｄｅに対応する距離となるように移動される。
【００９１】
一方、第２投射レンズ１７の位置は、第２投射レンズ１７から投射された映像の焦点を第２スクリーン２１上に合わせる位置に決定される。即ち、生成距離Ｌ２を長くする為に第２スクリーン２１が光路に沿ってミラー１１から離間する方向（即ち第２投射レンズ１７に近づく方向）に移動すれば、第２投射レンズ１７は光路に沿ってその逆方向である第２スクリーン２１に近づく方向へと移動することとなる。一方、生成距離Ｌ２を短くする為に第２スクリーン２１が光路に沿ってミラー１１へ近づく方向（即ち第２投射レンズ１７から離間する方向）に移動すれば、第２投射レンズ１７は光路に沿ってその逆方向である第２スクリーン２１から離間する方向へと移動することとなる。また、前記したように第２スクリーン２１は生成距離Ｌ２を０．１ｍ変位させる移動量を第１単位量として、生成距離Ｌ２が前記Ｓ１４又は前記Ｓ１５で設定された目標生成距離Ｄｅとなるまで繰り返し移動する（Ｓ３２〜Ｓ３７、Ｓ４２〜Ｓ４７）。更に、第２投射レンズ１７は、第２スクリーン２１が上記第１単位量移動する度に、移動後の第２スクリーン２１上で映像の焦点を合わせるように、第２単位量ずつ移動する。また、第２スクリーン２１が第１単位量移動する時間と、第２投射レンズ１７が第２単位量移動する時間も同一時間とし、移動開始タイミングもリンクさせる。
【００９２】
その結果、生成距離Ｌ２を長く変更する為に、第２スクリーン２１を第２投射レンズ１７側に移動させた場合であっても、生成距離Ｌ２を短く変更する為に、第２スクリーン２１をミラー１１側に移動させた場合であっても、第２投射レンズ１７から投射される映像の焦点を常に第２スクリーン２１上に合わせた状態を維持できる。それによって、第２スクリーン２１の移動中及び移動後においても鮮明な映像を投射することが可能となる。
【００９３】
また、生成距離Ｌ２を長く変更する為に、第２スクリーン２１を第２投射レンズ１７側に移動させると、第２投射レンズ１７や光源５１から第２スクリーン２１までの距離が近くなるのを要因として、第２スクリーン２１上に投射された映像の明度が上昇する。逆に、生成距離Ｌ２を短く変更する為に、第２スクリーン２１を第２投射レンズ１７から離れる方向に移動させると、第２投射レンズ１７や光源５１から第２スクリーン２１までの距離が遠くなるのを要因として、第２スクリーン２１上に投射された映像の明度が低下する。その結果、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が遠くなる場合であっても、第２虚像８Ｂを明るくすることができるので第２虚像８Ｂへの視認性を向上させることが可能となる。一方で、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が近くなる場合には、第２虚像８Ｂの明るさを抑えることにより、第２虚像８Ｂによって乗員の視界が遮られることを防止することが可能となる。
【００９４】
また、生成距離Ｌ２を長く変更する為に、第２スクリーン２１を第２投射レンズ１７側に移動させると、第２投射レンズ１７から第２スクリーン２１までの距離が近くなるのを要因として、同じ映像をプロジェクタ４から投射した場合であっても第２スクリーン２１上に映し出される映像のサイズは小さくなる。その結果、プロジェクタ４から投射される映像のサイズを変更しなくとも、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が遠くなると、それに伴って第２虚像８Ｂのサイズも小さくすることができるので、乗員から第２虚像８Ｂまでの距離に応じた適切なサイズの虚像を生成することが可能となる。
【００９５】
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、ＬＥＤ光源を用いたプロジェクタ４から、第１投射レンズ１６及び第２投射レンズ１７を介して夫々映像を第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射し、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に投射された映像を車両２のフロントウィンドウ６に反射させて車両の乗員７に視認させることによって、車両の乗員７が視認する映像の虚像を生成する。また、第２投射レンズ１７及び第２スクリーン２１は、それぞれ独立して光路に沿って移動可能とし、第２スクリーン２１を移動させることによって乗員から虚像までの生成距離Ｌ２を調整するとともに、第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせるように第２スクリーン２１の移動に伴って第２投射レンズ１７を移動させるので、第２スクリーン２１を移動させることによって乗員７から第２虚像８Ｂまでの生成距離Ｌ２を調整できる一方、第２スクリーン２１を移動させた場合であっても第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせることができるので、高い品質の映像を虚像として生成することが可能となる。また、第２スクリーン２１の移動方向と逆方向に第２投射レンズ１７を移動させることによって、第２投射レンズ１７から投射された映像を第２スクリーン２１上で焦点を合わせるので、光源５１から第２投射レンズ１７までの距離にクリアランスを設ける必要が無く装置を小型化することが可能となる。
また、第２スクリーン２１をミラー１１から離間する方向へと移動させると、第２投射レンズ１７や光源５１から第２スクリーン２１までの距離が近くなるのを要因として、第２スクリーン２１上に投射された映像の明度が上昇する。逆に、第２スクリーン２１をミラー１１に接近する方向へと移動させると、第２投射レンズ１７や光源５１から第２スクリーン２１までの距離が遠くなるのを要因として、第２スクリーン２１上に投射された映像の明度が低下する。その結果、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が遠くなる場合であっても、第２虚像８Ｂを明るくすることができるので第２虚像８Ｂへの視認性を向上させることが可能となる。一方で、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が近くなる場合には、第２虚像８Ｂの明るさを抑えることにより、第２虚像８Ｂによって乗員の視界が遮られることを防止することが可能となる。
また、第２スクリーン２１をミラー１１から離間する方向へと移動させると、第２投射レンズ１７から第２スクリーン２１までの距離が近くなるのを要因として、同じ映像をプロジェクタ４から投射した場合であっても第２スクリーン２１上に映し出される映像のサイズは小さくなる。その結果、プロジェクタ４から投射される映像のサイズを変更しなくとも、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離が遠くなると、それに伴って第２虚像８Ｂのサイズも小さくすることができるので、車両の乗員から第２虚像８Ｂまでの距離に応じた適切なサイズの虚像を生成することが可能となる。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、本実施形態では第１虚像８Ａとして、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等の生成距離を変位させる必要が無い情報の映像を表示させることとしているが、第１虚像８Ａも第２虚像８Ｂと同様に車両からの距離が変位する障害物や交差点等の対象物に関する映像（即ち生成距離を変位させる必要がある情報）を表示する構成としても良い。
【００９９】
また、本実施形態では、第２スクリーン２１のみを光路に沿って前後方向に移動可能に構成しているが、第１スクリーン２０についても移動可能に構成しても良い。同様に、第１投射レンズ１６についても移動可能に構成しても良い。その場合には、第１虚像８Ａの生成距離Ｌ１について変更可能となる。
【０１００】
また、本実施形態では、スクリーンを第１スクリーン２０と第２スクリーン２１の２枚のスクリーンから構成し、プロジェクタ４のレンズを第１投射レンズ１６と第２投射レンズ１７の２つのレンズから構成しているが、スクリーンとレンズの数は一対のみ又は３対以上としても良い。また、プロジェクタ４の光源としてはＬＥＤ以外に、ランプやレーザを用いても良い。
【０１０１】
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置を具体化した実施例について上記に説明したが、ヘッドアップディスプレイ装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。
【０１０２】
例えば、第１の構成は以下のとおりである。
第１移動手段及び第２移動手段は、投射レンズ及びスクリーンを光路に沿って移動させることによって、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、スクリーンを移動させることによってユーザから虚像までの距離を調整できる一方、スクリーンを移動させた場合であっても投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることができるので、高い品質の映像を虚像として生成することが可能となる。
【０１０３】
また、第２の構成は以下のとおりである。
虚像位置決定手段により決定された位置に基づいて、スクリーンを移動させる移動方向と移動量を決定するスクリーン移動決定手段と、スクリーン移動決定手段により決定されたスクリーンの移動方向と移動量に基づいて、投射レンズを移動させる移動方向と移動量を決定するレンズ移動決定手段と、を有し、第１移動手段及び第２移動手段は、スクリーン移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従ってスクリーンを移動させるとともに、レンズ移動決定手段により決定された移動方向と移動量に従って投射レンズを移動させることを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、虚像を生成する位置を決定した後に、決定された虚像の位置に基づいてスクリーンの移動方向と移動量を決定するので、ユーザからの距離が変位する障害物や交差点等の対象物に関する映像を虚像として表示させる場合に、ユーザから対象物までの距離に応じた適切な位置に虚像を生成することが可能となる。更に、決定されたスクリーンの移動方向と移動量に基づいて、投射レンズの移動方向と移動量を決定するので、ユーザから対象物までの距離に応じた適切な位置に虚像を生成しつつ、投射レンズから投射された映像をスクリーン上で焦点を合わせることも可能となる。
【０１０４】
また、第３の構成は以下のとおりである。
第１移動手段及び第２移動手段は、スクリーン移動決定手段により決定された移動方向へスクリーンを所定の第１単位量移動させる第１の動作を、スクリーン移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、レンズ移動決定手段により決定された移動方向へ投射レンズを所定の第２単位量移動させる第２の動作を、レンズ移動決定手段により決定された移動量を移動するまで繰り返し行い、スクリーンにおいて第１の動作が行われる度に、投射レンズから投射された映像を第１単位量移動した後のスクリーン上で焦点を合わせるように、投射レンズにおいて第２の動作が行われることを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、虚像の生成される位置を変更する為に、スクリーンを投射レンズ側又は反対側に移動させた場合であっても、投射レンズから投射される映像の焦点を常にスクリーン上に合わせた状態を維持できる。それによって、スクリーンの移動中及び移動後においても鮮明な映像を投射することが可能となる。
【０１０５】
また、第４の構成は以下のとおりである。
第１の動作と第２の動作は同じタイミングで開始され、第２単位量を、スクリーンが第１単位量を移動するのに必要な時間で除した値を、レンズ移動手段による投射レンズの移動速度とすることを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、スクリーンと投射レンズの移動をリンクさせることができるので、スクリーンが第１単位量を移動する前、移動中及び移動後において、投射レンズから投射される映像の焦点を常にスクリーン上に合わせた状態を維持できる。
【０１０６】
また、第５の構成は以下のとおりである。
プロジェクタは、第１移動手段及び第２移動手段によるスクリーンの移動が行われている間において、スクリーンの位置の変化に応じて映像を補正しつつスクリーンに継続して投射することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、スクリーンの移動中においても歪み等の無い適切な虚像を生成することが可能となる。
【符号の説明】
【０１０７】
１      ヘッドアップディスプレイ装置
２      車両
３      ダッシュボード
４      プロジェクタ
５      スクリーン
６      フロントウィンドウ
７      乗員
８      虚像
１６    第１投射レンズ
１７    第２投射レンズ
１８    レンズ駆動モータ
２０    第１スクリーン
２１    第２スクリーン
２４    スクリーン前後駆動モータ
２５    スクリーン上下駆動モータ
３１    ＣＰＵ
３２    ＲＡＭ
３３    ＲＯＭ
３４    フラッシュメモリ
５１    光源
５２    光路
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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