(57)【要約】【課題】ユーザの視線方向前方において虚像が利用できる範囲が限定される状況においても、利用できる虚像の範囲が狭くな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はスクリーン前後駆動モータ２４を駆動源として光路に沿って移動可能に構成され、更に、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、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを、光路に対して交差する方向に一体に移動させるように構成する。【選択図】図１６
2015087512.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から前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記スクリーンは、第１スクリーンと第２スクリーンとを含み、
前記第１スクリーンと前記第２スクリーンの内、少なくとも一方を前記プロジェクタの光路に沿って移動させる前後方向移動手段と、
前記第１スクリーンと前記第２スクリーンと前記前後方向移動手段とを、前記光路に対して交差する方向に沿って一体に移動させる交差方向移動手段と、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】
前記プロジェクタは、前記第１スクリーンと前記第２スクリーンに跨って前記映像を投射し、
前記交差方向移動手段により前記第１スクリーン及び前記第２スクリーンを前記光路に対して交差する方向に沿って一体に移動させることによって、前記第１スクリーンに対して前記映像を投射する第１投射範囲と前記第２スクリーンに対して前記映像を投射する第２投射範囲の比率を変更する投射比率変更手段を有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】
前記第１スクリーンは、前記光路に対して位置が固定され、前記光路に対して固定された位置に前記第１スクリーンに投射された前記映像の虚像を生成する固定スクリーンであり、
前記第２スクリーンは、前記光路に沿って移動することによって、前記光路に対して前記第２スクリーンに投射された前記映像の虚像が生成される位置を変更する移動スクリーンであることを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記虚像を視認するユーザの視認方向の道路形状を取得する道路形状取得手段を有し、
前記投射範囲変更手段は、
前記道路形状取得手段により取得された道路形状に基づいて、前記ユーザの視認方向に上り勾配があると判定された場合に、
前記第１投射範囲に対する前記第２投射範囲の比率を小さくする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】
前記投射範囲変更手段は、前記第１投射範囲に対する前記第２投射範囲の比率を小さくすることによって、前記第２スクリーンに投射された前記映像の虚像の下端を地表面より上方へ移動させ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】
前記投射範囲変更手段は、前記上り勾配の勾配角度が大きい程、前記第１投射範囲に対する前記第２投射範囲の比率をより小さくすることを特徴とする請求項４又は請求項５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、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２００９−１５０９４７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。更に、スクリーンを左右方向に複数のスクリーンに分割し、各スクリーンを異なる位置に移動可能に構成することによって、異なる距離に同時に複数の虚像を生成することについても開示されている。
【０００７】
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、スクリーンに対して映像が投射される範囲が固定されているので、地表面と虚像との位置関係を変更することはできなかった。従って、ユーザの視線方向前方において虚像が利用できる範囲が限定される状況においては、スクリーンに投射された映像の内、虚像として利用できる映像の範囲が狭くなる問題があった。例えば図１８に示すようにユーザが乗車する車両１０１の進行方向前方に上り勾配がある場合においてスクリーン全体に映像を投射すると、生成される虚像１０２は下半分が地面内に埋め込まれることとなる。従って、スクリーンに投射した映像の内、ユーザに対する案内として利用できる範囲は、虚像１０２の上半分を生成する範囲に限定され、それ以外の範囲は虚像を生成できるにもかかわらず案内として利用することができない。
【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、複数のスクリーンを用いることによって多様な形態による虚像を生成することを可能にする一方で、ユーザの視線方向前方において虚像が利用できる範囲が限定される状況においても、利用できる虚像の範囲が狭くな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】
【０００９】
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、映像を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、スクリーンは第１スクリーン（２０）と第２スクリーン（２１）を含む複数のスクリーンからなり、更に以下の手段を備える。具体的には、第１スクリーンと第２スクリーンの内、少なくとも一方をプロジェクタの光路に沿って移動させる前後方向移動手段（２４）と、第１スクリーンと第２スクリーンと前後方向移動手段とを、光路に対して交差する方向に沿って一体に移動させる交差方向移動手段（２５）と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
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、複数のスクリーンを用いることによって多様な形態による虚像を生成することを可能にする一方で、ユーザの視線方向前方において虚像が利用できる範囲が限定される状況においても、利用できる虚像の範囲が狭くなることを防止することが可能となる。従って、スクリーンへ映像を投射する範囲において実質的に虚像を生成する領域として使用できない領域が生じることを可能な限り抑え、スクリーンをより効果的に使用して虚像を生成す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】本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。
【図１３】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１４】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１５】位置設定テーブルの一例を示した図である。
【図１６】車両の進行方向前方に上り勾配がある場合における映像の投射処理の詳細について説明した図である。
【図１７】車両の進行方向前方に上り勾配がある場合における映像の投射処理の詳細について説明した図である。
【図１８】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。
【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】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、通常時においては図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、通常時においては図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。即ち、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１にはプロジェクタ４から映像が跨って投射される。また、後述のように本実施形態では第１スクリーン２０と第２スクリーン２１は一体に光路に対して交差する方向に移動可能に構成されており、その結果、第１投射レンズ１６から投射された映像の一部が第２スクリーン２１に投射されたり、第２投射レンズ１７から投射された映像の一部が第１スクリーン２０に投射される場合もある（図１０参照）。
【００２４】
また、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と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを一体に光路に交差する方向（より具体的には第１スクリーン２０と第２スクリーン２１の並び方向である鉛直方向）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に対してプロジェクタ４からの映像が投射される範囲（以下、第１投射範囲という）と、第２スクリーン２１に対してプロジェクタ４からの映像が投射される範囲（以下、第２投射範囲という）との比率が変更される。それに伴って、第１虚像８Ａと第２虚像８Ｂのサイズや生成位置についても変更されることとなる。尚、詳細については後述する。
【００２９】
そして、ＨＵＤ１は、基本的に第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とで異なる種類の映像（例えば、第１スクリーン２０には車両の現在車速の映像、第２スクリーン２１には案内情報や警告情報の映像）を投射する。従って、図１０の上図のように投射レンズとスクリーンが１対１の関係にある場合には、投射レンズ毎に投射する映像の種類を変更する。一方で、図１０の下図のように一の投射レンズが複数のスクリーンに対して投射する場合には、一の投射レンズから投射対象となるスクリーン毎に異なる種類の映像を投射する。
【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、後述の虚像生成処理プログラム（図１２参照）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が実行する虚像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、車両の進行方向前方の道路形状に基づいてスクリーンの移動を行うプログラムである。尚、以下の図１２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、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、プロジェクタ４へと信号を送信し、プロジェクタ４による第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１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、テレビ番組等がある。
【００３９】
特に本実施形態では、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スクリーン２１に投射する映像は、ナビゲーション装置で設定された案内経路に基づく案内情報の映像とする。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。
【００４０】
従って、図１３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として案内矢印が生成され、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。
【００４１】
尚、図１３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、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。
【００４２】
一方、第２虚像８Ｂが生成される位置は、車両から生成距離Ｌ２前方の位置となるが、生成距離Ｌ２はＨＵＤ１の規格によって決定された範囲内で任意に設定及び変更することが可能である。特に、本実施形態では２．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲内で設定、変更可能とする。また、生成距離Ｌ２は第２スクリーン２１に投射する映像（即ち第２虚像８Ｂ）の内容に基づいて適宜設定することが望ましい。
【００４３】
例えば、図１３に示すように第２虚像８Ｂとして右左折を示す案内矢印を表示する場合には、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Ｌ２に設定する。本実施形態に係るＨＵＤ１は、前記したように第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生成距離Ｌ２を変更することが可能である（図８参照）。従って、ＣＰＵ３１は乗員７から生成距離Ｌ２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。その結果、第２虚像８Ｂが生成される位置は、乗員７から設定された生成距離Ｌ２前方の位置（図１３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第２虚像８Ｂの位置を対応させることが可能となり、乗員７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Ｌ２も変更するように構成する。また、第２スクリーン２１が移動すると、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上に合わせる為に第２投射レンズ１７についても移動する。
【００４４】
以下に、図１４を用いて第２スクリーン２１及び第２投射レンズ１７の位置の制御についてより詳細に説明する。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１４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、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までの距離が設定された生成距離Ｌ２に対応する距離となるように決定される。尚、第２スクリーン２１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１５に示すように生成距離Ｌ２毎に、該生成距離Ｌ２に第２虚像８Ｂを生成する為の第２スクリーン２１の位置が規定されている。
【００４５】
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。即ち、設定された生成距離Ｌ２に基づいて、光路５２における第２スクリーン２１の位置が先ず決定され、決定された第２スクリーン２１の位置に基づいて、光路５２における第２投射レンズ１７の位置が決定されることとなる。また、第２投射レンズ１７と第２スクリーン２１は、光路５２に沿って互いに異なる方向に移動することとなる。尚、位置設定テーブルには、第２スクリーン２１の位置に対応付けて第２投射レンズ１７の位置についても予め規定されており、第２投射レンズ１７の位置の決定には位置設定テーブルが用いられる。
【００４６】
その結果、例えば生成距離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、第２スクリーン２１の移動に伴って第２投射レンズ１７も第２スクリーン２１側に移動することにより投射される映像の焦点を第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を移動させた後においても鮮明な映像を投射することが可能となる。
【００４７】
次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、ＣＡＮインターフェース１４を介してナビゲーション装置４８と通信を行うことにより、ナビゲーション装置４８に記憶された地図情報から車両の進行方向前方の道路形状を取得する。
【００４８】
続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、車両の現在位置と前記Ｓ２で取得した車両の進行方向前方の道路形状に基づいて、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）に上り勾配があるか否か判定する。尚、車両の現在位置情報はナビゲーション装置４８等から取得する。
【００４９】
そして、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）に上り勾配があると判定された場合（Ｓ３：ＹＥＳ）には、Ｓ４へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）に上り勾配が無いと判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）には、継続して第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１への映像の投射を行う。
【００５０】
Ｓ４においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２で取得した車両の進行方向前方の道路形状に基づいて、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）にあると判定された上り勾配の勾配角度を取得する。そして、取得された勾配角度に基づいて、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを一体に光路に交差する方向に移動させる移動量を決定する。具体的には、勾配角度が大きい程、移動量を大きくするように決定する。また、移動方向は、スクリーンが移動することによって第１投射範囲（第１スクリーン２０に対してプロジェクタ４からの映像が投射される範囲）に対する第２投射範囲（第２スクリーン２１に対してプロジェクタ４からの映像が投射される範囲）の比率が小さくなる方向とし、本実施形態では鉛直下向き方向とする。従って、上り勾配の勾配角度が大きい程、スクリーン移動後の第１投射範囲に対する第２投射範囲の比率はより小さくなる。
【００５１】
次に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ４で決定された移動量だけ第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを一体に移動させる為に必要なスクリーン上下駆動モータ２５の駆動量（パルス数）を決定する。
【００５２】
その後、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、第２スクリーン２１を対象としてプロジェクタ４から投射する映像（以下、第２映像という）の投射範囲を縮小する。具体的には、図１６に示すように第２映像６２の投射範囲について、下縁位置を固定した状態で上下方向に縮小する。一方、第１スクリーン２０を対象としてプロジェクタ４から投射する映像（以下、第１映像という）の投射は変更せずに継続して行う。
【００５３】
その結果、図１６に示すように第２映像６２の投射範囲が縮小されることによって、第２映像６２に基づいて生成される第２虚像８Ｂの形状や表示位置が変更される。具体的には、第２虚像８Ｂを生成可能なスペースの下端が地表面より上方へ移動される。一方で、第１映像６１に基づいて生成される第１虚像８Ａの形状や表示位置については変更されない。
尚、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１に対して投射された映像は、反射ミラー１０によって反射されるので、生成される虚像は第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１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。即ち、図１６に示すような数字や矢印の虚像を生成する為には、該数字や矢印を上下左右に反転した映像を第１スクリーン２０や第２スクリーン２１に投射する必要がある。但し、図１６、図１７は説明を容易にする為に上記反転を考慮しない図とする。
【００５４】
続いて、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ５で決定された駆動量だけスクリーン上下駆動モータ２５を駆動させる為のパルス信号をスクリーン上下駆動モータ２５へと送信する。その結果、図１６に示すように第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とが一体に光路に交差する方向へと移動を開始する。
【００５５】
続いて、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了したか否かを判定する。具体的には、前記Ｓ７でパルス信号を送信したスクリーン上下駆動モータ２５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１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了したと判定する。
【００５６】
そして、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了したと判定された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、Ｓ９へと移行する。それに対して、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了していないと判定された場合（Ｓ８：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。
【００５７】
Ｓ９においてＣＰＵ３１は、プロジェクタ４へと信号を送信し、第１映像の投射範囲を拡大する。具体的には、図１７に示すように第１映像６１の投射範囲について、上縁位置を固定した状態で上下方向に拡大する。一方、第２映像６２の投射は変更せずに継続して行う。
【００５８】
その結果、図１７に示すように第１映像６１の投射範囲が拡大されることによって、第１映像６１に基づいて生成される第１虚像８Ａの形状や表示位置が変更される。具体的には、第１虚像８Ａを生成可能なスペースの上端が地表面より上方へ移動され、第１虚像８Ａとして表示可能な情報量が増加する。その結果、例えば図１７に示す現在車速以外に、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、テレビ番組等を追加して表示することも可能である。る。一方で、第２映像６２に基づいて生成される第２虚像８Ｂの形状や表示位置については変更されない。
【００５９】
そして、本実施形態に係るＨＵＤ１では、上記Ｓ４〜Ｓ９におけるスクリーンの移動や投射範囲の変更を行った結果、車両の進行方向前方に上り勾配があって、生成された虚像の一部が地面内に埋め込まれて利用できなくなる虞のある状況においても、利用できる虚像の範囲が狭くなることを防止することが可能となる。即ち、前記Ｓ４〜Ｓ９の処理を行う前後で、第１虚像８Ａと第２虚像８Ｂが生成できる各スペースの大きさは変更される（図１６、図１７参照）が、スペースの大きさの合計については減少することを防止できる。
【００６０】
続いて、Ｓ１０においてＣＰＵ３１は、車両の現在位置と前記Ｓ２で取得した車両の進行方向前方の道路形状に基づいて、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）にある上り勾配が終了したか否か判定する。
【００６１】
そして、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）にある上り勾配が終了したと判定された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、Ｓ１１へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）にある上り勾配が終了していないと判定された場合（Ｓ１０：ＮＯ）には、継続して第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１への映像の投射を行う。
【００６２】
Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ９で変更した第１映像の投射範囲を変更前の状態へと戻す。
【００６３】
次に、Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の位置を、前記Ｓ７及びＳ８の移動を行う前の位置へと戻す為に必要なスクリーン上下駆動モータ２５の駆動量（パルス数）を決定する。
【００６４】
続いて、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で決定された駆動量だけスクリーン上下駆動モータ２５を駆動させる為のパルス信号をスクリーン上下駆動モータ２５へと送信する。その結果、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とが一体に前記Ｓ７及びＳ８と逆方向へと移動を開始する。
【００６５】
続いて、Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了したか否かを判定する。具体的には、前記Ｓ１３でパルス信号を送信したスクリーン上下駆動モータ２５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１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了したと判定する。
【００６６】
そして、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了したと判定された場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）には、Ｓ１５へと移行する。それに対して、第１スクリーン２０及び第２スクリーン２１の移動が完了していないと判定された場合（Ｓ１４：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。
【００６７】
その後、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で変更した第２映像の投射範囲を変更前の状態へと戻す。その結果、ＨＵＤ１による虚像の表示態様は、上り勾配を検出する前の状態へと戻る。
【００６８】
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１スクリーン２０は光路に対して位置が固定されるとともに、第２スクリーン２１はスクリーン前後駆動モータ２４を駆動源として光路に沿って移動可能に構成され、更に、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、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを、光路に対して交差する方向に一体に移動させる（Ｓ４〜Ｓ９）ので、複数のスクリーンを用いることによって多様な形態による虚像を生成することを可能にする一方で、ユーザの視線方向前方において虚像が利用できる範囲が限定される状況においても、利用できる虚像の範囲が狭くなることを防止することが可能となる。従って、スクリーンへ映像を投射する範囲において実質的に虚像を生成する領域として使用できない領域が生じることを可能な限り抑え、スクリーンをより効果的に使用して虚像を生成することが可能となる。
【００６９】
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。また、プロジェクタ４としてはＬＥＤを光源とするプロジェクタ以外のプロジェクタを用いても良い。
【００７０】
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。
【００７１】
また、本実施形態では、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）に上り勾配がある場合に、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４を一体に光路に交差する方向に移動させる構成としているが、上り勾配以外でもユーザの視線方向前方において虚像が生成される範囲が限定される状況（例えば、トンネル走行時等）にあれば、同様の処理を行っても良い。
【００７２】
また、車両の進行方向前方（即ち乗員７の視線方向）に下り勾配がある場合においても、第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを一体に光路に交差する方向に移動させる構成としても良い。但し、その場合には第１スクリーン２０と第２スクリーン２１とスクリーン前後駆動モータ２４とを移動させる方向は、本実施形態と逆方向である鉛直上向き方向とする。その結果、生成される虚像から地表面までの距離が大きく離れることなく、適切な位置に生成することが可能となる。
【００７３】
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。また、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、第２投射レンズ１７については位置を固定する構成としても良い。
【００７４】
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３対以上としても良い。また、プロジェクタ４のレンズは一のみとし、スクリーンのみ複数枚から構成されるようにしても良い。
【００７５】
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。
【００７６】
例えば、第１の構成は以下のとおりである。
プロジェクタは、第１スクリーンと第２スクリーンに跨って映像を投射し、交差方向移動手段により第１スクリーン及び第２スクリーンを光路に対して交差する方向に沿って一体に移動させることによって、第１スクリーンに対して映像を投射する第１投射範囲と第２スクリーンに対して映像を投射する第２投射範囲の比率を変更する投射比率変更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、第１スクリーン及び第２スクリーンを光路に対して交差する方向へ移動させることによって、第１スクリーンに投射された映像に基づいて生成される虚像の形状や位置、及び第２スクリーンに投射された映像に基づいて生成される虚像の形状や位置を容易に変更することが可能となる。また、各スクリーンに投射された映像に基づいて虚像を生成することが可能なスペースの合計を減少させることが無い。
【００７７】
また、第２の構成は以下のとおりである。
第１スクリーンは、光路に対して位置が固定され、光路に対して固定された位置に第１スクリーンに投射された映像の虚像を生成する固定スクリーンであり、第２スクリーンは、光路に沿って移動することによって、光路に対して第２スクリーンに投射された映像の虚像が生成される位置を変更する移動スクリーンであ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、第１スクリーンと第２スクリーンとで異なる距離に同時に複数の虚像を生成することを可能にする一方で、第２スクリーンでは、ユーザからの距離が異なる障害物や交差点等の複数の対象物に関する映像を虚像として表示させる場合に、各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。
【００７８】
また、第３の構成は以下のとおりである。
虚像を視認するユーザの視認方向の道路形状を取得する道路形状取得手段を有し、投射範囲変更手段は、道路形状取得手段により取得された道路形状に基づいて、ユーザの視認方向に上り勾配があると判定された場合に、第１投射範囲に対する第２投射範囲の比率を小さく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、ユーザの視認方向に上り勾配がある場合であっても、虚像が生成される位置を変更することによって生成された虚像の一部が地面内に埋め込まれることを防止できる。
【００７９】
また、第４の構成は以下のとおりである。
投射範囲変更手段は、第１投射範囲に対する第２投射範囲の比率を小さくすることによって、第２スクリーンに投射された映像の虚像の下端を地表面より上方へ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、ユーザの視認方向に上り勾配がある場合であっても、虚像が生成される位置を地表面から離れる方向へと変更することによって生成された虚像の一部が地面内に埋め込まれることを防止できる。
【００８０】
また、第５の構成は以下のとおりである。
投射範囲変更手段は、上り勾配の勾配角度が大きい程、第１投射範囲に対する第２投射範囲の比率をより小さく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、上り勾配の角度に応じて虚像が生成される位置を変更することが可能となる。従って、生成された虚像の一部が地面内に埋め込まれることを防止できるとともに、虚像の位置を必要以上に上方へ位置させることがなく、ユーザに視認し易い位置に虚像を生成することが可能となる。
【符号の説明】
【００８１】
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】
2015087512.tif 000003
【図２】
2015087512.tif 000004
【図３】
2015087512.tif 000005
【図４】
2015087512.tif 000006
【図５】
2015087512.tif 000007
【図６】
2015087512.tif 000008
【図７】
2015087512.tif 000009
【図８】
2015087512.tif 000010
【図９】
2015087512.tif 000011
【図１０】
2015087512.tif 000012
【図１１】
2015087512.tif 000013
【図１２】
2015087512.tif 000014
【図１３】
2015087512.tif 000015
【図１４】
2015087512.tif 000016
【図１５】
2015087512.tif 000017
【図１６】
2015087512.tif 000018
【図１７】
2015087512.tif 000019
【図１８】
2015087512.tif 000020