(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーザが対象交差点から離れた位置にあっても情報量を増やすことなく対象交差点での通過方向を事前に把握させることを可能にした虚像表示装置を提供する。【解決手段】プロジェクタから、映像をスクリーンに投射し、スクリーン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に視認させることによって、車両の乗員が視認する映像の虚像を生成する。また、虚像重畳エリア５１から対象交差点５２までの距離が所定距離以内にある場合に、該対象交差点における車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像８を生成するように構成する。【選択図】図１３
2016078726.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設置され、
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前記車両の乗員であるユーザに視認させることによって、前記映像の虚像を前記車両の進行方向前方にある生成可能範囲内に生成する虚像生成手段と、
前記ユーザによって前記生成可能範囲と重畳して視認される前方環境のエリアを虚像重畳エリアとして特定する重畳エリア特定手段と、
前記車両の走行予定経路を取得する経路取得手段と、
前記走行予定経路に含まれる対象交差点を取得する対象交差点取得手段と、を有し、
前記虚像は、前記走行予定経路に沿って前記車両が走行する為の前記車両の進行方向を案内する矢印であって、
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアから前記対象交差点までの距離が所定距離以内にある場合に、該対象交差点における前記車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像を生成することを特徴とする虚像表示装置。
【請求項２】
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアから前記対象交差点までの距離が短くなる程、該対象交差点における前記車両の通過方向側への傾斜角度が大きい矢印の虚像を生成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】
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアの少なくとも一部が前記対象交差点内に進入する前は、前記車両が現在走行する道路における前記車両の進行方向である第１方向を向く矢印を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
【請求項４】
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアの少なくとも一部が前記対象交差点内に進入した後は、前記第１方向から該対象交差点における前記車両の通過方向である第２方向へと段階的に向きを変える矢印を生成することを特徴とする請求項３に記載の虚像表示装置。
【請求項５】
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアの内、特に前記虚像と重畳して視認される地点が、前記車両が前記対象交差点を通過した後に走行する車線の中心を通過し且つ該車線と平行な直線である中心線に到達するまでに前記第２方向へと向きを変える矢印を生成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】
前記虚像重畳エリアの内、特に前記虚像と重畳して視認される地点が、前記中心線に到達した後は、前記虚像と重畳して視認される地点が前記中心線上に維持されるように前記スクリーンに対する前記映像の投射位置を制御する投射制御手段を有することを特徴とする請求項５に記載の虚像表示装置。
【請求項７】
前記スクリーンと前記スクリーンに投射された前記映像を反射する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が生成される位置までの距離である生成距離を変更する生成距離変更手段と、
前記虚像重複エリアの内、特に前記虚像と重複して視認される地点が、前記中心線に到達した後は、前記生成距離が前記ユーザから前記中心線までの距離となるように前記生成距離を制御する生成距離制御手段と、を有することを特徴とする請求項５又は請求項６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２０１１−７３４６６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、前方車両を示すマークや車間距離を示すマーク等）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。
【０００４】
また、前方視野の前景に重畳して運転情報を表示する場合であって、特にユーザが右左折する交差点を案内する場合には、右左折する交差点の位置をユーザに正確に把握させることが重要である。そこで、特開平９−３２５０４２号公報には、液晶ディスプレイに進行方向前方の映像を表示するとともに、右左折対象となる交差点が接近した場合には交差点での進行方向を示す矢印を前景の交差点の位置に重畳して表示する技術について提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−７３４６６号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】特開平９−３２５０４２号公報（第４頁、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された案内装置では、右左折対象となる交差点に重畳して矢印を表示するので、ユーザから右左折対象となる交差点までの距離が遠く、交差点が重畳対象となる前景に含まれない状況では矢印が表示されない。その結果、ユーザが交差点における通過方向を事前に把握できない問題があった。そして、通過方向の把握が遅れた結果、車線の移動等が間に合わずに交差点での右左折が適切にできない場合も生じていた。
【０００７】
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の虚像を表示するとともに、車両の進行方向前方にある対象交差点での通過方向に応じて虚像として表示される矢印を傾斜させることによって、ユーザが対象交差点から離れた位置にあっても情報量を増やすことなく対象交差点での通過方向を事前に把握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】
【０００８】
前記目的を達成するため本発明に係る虚像表示装置は、車両に設置され、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前記車両の乗員であるユーザに視認させることによって、前記映像の虚像を前記車両の進行方向前方にある生成可能範囲内に生成する虚像生成手段と、前記ユーザによって前記生成可能範囲と重畳して視認される前方環境のエリアを虚像重畳エリアとして特定する重畳エリア特定手段と、前記車両の走行予定経路を取得する経路取得手段と、前記走行予定経路に含まれる対象交差点を取得する対象交差点取得手段と、を有し、前記虚像は、前記走行予定経路に沿って前記車両が走行する為の前記車両の進行方向を案内する矢印であって、前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアから前記対象交差点までの距離が所定距離以内にある場合に、該対象交差点における前記車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像を生成することを特徴とする。
尚、「対象交差点」としては、例えばナビゲーション装置等の走行案内機能を用いて走行案内を行う場合に案内対象となる交差点がある。具体的には、車両が走行予定経路に沿って走行する場合に、車両が道なり方向以外に通過する交差点、車両が右左折する交差点、車両方位が所定角度以上（例えば３０度）変位する交差点等が該当する。
【発明の効果】
【０００９】
前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、車両の進行方向を示す矢印の虚像を表示するとともに、車両の進行方向前方にある対象交差点での通過方向に応じて虚像として表示される矢印を傾斜させるので、ユーザが対象交差点から離れた位置にあっても情報量を増やすことなく対象交差点での通過方向を事前に把握させることが可能となる。従って、対象交差点において通過方向に沿って車両を適切に走行させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】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】虚像重畳エリアを示した図である。
【図１２】道路距離の測定方法を示した図である。
【図１３】車両が対象交差点に所定距離以内に接近した場合において乗員から視認できる虚像の一例を示した図である。
【図１４】虚像として生成する矢印の傾斜角度の変位例を示した図である。
【図１５】中心線を示した図である。
【図１６】車両が対象交差点の近傍に到達した場合において乗員から視認できる虚像の一例を示した図である。
【図１７】虚像として生成する矢印の向きの変位例を示した図である。
【図１８】映像の投射位置と生成距離の制御方法について説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
また、車両のフロントバンパの上方やルームミラーの裏側等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。また、ＨＵＤ１によって虚像８を生成可能な範囲と重畳して乗員７から視認される前方環境のエリア（以下、虚像重畳エリアという）についてもフロントカメラ１７により撮像された撮像画像に基づいて検出される。
【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（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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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）。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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等が存在しない場合には、図１０に示すように車両の進行方向前方に、車両が現在走行する道路における車両の進行方向（カーブ形状の道路を除けば基本的には直進方向）を示す矢印の虚像８を生成する。一方、車両の進行方向前方に右左折の対象となる交差点等が接近した場合には、後述のように傾斜角度や向きを交差点の通過方向に応じて変更した矢印の虚像８を生成する（図１６）。その結果、乗員７から基準距離（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。尚、本実施形態では特に矢印の虚像８を地面上、より具体的には虚像８の下端が地面上に位置するように虚像８を生成する。
【００３５】
次に、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、ＣＡＮを介してナビゲーション装置４８から車両の現在位置の検出結果に基づいて取得する。尚、車両の現在位置は、高精度ロケーション技術を用いて詳細に特定することが望ましい。ここで、高精度ロケーション技術とは、車両後方のカメラから取り込んだ白線や路面ペイント情報を画像認識により検出し、更に、白線や路面ペイント情報を予め記憶した地図情報ＤＢと照合することにより、走行車線や高精度な車両位置を検出可能にする技術である。尚、高精度ロケーション技術の詳細については既に公知であるので省略する。
【００３６】
続いて、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方の所定距離以内（例えば１ｋｍ以内）に対象交差点があるか否か判定する。ここで、本実施形態では“対象交差点”は、ナビゲーション装置４８により走行案内を行う場合に案内対象となる交差点（案内対象交差点）とする。より具体的には、車両が走行予定経路に沿って走行する場合に、車両が道なり方向以外に通過する交差点、車両が右左折する交差点、車両方位が所定角度以上（例えば３０度）変位する交差点等が該当する。従って、前記Ｓ４においてＣＰＵ３１は、ＣＡＮを介してナビゲーション装置４８から車両の走行予定経路、即ちナビゲーション装置４８で現在設定されている案内経路を取得する。そして、取得した走行予定経路に含まれる対象交差点を特定した後に前記Ｓ３で取得した車両の現在位置とを比較し、車両の進行方向前方の所定距離以内（例えば１ｋｍ以内）に対象交差点があるか否か判定する。
【００３７】
そして、車両の進行方向前方の所定距離以内に対象交差点があ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、車両の進行方向前方の所定距離以内に対象交差点が無いと判定された場合（Ｓ４：ＮＯ）には、Ｓ３へと戻る。
【００３８】
Ｓ５においてＣＰＵ３１は、図１１に示すようにフロントカメラ１７により撮像された撮像画像とＨＵＤ１の各種設計値に基づいて、ＨＵＤ１によって虚像８を生成可能な範囲と重畳して乗員７から視認される前方環境のエリア（虚像重畳エリア５１）を特定する。
【００３９】
続いて、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ５で特定された虚像重畳エリア５１から対象交差点までの距離Ｘを算出する。より具体的には、図１１に示すように虚像重畳エリア５１の上端から対象交差点５２の下端までの距離を距離Ｘとして算出する。
【００４０】
以下に、前記Ｓ６の虚像重畳エリア５１から対象交差点までの距離Ｘの算出方法の詳細について説明する。
先ず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１２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７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。次に、ＣＰＵ３１は、測定された道路距離に基づいて、乗員７から虚像重畳エリア５１の上端までの距離Ｘ１と、乗員７から対象交差点５２の下端までの距離Ｘ２をそれぞれ特定し、その差分（Ｘ２−Ｘ１）を距離Ｘとして算出する。尚、“道路距離”を用いずに前記Ｓ３で検出された車両の現在位置と地図情報に基づいて算出する構成としても良い。
【００４１】
次に、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で算出された虚像重畳エリア５１から対象交差点までの距離Ｘが０以下となったか否か、即ち、虚像重畳エリア５１の少なくとも一部が対象交差点に進入したか否かを判定する。
【００４２】
そして、前記Ｓ６で算出された虚像重畳エリア５１から対象交差点までの距離Ｘが０以下となった、即ち、虚像重畳エリア５１の少なくとも一部が対象交差点に進入したと判定された場合（Ｓ７：ＹＥＳ）には、Ｓ９へと移行する。それに対して、前記Ｓ６で算出された虚像重畳エリア５１から対象交差点までの距離Ｘが０以下でない、即ち、虚像重畳エリア５１が対象交差点に進入していないと判定された場合（Ｓ７：ＮＯ）には、Ｓ８へと移行する。
【００４３】
Ｓ８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、対象交差点５２における車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像８となるように補正する。尚、矢印の向きについては車両が現在走行する道路における車両の進行方向（例えば直進方向）に固定し、対象交差点の通過方向側に回転させることはない。その結果、図１３に示すように対象交差点５２における車両の通過方向側（図１３に示す例では右方向とする）に傾斜した矢印の虚像８が生成されることとなり、乗員７は虚像８を視認することによって次の対象交差点での通過方向を事前に把握することが可能である。
【００４４】
また、本実施形態では虚像重畳エリア５１から対象交差点５２までの距離Ｘが短くなる程、傾斜角度が大きい矢印の虚像を生成する。具体的には、図１４に示すように距離Ｘが３００ｍ以下となるまでは矢印を水平方向とし、３００ｍ以下となった後に１０ｍ短くなるごとに矢印の水平方向からの傾斜角度αを２度ずつ対象交差点５２における車両の通過方向側に大きくする構成とする。そして、虚像重畳エリア５１から対象交差点５２までの距離Ｘが０となった時点では、車両の通過方向に６０度傾斜した矢印の虚像８が生成されることとなる。その結果、乗員７は虚像８として生成される矢印の傾斜角度から次の対象交差点までの距離についても把握することが可能である。その後、Ｓ３へと戻る。尚、図１４に示す例では、矢印の傾斜を開始するタイミングを距離Ｘが３００ｍ以下となるタイミングとしているが、そのタイミングは適宜変更することが可能である。例えば距離Ｘが５００ｍ以下となるタイミングとしても良い。
【００４５】
一方、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、車両が対象交差点を通過した後に走行する車線の中心を通過し且つ該車線と平行な直線（以下、中心線という）を特定する。例えば、図１５に示すように車両２の走行予定経路が対象交差点５２を右折する経路である場合には、車両が右折後に進入する車線５３の中心を通過し、車線５３と平行な線が中心線５４として特定される。
【００４６】
次に、Ｓ１０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、対象交差点５２における車両の通過方向側に更に傾斜させるとともに、前記Ｓ８では固定していた矢印の向きについても車両の現在の進行方向（例えば直進方向）から対象交差点における車両の通過方向を向くように段階的に回転させるように補正する。その結果、図１６に示すように対象交差点５２における車両の通過方向側（図１６に示す例では右方向とする）に傾斜し、且つ通過方向を向いた矢印の虚像８が対象交差点５２に重畳して生成されることとなり、乗員７は虚像８を視認することによって対象交差点の位置と対象交差点での通過方向を正確に把握することが可能である。
【００４７】
また、本実施形態では虚像重畳エリア５１の内、特に虚像８と重畳して視認される地点（具体的には虚像重畳エリア５１の上端から矢印の幅の１／２だけ下方の地点とする）が、前記Ｓ９で特定された中心線に到達するまでに、矢印の向きの変更を完了するように構成する。更に、矢印の向きの変更が完了するのと同時に、矢印の傾斜角度の変更も完了するように構成する。具体的には、図１７に示すように虚像重畳エリア５１の少なくとも一部が対象交差点に進入した時点から車両の走行に伴って傾斜角度αを６０度から段階的に９０度まで変位させる。特に、虚像８と重畳して視認される地点が前記Ｓ９で特定された中心線に到達する時点で傾斜角度αが９０度となるようにする。一方、矢印の回転角度βについても虚像重畳エリア５１の少なくとも一部が対象交差点に進入した時点から車両の走行に伴って段階的に９０度（対象交差点５２における車両の通過方向）まで変位させる。そして、虚像８と重畳して視認される地点が前記Ｓ９で特定された中心線に到達する時点で矢印の回転角度βが９０度となるようにする。その結果、車両の走行に伴って矢印の虚像８の向きを、車両の現在の進行方向から対象交差点における車両の通過方向へと違和感なく変位させることが可能である。その後、Ｓ１１へと移行する。
【００４８】
Ｓ１１においてＣＰＵ３１は、虚像重畳エリア５１の内、特に虚像８と重畳して視認される地点（具体的には虚像重畳エリア５１の上端から矢印の幅の１／２だけ下方の地点とする）が、前記Ｓ９で特定された中心線に到達したか否か、即ち生成される虚像８の矢印の向きの対象交差点５２における車両の通過方向への変更が完了したか否か判定する。尚、前記Ｓ１１の判定はフロントカメラ１７により撮像された撮像画像や前記Ｓ６で測定された“道路距離”を用いて行う。
【００４９】
そして、虚像重畳エリア５１の内、特に虚像８と重畳して視認される地点が、前記Ｓ９で特定された中心線に到達した、即ち生成される虚像８の矢印の向きの対象交差点５２における車両の通過方向への変更が完了し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、虚像重畳エリア５１の内、特に虚像８と重畳して視認される地点が、前記Ｓ９で特定された中心線に到達していない、即ち生成される虚像８の矢印の向きの対象交差点５２における車両の通過方向への変更が完了していないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）にはＳ１０へと戻り、映像の補正を継続して行う。
【００５０】
Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、虚像重畳エリア５１の内、特に虚像８と重畳して視認される地点が、前記Ｓ９で特定された中心線上に維持されるようにスクリーン５に対する映像の投射位置とスクリーン５の位置（即ち生成距離Ｌ）を制御する。
【００５１】
具体的には、図１８に示すように、スクリーン５に対して投射する映像５５の位置を、車両が対象交差点へ接近するのに伴って徐々に上方へと移動させる。その結果、映像５５に基づいて生成される虚像８の位置は徐々に下方（地面側）へ移動することとなる。その結果、車両が対象交差点へと接近した場合であっても乗員７からは、虚像８と重畳して視認される地点が中心線上に維持され、対象交差点を正確に特定することが可能となる。更に、ＣＰＵ３１は、スクリーン５に対して投射する映像５５の位置を移動させるのと同時に、車両から対象交差点５２までの距離に応じて虚像８の生成距離Ｌを変位させる。具体的には、乗員７から中心線までの距離を生成距離Ｌに設定する。
【００５２】
尚、生成距離Ｌの制御はスクリーン前後駆動モータ２４を駆動させてスクリーン５を移動させることにより行う。以下に、上記Ｓ１２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を現在の乗員７から中心線までの距離に設定する。尚、乗員７から中心線までの距離は、フロントカメラ１７により撮像した撮像画像に基づいて検出しても良いし、地図情報に基づいて検出しても良い。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。
【００５３】
そして、上記処理により虚像８の生成距離Ｌが乗員７から中心線までの距離となる位置へとスクリーン５を移動させた結果、車両から対象交差点までの距離に関わらず乗員７からは、対象交差点の通過方向を示す矢印の虚像８が常に対象交差点の位置に視認できるので、対象交差点を正確に特定することが可能となる。
【００５４】
次に、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、車両が旋回を開始するか、或いは虚像重畳エリア５１の下端が中心線より上方に移動したか否かを判定する。
【００５５】
そして、車両が旋回を開始した、或いは虚像重畳エリア５１の下端が中心線より上方に移動したと判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。その後、矢印の虚像８は一旦消去された後に、図１０に示すように車両から基準距離前方の位置に、対象交差点通過後に車両が走行する道路における車両の進行方向（カーブ形状の道路を除けば基本的には直進方向）を示す矢印の虚像８が再度生成されることとなる（Ｓ１、Ｓ２）。
【００５６】
一方、車両が旋回を開始しておらず、且つ虚像重畳エリア５１の下端が中心線より上方にも位置しないと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）にはＳ１２へと戻り、映像の補正を継続して行う。
【００５７】
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を生成する。また、虚像重畳エリア５１から対象交差点５２までの距離が所定距離以内にある場合に、該対象交差点における車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像８を生成するように構成する（Ｓ８、Ｓ１０）ので、乗員７が対象交差点５２から離れた位置にあっても情報量を増やすことなく対象交差点５２での通過方向を事前に把握させることが可能となる。従って、対象交差点５２において通過方向に沿って車両を適切に走行させることが可能となる。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
また、本実施形態では、Ｓ１２において虚像８と重畳して視認される地点が、前記Ｓ９で特定された中心線上に維持されるように、スクリーン５に対する映像の投射位置とスクリーン５の位置（即ち生成距離Ｌ）を制御するように構成しているが、対象交差点内の地点であれば中心線以外の地点に維持するように構成しても良い。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
また、本実施形態では、虚像生成処理プログラム（図９）をＨＵＤ１のＣＰＵ３１が実行する構成としているが、一部又は全部の処理をナビゲーション装置４８やその他の車載器が実行する構成としても良い。
【００６５】
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。
【００６６】
例えば、第１の構成は以下のとおりである。
車両に設置され、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前記車両の乗員であるユーザに視認させることによって、前記映像の虚像を前記車両の進行方向前方にある生成可能範囲内に生成する虚像生成手段と、前記ユーザによって前記生成可能範囲と重畳して視認される前方環境のエリアを虚像重畳エリアとして特定する重畳エリア特定手段と、前記車両の走行予定経路を取得する経路取得手段と、前記走行予定経路に含まれる対象交差点を取得する対象交差点取得手段と、を有し、前記虚像は、前記走行予定経路に沿って前記車両が走行する為の前記車両の進行方向を案内する矢印であって、前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアから前記対象交差点までの距離が所定距離以内にある場合に、該対象交差点における前記車両の通過方向側に傾斜した矢印の虚像を生成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、車両の進行方向を示す矢印の虚像を表示するとともに、車両の進行方向前方にある対象交差点での通過方向に応じて虚像として表示される矢印を傾斜させるので、ユーザが対象交差点から離れた位置にあっても情報量を増やすことなく対象交差点での通過方向を事前に把握させることが可能となる。従って、対象交差点において通過方向に沿って車両を適切に走行させることが可能となる。
【００６７】
また、第２の構成は以下のとおりである。
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアから前記対象交差点までの距離が短くなる程、該対象交差点における前記車両の通過方向側への傾斜角度が大きい矢印の虚像を生成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、情報量を増やすことなくユーザは矢印の虚像を視認することによって次の対象交差点までの距離についても把握することが可能である。
【００６８】
また、第３の構成は以下のとおりである。
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアの少なくとも一部が前記対象交差点内に進入する前は、前記車両が現在走行する道路における前記車両の進行方向である第１方向を向く矢印を生成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、車両から対象交差点までの距離が離れており、対象交差点に矢印の虚像を重畳して生成できない状況では、基本的に現在の車両の進行方向を示す矢印の虚像を生成するので、右左折する交差点をユーザに誤認させることが無い。
【００６９】
また、第４の構成は以下のとおりである。
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアの少なくとも一部が前記対象交差点内に進入した後は、前記第１方向から該対象交差点における前記車両の通過方向である第２方向へと段階的に向きを変える矢印を生成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、車両が対象交差点に接近し、対象交差点に矢印の虚像を重畳して生成できる状況では、対象交差点の進行方向を向く矢印の虚像を生成するので、対象交差点の位置と対象交差点の通過方向をユーザに正確に把握させることが可能となる。また、矢印の向きは段階的に変化するので、矢印の向きを車両の現在の進行方向から対象交差点における車両の通過方向へと違和感なく変位させることが可能である。
【００７０】
また、第５の構成は以下のとおりである。
前記虚像生成手段は、前記虚像重畳エリアの内、特に前記虚像と重畳して視認される地点が、前記車両が前記対象交差点を通過した後に走行する車線の中心を通過し且つ該車線と平行な直線である中心線に到達するまでに前記第２方向へと向きを変える矢印を生成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、対象交差点と矢印の虚像が最も適切な位置関係で重畳するタイミングで、対象交差点の進行方向を向く矢印となるように段階的に矢印の向きを変更するので、矢印の虚像のみで対象交差点の位置をユーザに正確に把握させることが可能となる。
【００７１】
また、第６の構成は以下のとおりである。
前記虚像重畳エリアの内、特に前記虚像と重畳して視認される地点が、前記中心線に到達した後は、前記虚像と重畳して視認される地点が前記中心線上に維持されるように前記スクリーンに対する前記映像の投射位置を制御する投射制御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、対象交差点と矢印の虚像が最も適切な位置関係で重畳した後は、その位置関係を維持するように映像の投射位置を制御するので、車両から対象交差点までの距離に関わらず対象交差点の位置をユーザに正確に把握させることが可能となる。
【００７２】
また、第７の構成は以下のとおりである。
前記スクリーンと前記スクリーンに投射された前記映像を反射する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が生成される位置までの距離である生成距離を変更する生成距離変更手段と、前記虚像重複エリアの内、特に前記虚像と重複して視認される地点が、前記中心線に到達した後は、前記生成距離が前記ユーザから前記中心線までの距離となるように前記生成距離を制御する生成距離制御手段と、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、対象交差点の位置に矢印の虚像が到達した後は、対象交差点の位置に継続して矢印の虚像が生成されるように生成距離を制御するので、車両から対象交差点までの距離に関わらず対象交差点の位置をユーザに正確に把握させることが可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
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    虚像重畳エリア
５２    対象交差点
５４    中心線
５５    映像
【図１】
2016078726.tif 000003
【図２】
2016078726.tif 000004
【図３】
2016078726.tif 000005
【図４】
2016078726.tif 000006
【図５】
2016078726.tif 000007
【図６】
2016078726.tif 000008
【図７】
2016078726.tif 000009
【図８】
2016078726.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016078726.tif 000012
【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】
2016078726.tif 000020