(57)【要約】【課題】虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても解像度が低下することを防止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、スクリーン５は光路に沿って移動可能とし、車両の乗員７から生成される虚像８までの距離である生成距離を変更可能とする。更に、生成距離が長くなる方向へとスクリーンを移動させる場合に、光源１５を光路に沿ってスクリーン５側へと移動させることによって、スクリーン５に対して映像が投射される範囲を変更するように構成する。【選択図】図７
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【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、
前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させるスクリーン移動手段と、
前記スクリーン移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記虚像を視認する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と、
前記スクリーン移動手段によって前記生成距離が長くなる方向へと前記スクリーンを移動させる場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーン側へと移動させることによって、前記スクリーンに対して前記映像が投射される範囲を変更する光源移動手段と、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】
前記光源移動手段は、前記スクリーンに投射される前記映像の画素数を固定した状態で前記光源を移動す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】
前記光源移動手段は、前記生成距離を変更した場合であっても前記虚像の解像度が一定になるように前記光源を移動す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】
前記光源移動手段によって前記光源が光路に沿って前記スクリーン側へと移動された状態において、前記スクリーンに対して前記映像を広範囲に投射する必要が生じたか否かを判定する投射判定手段と、
前記投射判定手段によって前記スクリーンに対して前記映像を広範囲に投射する必要が生じたと判定された場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動させる光源再移動手段と、を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記光源再移動手段によって前記光源が光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動された状態において、前記スクリーンに対して前記映像を広範囲に投射する必要が無くなった場合に、前記光源の位置を前記光源再移動手段によって移動する前の位置に復帰させる光源復帰手段を有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。
【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２００９−１５０９４７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２００９−１５０９４７号公報（第５−６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、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、プロジェクタからの映像を投射する対象となるスクリーン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。しかしながら、上記特許文献１の技術では、ユーザから虚像までの距離を任意に変更することは可能であるが、光源の位置は固定されている。その結果、ユーザから遠い距離に虚像を生成する場合において、ユーザから近い距離に虚像を生成する場合よりも虚像の解像度が低下する問題があった。
【０００７】
具体的には図１６に示すように、虚像の位置を変位させる為に必要なスクリーン１０１の移動量は、虚像の変位量に比べれば極めて小さい。即ち、光源１０２の位置を固定すると、ユーザから虚像までの距離を２．５ｍとした場合であっても２０ｍとした場合であっても、スクリーン１０１に映像１０３が投射される範囲はほとんど変化が無い。即ち、２．５ｍ先においてユーザが見える虚像の大きさと、２０ｍ先においてユーザが見える虚像の大きさはほとんど同じ大きさとなる。例えば、同じ大きさの看板がユーザから２．５ｍ先と２０ｍ先にあれば、２０ｍ先にある看板は２．５ｍ先にある看板よりもかなり小さく見えることからも明らかなように、異なった距離で同じ大きさの虚像が見えるということは、遠くにある虚像程サイズが大きいこととなる。
【０００８】
その結果、上記特許文献１の技術では、図１７に示すように、ユーザ１０４から離れた位置にある虚像程、より大きいサイズの虚像となる。例えば、２．５ｍ先に生成される虚像１０５は３０インチの大きさとなるが、２０ｍ先に生成される虚像１０６は３００インチの大きさとなる。そして、画像の総画素数は変わらないので、結果的にユーザ１０４から離れた位置にある虚像程、解像度（ｄｐｉ）が低下することとなる。例えば、２０ｍ先に生成される虚像１０６の解像度は、２．５ｍ先に生成される虚像１０５の解像度の約１０分の１となる。
【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、光源を光路に沿って移動させることによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても解像度が低下することを防止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（１５）から出力される光に基づいて生成される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から前記映像の虚像を生成する虚像生成手段（１１、１２）と、前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させるスクリーン移動手段（２４）と、前記スクリーン移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記虚像を視認する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（３１）と、前記スクリーン移動手段によって前記生成距離が長くなる方向へと前記スクリーンを移動させる場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーン側へと移動させることによって、前記スクリーンに対して前記映像が投射される範囲を変更する光源移動手段（１７）と、を有することを特徴とする。
尚、「光源」とは、光（例えばレーザ光やＬＥＤ光）の出力供給源となるデバイスに加えて、ミラー、ＭＥＭＳ、ＤＭＤ、カラーホイール、レンズ等の出力された光をスクリーンに投射する為に反射したり加工するデバイスも含む。
【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、光源を光路に沿って移動可能に構成することによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても、光源をスクリーン側に近づけることによって、生成される虚像の解像度が低下することを防止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】光源の移動に伴うスクリーンへの映像の投射範囲の変位を示した図である。
【図８】車両の乗員から視認される虚像のサイズと解像度を示した図である。
【図９】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１０】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１１】車両の停車時に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１２】車両の走行時に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１３】位置設定テーブルの一例を示した図である。
【図１４】自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在する場合の光源の移動態様を示した図である。
【図１５】自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在する場合に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】従来技術の問題点について示した図である。
【図１７】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】
【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】
また、本実施形態に係るプロジェクタ４は、内蔵された光源１５とＭＥＭＳミラー１６とが一体に、光路に沿って移動可能に構成されている。具体的には、図３に示すようにプロジェクタ４に対してアクチュエータや回路基板を含む駆動機構１７が設置されており、駆動機構１７を駆動することによってプロジェクタ４全体を、光源１５やＭＥＭＳミラー１６を一体にして光路に沿って移動する。その結果、後述のようにプロジェクタ４はスクリーン５に対して映像を投射する範囲を変更することが可能となる。
【００２３】
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。
【００２４】
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。例えば、ミラー１１からスクリーン５までの距離が長くなると生成距離Ｌが長くなり、ミラー１１からスクリーン５までの距離が短くなると生成距離Ｌが短くなる。
【００２５】
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）。
【００２６】
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。
【００２７】
また、本実施形態ではスクリーン５が光路に沿って移動すると、それに応じてプロジェクタ４（光源１５）も光路に沿って移動する構成を有する。具体的には、図７に示すように生成距離Ｌが長くなる方向へとスクリーン５を移動させる場合に、プロジェクタ４（光源１５）を光路に沿ってスクリーン５側へと移動させる。それによって、スクリーン５に対して映像２５が投射される範囲がより狭くなる。
【００２８】
ここで、前述したように従来技術では、乗員７から離れた位置に生成される虚像程、より大きいサイズとなり、解像度が低下する問題があった（図１７）。しかし、本実施形態に係るＨＵＤ１では、図７に示すように映像２５の投射される範囲を変更することによって、生成距離Ｌを変更した場合であっても生成される虚像８の解像度を一定とすることが可能となる。例えば、生成距離Ｌが２０ｍの場合には２．５ｍの場合よりも光源１５がスクリーン５に近づくようにプロジェクタ４を移動するので、スクリーン５に投射される映像２５が小さくなる。即ち、２．５ｍ先において乗員７から見える虚像８の大きさよりも、２０ｍ先において乗員７から見える虚像８の大きさが小さくなる。それによって、２．５ｍ先に生成される虚像８も２０ｍ先に生成される虚像８も同じ３０インチの大きさに調整することが可能となる。その結果、乗員７からの距離に関わらず、生成される虚像８のサイズを同じサイズにでき、解像度も一定とすることが可能となる。尚、プロジェクタ４により投射される映像の画素数は、プロジェクタ４の位置に関わらず常に一定（例えば８００×６００）とする。
【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）を生成する虚像生成手段である。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。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９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９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１０参照）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、駆動機構１７、スクリーン前後駆動モータ２４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１０に基づき説明する。図１０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、スクリーンの移動に応じてプロジェクタ４（光源１５）の移動を行うプログラムである。尚、以下の図１０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及びプロジェクタ４（光源１５）の位置を初期位置に設定する。尚、スクリーン５の初期位置は乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌが変更可能な範囲で最も短い距離（本実施形態では２．５ｍ）となる位置とする。一方、プロジェクタ４（光源１５）の位置はスクリーン５からの距離が最大となる位置、即ち、スクリーン５への映像の投射範囲が最大となる位置とする。尚、スクリーン５の初期位置は、生成距離Ｌが２．５ｍ以外となる位置としても良い。但し、初期位置となる生成距離Ｌを長くし過ぎると、生成された虚像８が路面や前方車両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。
【００３７】
次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、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。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とテレビ画面を投射する構成とする。
【００３８】
その結果、図１１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２．５ｍ先に、虚像８として現在車速を示す数値とテレビ画面が生成され、乗員から視認可能となる。
【００３９】
次に、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、車両が走行を開始したか否かを判定する。尚、前記Ｓ３の判定には、例えば車速センサを用いる。
【００４０】
そして、車両が走行を開始したと判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、Ｓ４へと移行する。それに対して、車両が継続して停車した状態にあると判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）には、車両が走行を開始するまで待機する。
【００４１】
Ｓ４においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、前記Ｓ２で投射が開始された近距離用の映像の投射を終了する。
【００４２】
次に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌを設定する。その後、ＣＰＵ３１は後述のように乗員７から前記Ｓ５で設定された生成距離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。ここで、前記Ｓ５で設定される生成距離Ｌは、現在の車両に対して虚像８を生成する必要がある位置に虚像８を生成する為の生成距離とする。また、虚像８を生成する必要がある位置は、走行中の車両の状況によって決定され、例えば案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した場合には該地点の位置となる。
【００４３】
例えば、図１２に示すように右左折対象となる交差点６０が接近し、虚像８として右左折を示す案内矢印を表示する場合について説明する。先ず、乗員７から右左折対象となる交差点６０までの距離をナビゲーション装置から取得した車両位置や地図情報に基づいて算出し、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５参照）。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１２に示す例では右折対象となる交差点６０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を視認する際にも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から右左折対象となる交差点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。
【００４４】
その後、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ５で設定された生成距離Ｌに虚像８を生成する為のスクリーン５の移動を行う。ここで、スクリーン５の位置は、前記したようにプロジェクタ４の光源１５の光路に沿って移動可能に構成される。そして、ミラー１１からスクリーン５までの距離に生成距離Ｌが依存するので、スクリーン５の位置は、ミラー１１からスクリーン５までの距離が設定された生成距離Ｌに対応する距離となるように決定される。尚、スクリーン５の位置の決定にはフラッシュメモリ３４に記憶された位置設定テーブルが用いられる。位置設定テーブルは、図１３に示すように生成距離Ｌ毎に、該生成距離Ｌに虚像８を生成する為のスクリーン５の位置が規定されている。また、ＣＰＵ３１は、決定された位置までスクリーン５を移動する為に、スクリーン前後駆動モータ２４を駆動させる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。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は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、スクリーン５は目標とする位置へと移動する。
【００４５】
続いて、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６のスクリーン５の移動に応じて、プロジェクタ４（光源１５）の移動についても行う。ここで、プロジェクタ４は、前記したように内蔵された光源１５とＭＥＭＳミラー１６とが一体に、光路に沿って移動可能に構成される。そして、生成距離Ｌが長くなる方向へとスクリーン５が移動すると、プロジェクタ４（光源１５）は映像の画素数（例えば８００×６００）を固定した状態で光路に沿ってスクリーン５側へと移動させる。より具体的には、図８に示すように生成距離Ｌを変更した場合であっても虚像８の解像度が常に一定となる条件を満たすようにプロジェクタ４（光源１５）を移動させる。尚、プロジェクタ４（光源１５）の位置の決定にはフラッシュメモリ３４に記憶された位置設定テーブルが用いられる。位置設定テーブルは、図１３に示すように生成距離Ｌ毎に、該生成距離Ｌに虚像８を生成する為のスクリーン５の位置に対応させて、生成される虚像８の解像度を一定とする為のプロジェクタ４（光源１５）の位置についても規定されている。また、ＣＰＵ３１は、決定された位置までプロジェクタ４を移動する為に、駆動機構１７のアクチュエータを駆動させる為の駆動信号を駆動機構１７へと送信する。その結果、プロジェクタ４（光源１５）は目標とする位置へと移動する。
【００４６】
次に、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、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。ここで、プロジェクタ４により投射される映像は、現在の車両の状況によって異なる。例えば案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した状況では走行案内情報（交差点の右左折を示す矢印等）に関する映像を投射する（図１２参照）。
【００４７】
続いて、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在するか否かを判定する。ここで、本実施形態に係るＨＵＤ１は、自車両の進行歩行前方に割り込みを行った他車両や飛び出した歩行者等の警告を行うべき障害物が存在する場合には、該障害物に対する警告を行う。そして、警告を行う場合には、該障害物に重畳する位置に虚像を生成するように構成する。従って、障害物に対する警告を行う場合には、より広いエリアに対して虚像を生成できる状態にあることが望ましい。従って、前記Ｓ９の判定は、スクリーン５に対して映像を広範囲に投射する必要が生じたか否かの判定にも相当する。
【００４８】
また、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在するか否かの判定は、車両に設置された測距センサやカメラで撮像された撮像画像を用いて行う。例えば、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、車両の進行方向前方の所定距離以内に障害物を新たに検出した場合には、歩行者が飛び出したと判定する。
【００４９】
そして、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在すると判定された場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、即ちスクリーン５に対して映像を広範囲に投射する必要が生じたと判定された場合には、Ｓ１０へと移行する。それに対して、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在しないと判定された場合（Ｓ９：ＮＯ）、即ちスクリーン５に対して映像を広範囲に投射する必要が生じていないと判定された場合には、Ｓ１７へと移行する。
【００５０】
Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、前記Ｓ８で投射が開始された遠距離用の映像の投射を一時的に中断する。
【００５１】
続いて、Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４（光源１５）の位置を初期位置に移動させる。ここで、初期位置は生成距離Ｌが変更可能な範囲で最も短い距離（本実施形態では２．５ｍ）となるスクリーン５の位置に対応するプロジェクタ４（光源１５）の位置であり、より具体的にはスクリーン５からの距離が最大となる位置、即ち、スクリーン５への映像の投射範囲が最大となる位置である。ここで、前記したように本実施形態に係るＨＵＤ１は、生成される虚像８の解像度を一定とする為にスクリーン５が移動されるとプロジェクタ４も光路に沿って移動する構成を有する。従って、図７に示すように生成距離Ｌを長くした場合には、プロジェクタ４により映像を投射できる範囲が小さくなる。前記したように障害物に対する警告を行う場合には、該障害物に重畳する位置に虚像を生成することが効果的であるが、プロジェクタ４により映像を投射できる範囲が小さくなると、ごく狭い範囲に位置する障害物にのみしか虚像を重畳して生成できない問題がある。そこで、図１４に示すようにプロジェクタ４（光源１５）の位置を初期位置に移動させることにより、スクリーン５に対して映像を投射可能な範囲を一時的に広げることで、障害物に対する警告を適切に行うことが可能となる。
【００５２】
次に、Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４による障害物に対する警告映像の投射を開始する。その結果、図１５に示すように障害物６１に重畳させて障害物に対する警告を行う虚像８を生成することが可能となる。尚、本実施形態では、障害物に対する警告を行う虚像８を生成する間は、前記Ｓ８で投射が開始された遠距離用の映像の投射を中断する構成としているが、遠距離用の映像の投射についても継続して行う構成としても良い。その場合には、警告以外の虚像（例えば交差点における案内矢印の虚像）についても同時に生成されることとなる。
【００５３】
続いて、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、障害物に対する警告を解除するか否か、即ちスクリーン５に対して映像を広範囲に投射する必要が無くなったか否かを判定する。例えば、警告対象となっていた障害物が自車両から離れた場合や、警告を開始してから所定時間経過した場合等に、障害物に対する警告を解除すると判定する。
【００５４】
そして、障害物に対する警告を解除すると判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、即ちスクリーン５に対して映像を広範囲に投射する必要が無くなったと判定された場合には、Ｓ１４へと移行する。それに対して、障害物に対する警告を解除しないと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）、即ちスクリーン５に対して映像を広範囲に投射する必要が継続してあると判定された場合には、継続して障害物に対する警告の虚像を生成する。
【００５５】
Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、前記Ｓ１２で投射が開始された障害物を警告する映像の投射を終了する。
【００５６】
更に、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、駆動機構１７を駆動し、プロジェクタ４（光源１５）の位置を、前記Ｓ１１の移動を行う直前の位置へと戻す。
【００５７】
次に、Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１０で中断されたプロジェクタ４による遠距離用の映像の投射を再開する。その結果、現在の車両の状況に応じた内容（交差点の右左折を示す矢印等）の虚像８が再度生成されることとなる。
【００５８】
その後、Ｓ１７においてＣＰＵ３１は、車両が走行を停止したか否か判定する。尚、前記Ｓ１７の判定には、例えば車速センサを用いる。
【００５９】
そして、車両が走行を停止したと判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）には、Ｓ１８へと移行する。それに対して、車両が走行状態にあると判定された場合（Ｓ１７：ＮＯ）にはＳ９へと戻り、継続して虚像の生成を行う。
【００６０】
Ｓ１８においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４による映像の投射を終了するか否か判定する。例えば、車両のＡＣＣがオフされた場合や、シフト位置が「Ｐ」に設定された場合等にプロジェクタ４による映像の投射を終了すると判定する。
【００６１】
そして、プロジェクタ４による映像の投射を終了すると判定された場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。それに対して、プロジェクタ４による映像の投射を終了しないと判定された場合（Ｓ１８：ＮＯ）にはＳ１へと戻り、スクリーン５やプロジェクタ４の位置を初期位置に戻した上で近距離用の映像の投射を行う。
【００６２】
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、スクリーン５は光路に沿って移動可能とし、車両の乗員７から生成される虚像８までの距離である生成距離を変更可能とする。更に、生成距離が長くなる方向へとスクリーンを移動させる場合に、光源１５を光路に沿ってスクリーン５側へと移動させることによって、スクリーン５に対して映像が投射される範囲を変更する（Ｓ７）ので、虚像８を車両の乗員７から遠方に表示する場合であっても、光源１５をスクリーン５側に近づけることによって、生成される虚像８の解像度が低下することを防止することが可能となる。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、本実施形態では、プロジェクタ４の装置全体を移動させることによって、光源１５を光路に沿って移動させる構成としているが、プロジェクタ４の装置全体は移動させずに、光源１５やＭＥＭＳミラー１６のみを移動させる構成としても良い。
【００６６】
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。その場合には、光源に加えて投射レンズも一体に移動させる構成とする。また、光源の位置を固定して投射レンズを光源の光路に沿って移動する構成としても良い。その場合であっても、スクリーン５に対して映像が投射される範囲を変更することが可能であり、本願発明の目的を達成することが可能である。
【００６７】
また、本実施形態ではスクリーンに対して映像を広範囲に投射する必要が生じる場合として、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在する場合を規定しているが、他の条件を満たした場合としても良い。例えば、案内や警告の虚像をより広い範囲に対して生成する必要がある状況として人通りが多い道路を走行する場合や、道幅の広い道路を走行する場合等を条件としても良い。
【００６８】
また、本実施形態ではスクリーン５の可動範囲を、生成距離Ｌが２．５ｍ〜２０ｍの間で変位するように設定しているが、生成距離Ｌの下限や上限は適宜変更することが可能である。
【００６９】
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。また、スクリーンを２枚以上とした場合には、プロジェクタの数もスクリーンの数に対応させることによって、スクリーン毎に映像が投射される範囲を変更することが可能となる。
【００７０】
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。
【００７１】
例えば、第１の構成は以下のとおりである。
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、前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させるスクリーン移動手段と、前記スクリーン移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記虚像を視認する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と、前記スクリーン移動手段によって前記生成距離が長くなる方向へと前記スクリーンを移動させる場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーン側へと移動させることによって、前記スクリーンに対して前記映像が投射される範囲を変更する光源移動手段と、を有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、光源を光路に沿って移動可能に構成することによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても、光源をスクリーン側に近づけることによって、生成される虚像の解像度が低下することを防止することが可能となる。
【００７２】
また、第２の構成は以下のとおりである。
前記光源移動手段は、前記スクリーンに投射される前記映像の画素数を固定した状態で前記光源を移動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、プロジェクタから出力される映像の画素数を変更することなく、光源を光路に沿って移動することのみによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても、生成される虚像の解像度が低下することを防止することが可能となる。従って、プロジェクタにおける映像の表示制御に係る制御負担を軽減することが可能となる。
【００７３】
また、第３の構成は以下のとおりである。
前記光源移動手段は、前記生成距離を変更した場合であっても前記虚像の解像度が一定になるように前記光源を移動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、スクリーンの移動に応じて光源を光路に沿って移動させることによって、生成距離をどのように変更しても生成される虚像の解像度を一定とすることが可能となる。従って、生成される虚像の視認性を向上させることが可能となる。
【００７４】
また、第４の構成は以下のとおりである。
前記光源移動手段によって前記光源が光路に沿って前記スクリーン側へと移動された状態において、前記スクリーンに対して前記映像を広範囲に投射する必要が生じたか否かを判定する投射判定手段と、前記投射判定手段によって前記スクリーンに対して前記映像を広範囲に投射する必要が生じたと判定された場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動させる光源再移動手段と、を有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、障害物に対する警告等の為に映像を広範囲に投射する必要が生じた場合には、光源を光路に沿ってスクリーンから遠ざかる方向へと一時的に移動させることにより、スクリーンに対して映像を広範囲に投射することが可能となる。その結果、虚像の解像度の低下を防止しつつ、必要な場合には映像の投射範囲を広げることによって、ユーザに必要な情報を虚像によって適切に提供することが可能となる。
【００７５】
また、第５の構成は以下のとおりである。
前記光源再移動手段によって前記光源が光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動された状態において、前記スクリーンに対して前記映像を広範囲に投射する必要が無くなった場合に、前記光源の位置を前記光源再移動手段によって移動する前の位置に復帰させる光源復帰手段を有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、障害物に対する警告等が終了し、映像を広範囲に投射する必要がなくなった場合には、光源を元の位置に戻すことにより、虚像の解像度が低下することを可能な限り防止することが可能となる。
【符号の説明】
【００７６】
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
１５    光源
１７    駆動機構
２４    スクリーン前後駆動モータ
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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【図１７】
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