(57)【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虚像生成手段と、を有し、
前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから所定距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、
前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、
前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有し、
前記映像補正手段は、前記ユーザの眼の位置が上方に位置する程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正することを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２】
前記スクリーンに投射された前記映像を視認可能な前記ユーザの眼の位置の範囲である視認可能範囲を取得する範囲取得手段を有し、
前記視認可能範囲は、上下方向に沿って複数のエリアに区分され、
前記映像補正手段は、前記ユーザの眼の位置が含まれるエリアに基づいて前記映像を補正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】
前記視認可能範囲は、基準エリアと、基準エリアの上方にある上方エリアと、基準エリアの下方にある下方エリアと、に区分され、
前記映像補正手段は、
前記ユーザの眼の位置が前記基準エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが基準長さとなるように前記映像を補正し、
前記ユーザの眼の位置が前記上方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも長くなるように前記映像を補正し、
前記ユーザの眼の位置が前記下方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも短くなるように前記映像を補正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凹面鏡と、
前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、
前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、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と、を有し、
前記映像補正手段は、
前記ユーザの眼の位置に加えて前記生成距離にも基づいて前記映像を補正し、
前記生成距離が短い程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正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虚像表示装置。
【請求項５】
前記光路長変更手段は、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り前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することを特徴とする請求項４に記載の虚像表示装置。
【請求項６】
車両に搭載され、
前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方に前記車両の乗員に視認させる前記虚像を生成し、
前記虚像は、前記車両の走行予定経路に沿った走行を案内する画像であ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、特表２０１１−３６７８８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、車両の進行方向を示す矢印等）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】特表２０１１−３６７８８号公報（第４−７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のような虚像表示装置において、ユーザに適切に虚像を視認させる為には、生成された虚像が現実にユーザの前方空間上に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることが重要である。例えば、上記特許文献１のような車両の進行方向を示す矢印を虚像として生成する場合には、進行方向の道路の路面上において路面と平行に矢印が存在するように視認させることが望ましい。
【０００６】
そこで、上記特許文献１では、虚像を重畳させる背景の消失点に関連付けて虚像の消失点を設定する技術について開示されている。特に、ユーザの眼より下方に位置する虚像（例えば地面上に生成する矢印の虚像）では、虚像を重畳させる背景の消失点よりも上方に虚像の消失点を設定することが開示されている。
【０００７】
ここで、虚像を重畳させる背景の消失点の位置は、ユーザの眼の高さに依存する。即ち、ユーザの眼の位置が高い位置にあるほど、背景の消失点の位置も高くなり、虚像の消失点も高い位置に設定されることとなる。従って、上記特許文献１では、特にユーザから遠方の位置に虚像を生成する場合において、ユーザの眼の位置を上方に移動させると、必要以上に虚像の消失点が上方へと設定されてしまい、背景に虚像を適切に重畳させることができない問題があった。例えば、図１６に示すように車両の進行方向を示す矢印を虚像１０１として生成する場合では、進行方向の道路の路面１０２上において路面と平行に存在するように視認させることが理想であるが、ユーザの眼の位置が上方に移動すると、生成される虚像１０１は路面１０２に沿った矢印でなく、斜め上方を向いた矢印として視認されることとなる。
【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、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることを可能にした虚像表示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第１の虚像表示装置は、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虚像生成手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから所定距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有し、前記映像補正手段は、前記ユーザの眼の位置が上方に位置する程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
前記構成を有する本発明に係る第１の虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】ＨＵＤを構成するプロジェクタを示した図である。
【図４】ＨＵＤを構成する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移動態様を示した図である。
【図６】スクリーンとミラーとの間の光路長と虚像の生成距離との関係を示した図である。
【図７】虚像の生成距離の変更態様を示した図である。
【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】視認可能範囲を示した図である。
【図１１】車両の乗員から視認できる前方環境と道路距離を示した図である。
【図１２】虚像長の異なる複数の虚像について説明した図である。
【図１３】虚像長設定テーブルを示した図である。
【図１４】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１５】乗員の眼の位置と虚像までの距離とに応じて生成される虚像の変化を説明した図である。
【図１６】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】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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４８で設定された案内経路（走行予定経路）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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
また、車両のフロントバンパの上方にはフロントカメラ１７が設置される。フロントカメラ１７は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたカメラにより構成された撮像装置であり、光軸方向を車両の進行方向前方に向けて設置される。そして、フロントカメラ１７により撮像された撮像画像に対して画像処理が行われることによって、後述のようにフロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境、即ち虚像８が重畳される背景について乗員７から背景上の各地点までの距離（道路距離）が検出される。
【００２２】
また、ダッシュボード３の上面には車内カメラ１８が設置される。ここで、車内カメラ１８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の顔を撮像する。尚、ＨＵＤ１は、後述のように車内カメラ１８により撮像した撮像画像から乗員７の眼の位置を検出する。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。尚、乗員７はプロジェクタ４によって投射された映像を投射側とは逆側から視認することとなる。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、スクリーン５とミラー１１との間の光路長が変更される。
【００２９】
そして、ＨＵＤ１ではスクリーン５とミラー１１との間の光路長に、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）が依存することとなる。具体的には図６に示すようにスクリーン５を、スクリーン５とミラー１１との間の光路長Ｄ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）。一方で、スクリーン５を、スクリーン５とミラー１１との間の光路長Ｄ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）。従って、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、図７に示すように乗員７から虚像８までの距離である生成距離Ｌの長短を、予め決められた範囲（例えば２．５ｍ〜２０ｍ）で変更することが可能となる。
【００３０】
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。
【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、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、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が反転した像となる。
【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。
【００３５】
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虚像長設定テーブルや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、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等から取得した情報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電源がＯＮされた後に実行され、車両の乗員７に視認させる虚像８を生成するプログラムである。尚、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。
【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、視認可能範囲（アイボックス）を設定する。尚、視認可能範囲は、ＨＵＤ１に内蔵されたスクリーン５に投射された映像を視認可能な乗員７の眼の位置の範囲である。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、視認させる為にはＨＵＤ１と乗員７の眼の位置関係を厳密に対応させる必要がある。そこで、ＣＰＵ３１は、先ず車内カメラ１８で運転席に着座した車両の乗員７の顔を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって乗員７の左右の眼の位置を検出する。そして、ＨＵＤ１の位置や角度を調整することによって、図１０に示すように車両の乗員７の左右の眼が含まれる範囲（例えば横１３ｃｍ縦４ｃｍ）に視認可能範囲５１を設定する。尚、ＨＵＤ１自体ではなくＨＵＤ１に内蔵されたミラー１１、プロジェクタ４、スクリーン５等の位置や角度を調整することにより視認可能範囲５１を設定してもよい。尚、前記Ｓ１で設定された視認可能範囲５１は、フラッシュメモリ３４等の記憶媒体に記憶される。
【００３９】
次に、Ｓ２においてＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌを基準距離となる最長距離の２０ｍに設定する。尚、スクリーン５の現在位置が、虚像８の生成距離Ｌが２０ｍとなる位置（スクリーン５とミラー１１との間の光路長が最長となる位置）に配置されていない場合には、スクリーン前後駆動モータ２４を駆動させて、虚像８の生成距離Ｌが２０ｍとなる位置へとスクリーン５を移動させる。また、本実施形態では生成距離Ｌの基準距離を最長距離である２０ｍとしているが、２０ｍ以外（例えば１５ｍや１０ｍ）としても良い。
【００４０】
続いて、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、車内カメラ１８で運転席に着座した車両の乗員７の顔を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって乗員７の左右の眼の位置を検出する。尚、以降は所定間隔で乗員７の左右の眼の位置の検出を継続して行う。
【００４１】
その後、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、フロントカメラ１７で撮像した撮像画像に基づいて道路距離の測定を行う。尚、“道路距離”は、フロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境、即ち虚像８が重畳される背景中の各地点について乗員７からの距離を示したものである。その結果、図１１に示すようにフロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境の各地点が乗員からどの程度離れた地点であるのかを特定することが可能となる。
【００４２】
次に、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、ＨＵＤ１において現在設定されている生成距離Ｌと、最も新しく検出された乗員７の眼の位置とに基づいて、生成する虚像８の下端から上端までの長さ（以下、虚像長という）を設定する。尚、本実施形態では、後述のようにナビゲーション装置４８で設定された案内経路に基づく案内情報である車両の進行方向を示す矢印を虚像８として生成する構成とする。そして、虚像長を変化させる際には、実際に空間上に矢印が存在するように乗員７に視認させるために見た目の矢印の傾斜角についても変化させる。但し、虚像自体の傾斜角度は一定である。
【００４３】
具体的には、図１２に示すように虚像８の下端から上端までの虚像長Ｘが長くなるほど、水平方向からの傾斜角を大きくした矢印の虚像８とする。即ち、虚像８の下端から上端までの虚像長Ｘが長い矢印は、乗員７からは路面上に路面と平行に配置された矢印をより上方から見下ろした際に視認できる矢印となる。一方で、虚像８の下端から上端までの虚像長Ｘが短い矢印は、乗員７からは路面上に路面と平行に配置された矢印をより下方（地面に近い位置）から見た際に視認できる矢印となる。
【００４４】
また、前記Ｓ５においてＣＰＵ３１は、フラッシュメモリ３４から虚像長設定テーブルを読み出し、読み出した虚像長設定テーブルに基づいて虚像長を設定する。尚、虚像長設定テーブルには、生成距離Ｌと乗員７の眼の位置と虚像長とが対応付けられたテーブルである。図１３は虚像長設定テーブルの一例を示した図である。
【００４５】
図１３に示すように虚像長設定テーブルは、生成距離Ｌと虚像長とが対応付けられた第１のテーブルと、乗員７の眼の位置と虚像長とが対応付けられた第２のテーブルとから構成される。そして、前記Ｓ５においてＣＰＵ３１は、先ず現在設定されている生成距離Ｌと第１のテーブルに基づいて基準となる虚像長をＡ１〜Ａ３６の中から選択する。尚、生成距離Ｌが短いほど、選択される虚像長は長くなる。次に、ＣＰＵ３１は乗員７の眼の位置と第２のテーブルに基づいて虚像長の補正値を選択する。具体的には、視認可能範囲５１を上下方向に沿って複数のエリア（図１３に示す例では（ａ）〜（ｅ）の５つのエリア）に区分する。そして、検出された乗員７の眼の位置が、どのエリアに含まれるかによって虚像長の補正値を選択する。尚、乗員７の眼の位置が視認可能範囲５１の中央にあるエリア（ｃ）（基準エリア）に位置する場合には補正値は「０」となる。そして、エリア（ｃ）に対して上方のエリア程、補正値としてより大きな加算値が選択され、エリア（ｃ）に対して下方のエリア程、補正値としてより大きな減算値が選択される。そして、基準となる虚像長に対して選択された補正値を加算又は減算することによって最終的な虚像長を決定する。即ち、生成距離Ｌが短く且つ乗員７の眼の位置が上方に位置する程、最終的に設定される虚像長は長くなり、一方で生成距離Ｌが長く且つ乗員７の眼の位置が下方に位置する程、最終的に設定される虚像長は短くなる。
【００４６】
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、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４８で設定された案内経路（走行予定経路）や案内経路に基づく案内情報（車両の進行方向を示す矢印等）、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、ナビゲーション装置４８で設定された案内経路に基づく案内情報である車両の進行方向を示す矢印を出力する構成とする。
【００４７】
その結果、例えばナビゲーション装置４８において案内経路が設定されており、車両の進行方向前方に特に右左折の対象となる交差点が存在しない場合には、図１４に示すように車両の進行方向前方に直進方向を示す矢印の虚像８を生成する。尚、車両の進行方向前方に右左折の対象となる交差点が接近した場合には、直進方向を示す矢印に替えて右左折を示す矢印の虚像８を生成する。その結果、乗員７から基準距離（例えば２０ｍ）前方の位置に車両の進行方向を示す矢印の虚像８が生成されることとなり、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。また、特に右左折を示す矢印の虚像８を生成する場合には、右左折の対象となる交差点の位置に対応させて虚像８を生成することが望ましい。従って、後述のように乗員７から右左折対象となる交差点までの距離を算出し、算出した距離を目標生成距離に設定し、生成距離Ｌが目標生成距離となるようにプロジェクタ４の光路に沿ってスクリーン５を移動させるように構成する（Ｓ１０）。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も変更される。それによって、右左折の対象となる交差点の位置を乗員７は明確に特定することが可能となる。
【００４８】
また、投射される映像は、投射された映像に基づいて生成される虚像８が前記Ｓ５で設定された虚像長となる映像とする。それによって、虚像８を、乗員７の眼の位置と乗員７からの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。具体的には、図１５に示すように乗員７の眼の位置が下方にある、又は生成距離Ｌが遠い（虚像８までの距離が遠い）場合には、生成される虚像８の虚像長が短くなり、路面に沿って配置される矢印をより水平方向に近い角度から視認した形状の虚像８となる。一方で、乗員７の眼の位置が上方にある、又は生成距離Ｌが近い（虚像８までの距離が近い）場合には、生成される虚像８の虚像長が長くなり、路面に沿って配置される矢印をより上方から見下ろして視認した形状の虚像８となる。従って、進行方向前方の路面上において路面と平行に虚像８が現実に存在するかのように背景（路面）に重畳させて乗員７に視認させることが可能となる。
【００４９】
更に、本実施形態では特に矢印の虚像８を、虚像８の下端が乗員７から生成距離Ｌだけ離れた地面上に位置するように虚像８を生成する。具体的には、前記Ｓ４で測定した道路距離に基づいて、フロントウィンドウ６越しに乗員７に視認される前方環境、即ち虚像８が重畳される背景の内、乗員７から生成距離Ｌだけ離れた路面上の地点を特定する。そして、特定された地点に虚像８の下端が位置するようにスクリーン５に対して映像の投射を行う。それによって、進行方向前方の路面上に虚像８が現実に存在するかのように背景（路面）に重畳させて乗員７に視認させることが可能となる。虚像８の下端が乗員７から生成距離Ｌだけ離れた地面上に位置するように虚像８を生成する。
【００５０】
その後、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌを変更する必要が生じたか否かを判定する。ここで、虚像８の生成距離Ｌを変更する必要がある場合としては、例えば、案内交差点の右左折を示す矢印の虚像８を生成している場合において、車両の走行に伴って車両から案内交差点までの距離が変化した場合がある。また、自車両の前方に障害物（他車両、自転車、歩行者等）が出現し、虚像８が障害物と重複する虞がある場合において、虚像８が障害物と重複しないように生成距離Ｌを変更する場合もある。
【００５１】
そして、虚像８の生成距離Ｌを変更する必要が生じたと判定された場合（Ｓ７：ＹＥＳ）には、Ｓ１０へと移行する。一方、虚像８の生成距離Ｌを変更する必要が生じていないと判定された場合（Ｓ７：ＮＯ）には、Ｓ８へと移行する。
【００５２】
Ｓ８においてＣＰＵ３１は、乗員７の眼の位置が変化したか否か判定する。具体的には、図１２に示す視認可能範囲５１に規定するエリア（ａ）〜（ｅ）において、乗員７の眼の位置が含まれるエリアが変化した場合に、ＣＰＵ３１は乗員７の眼の位置が変化したと判定する。
【００５３】
そして、乗員７の眼の位置が変化したと判定された場合（Ｓ８：ＹＥＳ）には、Ｓ１１へと移行する。一方、乗員７の眼の位置が変化していないと判定された場合（Ｓ８：ＮＯ）には、Ｓ９へと移行する。
【００５４】
その後、Ｓ９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。
【００５５】
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（Ｓ９：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（Ｓ９：ＮＯ）にはＳ７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。
【００５６】
一方、Ｓ１０において、ＣＰＵ３１はスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させて、虚像８の生成距離Ｌを要求される新たな距離Ｌ´となる位置へとスクリーン５を移動させる。
【００５７】
以下に、上記Ｓ１０の処理の詳細について説明する。
先ず、ＣＰＵ３１は、虚像８の生成距離Ｌの目標値となる目標生成距離Ｄｅを距離Ｌ´に設定する。次に、ＣＰＵ３１は、フラッシュメモリ３４から位置設定テーブルを読み出し、目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に虚像８を生成する為のスクリーン５の位置（目標移動位置）を取得する。尚、位置設定テーブルは、設定可能な生成距離Ｌ（本実施形態では２．５ｍ〜２０ｍの間の０．５ｍ単位）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。続いて、ＣＰＵ３１は、スクリーン５を目標移動位置へ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。その後、ＣＰＵ３１は、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。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は設定された目標生成距離Ｄｅだけ離れた位置に虚像８が生成される目標移動位置に移動することとなる。
【００５８】
その後、Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、ＨＵＤ１において現在設定されている生成距離Ｌ（前記Ｓ１０で変更された場合には変更後の生成距離Ｌ）と、新たに検出した最新の乗員７の眼の位置とに基づいて、新たな虚像長を設定する。尚、詳細についてはＳ５と同様であるので説明は省略する。
【００５９】
尚、前記Ｓ１１で設定される新たな虚像長は、乗員７の眼の位置が上方に移動した場合や生成距離Ｌが短く変化した場合には、過去の虚像長に比べてより長い値に設定される。一方で、乗員７の眼の位置が下方に移動した場合や生成距離Ｌが長く変化した場合には、過去の虚像長に比べてより短い値に設定される。
【００６０】
その後、Ｓ１２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による投射する映像を補正する。具体的には、投射された映像に基づいて生成される虚像８が、前記Ｓ１１で新たに設定された虚像長となるように補正する。尚、虚像８の下端の位置は、Ｓ６から変わらずに乗員７から生成距離Ｌだけ離れた地面上に位置するように維持する。即ち、前記Ｓ１２では地面から虚像８の上端までの距離を変位させることとなる。それによって、乗員７の眼の位置や乗員７から虚像８までの距離が変化した場合であっても、虚像８を、変化後の乗員７の眼の位置と乗員７からの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。
【００６１】
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、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、虚像８は、虚像８の下端が乗員７から生成距離Ｌだけ離れた地面上に位置するように生成され、地面から虚像の上端までの距離を変位させることによって、虚像の下端から上端までの長さが乗員７の眼の位置と生成距離Ｌとに基づいた長さとなるようにスクリーンに投射する映像を補正する（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１１、Ｓ１２）ので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像８について、乗員７の眼の位置と乗員７からの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、地面上において地面と平行に虚像８が現実に存在するかのように、背景に重畳させて乗員７に視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
また、本実施形態ではスクリーン５を光路に沿って移動させることによって、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更する構成としているが、スクリーン５は固定とし、ミラー１１を光路に沿って移動させることによって、スクリーン５とミラー１１との間の光路長を変更する構成としても良い。
【００６５】
また、本実施形態では虚像長が乗員７の眼の位置と生成距離Ｌとに基づいた長さとなるようにスクリーンに投射する映像を補正する（Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１１、Ｓ１２）構成としているが、生成距離Ｌについては考慮せずに乗員７の眼の位置のみに基づいて虚像長を設定する構成としても良い。また、乗員７の眼の位置については考慮せずに生成距離Ｌのみに基づいて虚像長を設定する構成としても良い。
【００６６】
また、本実施形態では案内経路に沿った車両の進行方向を案内する矢印を虚像８として生成する構成としているが、進行方向を案内する矢印以外の虚像８を生成する構成としても良い。例えば、障害物（他車両や歩行者）に対する警告、渋滞情報、事故情報、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、テレビ画面等を虚像８として生成する構成としても良い。その場合であって、虚像生成処理プログラム（図９）によって乗員７の眼の位置と虚像８までの距離に応じて虚像８の虚像長を適宜設定することが可能である。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
また、本発明に係る虚像表示装置を具体化した実施例について上記に説明したが、虚像表示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。
【００７０】
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虚像生成手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから所定距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
【００７１】
また、第２の構成は以下のとおりである。
前記映像補正手段は、前記ユーザの眼の位置が上方に位置する程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザの眼の位置が下方にある場合には、生成される虚像の長さが短くなり、地面に沿って配置される虚像をより水平方向に近い角度から視認した形状の虚像とすることができる。一方で、ユーザの眼の位置が上方にある場合には、生成される虚像の長さが長くなり、地面に沿って配置される虚像をより上方から見下ろして視認した形状の虚像とすることができる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。
【００７２】
また、第３の構成は以下のとおりである。
前記スクリーンに投射された前記映像を視認可能な前記ユーザの眼の位置の範囲である視認可能範囲を取得する範囲取得手段を有し、前記視認可能範囲は、上下方向に沿って複数のエリアに区分され、前記映像変化手段は、前記ユーザの眼の位置が含まれるエリアに基づいて前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、視認可能範囲を基準にしてユーザの眼の上下方向の位置を特定することが可能となる。従って、ユーザの眼の位置の移動量に対する虚像の長さの変化量を適切な対応関係に設定することが可能となる。
【００７３】
また、第４の構成は以下のとおりである。
前記視認可能範囲は、基準エリアと、基準エリアの上方にある上方エリアと、基準エリアの下方にある下方エリアと、に区分され、前記映像変化手段は、前記ユーザの眼の位置が前記基準エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが基準長さとなるように前記映像を補正し、前記ユーザの眼の位置が前記上方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも長くなるように前記映像を補正し、前記ユーザの眼の位置が前記下方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも短くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、視認可能範囲を基準にしてユーザの眼の上下方向の位置を複数段階で明確に特定することが可能となる。従って、ユーザの眼の位置に対してより適切な虚像の長さを設定することが可能となる。
【００７４】
また、第５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、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、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と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記生成距離に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザからの距離に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザからの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
【００７５】
また、第６の構成は以下のとおりである。
前記光路長変更手段は、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り前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、簡易な構成及び制御によってユーザから虚像が生成される位置までの距離を変更可能となる。
【００７６】
また、第７の構成は以下のとおりである。
前記映像補正手段は、前記生成距離が短い程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザから遠い場所に虚像を生成する場合には、生成される虚像の長さが短くなり、地面に沿って配置される虚像をより水平方向に近い角度から視認した形状の虚像とすることができる。一方で、ユーザから近い場所に虚像を生成する場合には、生成される虚像の長さが長くなり、地面に沿って配置される虚像をより上方から見下ろして視認した形状の虚像とすることができる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。
【００７７】
また、第８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、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、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と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置と前記生成距離とに基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置とユーザからの距離に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置とユーザからの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
【００７８】
また、第９の構成は以下のとおりである。
車両に搭載され、前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方に前記車両の乗員に視認させる前記虚像を生成し、前記虚像は、前記車両の走行予定経路に沿った走行を案内する画像であることを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、特に車両の走行予定経路に沿った走行を案内する虚像を生成する場合において、進行方向前方の路面上において路面と平行に虚像が現実に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。従って、走行予定経路に沿った走行案内を虚像によって適切に行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
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
１７    フロントカメラ
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
５１    視認可能範囲
【図１】
0006337721.tif 000002
【図２】
0006337721.tif 000003
【図３】
0006337721.tif 000004
【図４】
0006337721.tif 000005
【図５】
0006337721.tif 000006
【図６】
0006337721.tif 000007
【図７】
0006337721.tif 000008
【図８】
0006337721.tif 000009
【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】
0006337721.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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