特許 6149543 ヘッドアップディスプレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6149543

(24)【登録日】2017年6月2日

(45)【発行日】2017年6月21日

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20170612BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20170612BHJP

   H04N 5/74 20060101ALI20170612BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/01

   B60K35/00 A

   H04N5/74 Z

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-136974(P2013-136974)

(22)【出願日】2013年6月28日

(65)【公開番号】特開2015-11211(P2015-11211A)

(43)【公開日】2015年1月19日

【審査請求日】2015年12月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000100768

【氏名又は名称】アイシン・エィ・ダブリュ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000992

【氏名又は名称】特許業務法人ネクスト

(72)【発明者】

【氏名】渡邊 賢二

(72)【発明者】

【氏名】三宅 広之

【審査官】 鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−１０６０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２６２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５０９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２９２４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０５２９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１３９０３２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６１−１３３４２５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／００３６３７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１−２７／０２

Ｂ６０Ｋ ３５／００

Ｈ０４Ｎ ５／７４

Ｇ０３Ｂ ２１／００−２１／１４

(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投射レンズを用いたプロジェクタと、
前記スクリーンに投射された前記映像からユーザに視認させる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、
前記投射レンズ及び前記スクリーンを、光路に沿って前後方向に移動させる移動手段と、を有し、
前記移動手段は、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位置を決定し、前記スクリーンに追従して決定された位置へと前記投射レンズを移動させ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互いに異なる方向に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、
前記移動手段は、前記虚像位置決定手段によって決定された前記距離に基づいて、前記スクリーンを前記光路に沿って移動させる位置を決定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】

前記移動手段は、決定された前記スクリーンの位置に基づいて、前記投射レンズを前記光路に沿って移動させる位置を決定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】

前記ユーザから対象物までの距離を取得する距離取得手段を有し、
前記虚像位置決定手段は、前記距離取得手段によって取得された距離に基づいて前記虚像を生成する位置を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項４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6】

前記移動手段による前記投射レンズ及び前記スクリーンの移動が完了したか否かを判定する移動完了判定手段を有し、
前記移動完了判定手段によって前記投射レンズ及び前記スクリーンの移動が完了したと判定された後に、前記プロジェクタは前記映像を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。

【請求項7】

前記投射レンズ及び前記スクリーンを光路に沿って移動させる駆動源はステッピングモータであって、
前記移動手段は、前記投射レンズ及び前記スクリーンを現在位置から目標位置まで移動させるパルス信号を前記ステッピングモータに送信することによって、前記投射レンズ及び前記スクリーンを移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項６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２００９−１５０９４７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。

【0007】

しかしながら、上記特許文献１の技術ではプロジェクタの光源としてレーザ光源を用いる。ここで、レーザ光源をプロジェクタの光源として用いる場合には、散乱光同士が干渉することによってスペックルノイズが発生することが知られている。従って、スペックルノイズの発生を抑える為に、プロジェクタの投射レンズとスクリーンとの位置関係を予め最適化して設計する必要がある。しかしながら、上記特許文献１の技術ではスクリーンを移動させる（即ち、投射レンズからスクリーンまでの距離が可変する）構成を有するので、スペックルノイズの軽減手段として例えばマイクロレンズアレイを用いたとしても、スクリーンを移動させる度にスペックルノイズが発生することとなっていた。

【0008】

そこで、レーザ光源の代わりにスペックルノイズの発生の虞の無いＬＥＤ光源をプロジェクタに用いることが考えられるが、ＬＥＤ光源のプロジェクタは以下のような問題がある。即ち、レーザ光源のプロジェクタは、レーザによりドット単位の像を作成し、それらの像をＭＥＭＳミラー等を介してスクリーン上で組み合わせることによって最終的な全体像をスクリーンに描画するのに対し、ＬＥＤ光源のプロジェクタは、全体像をプロジェクタで作成し、作成した全体像を投射レンズで拡大して投射することによってスクリーンに映像を表示させる。従って、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。

【0009】

しかし、例えば図１６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。

【0010】

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ことを可能に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】

【0011】

前記目的を達成するため本願の請求項１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、映像を前記スクリーンに投射する投射レンズ（１６、１７）を用いたプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像からユーザに視認させる前記映像の虚像を生成する虚像生成手段（１１、１２）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（３１）と、前記投射レンズ及び前記スクリーンを、光路（５２）に沿って前後方向に移動させる移動手段（３１）と、を有し、前記移動手段は、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位置を決定し、前記スクリーンに追従して決定された位置へと前記投射レンズを移動させることを特徴とする。

【0012】

また、請求項２に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、前記移動手段（３１）は、前記投射レンズ（１６、１７）及び前記スクリーン（２０、２１）を前記光路（５２）に沿って互いに異なる方向に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。

【0013】

また、請求項３に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、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であって、前記虚像位置決定手段（３１）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（７）から前記虚像までの距離を決定し、前記移動手段は、前記虚像位置決定手段によって決定された前記距離に基づいて、前記スクリーンを前記光路に沿って移動させる位置を決定することを特徴とする。

【0014】

また、請求項４に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、前記移動手段は、決定された前記スクリーン（２０、２１）の位置に基づいて、前記投射レンズを前記光路に沿って移動させる位置を決定することを特徴とする。

【0015】

また、請求項５に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、前記ユーザから対象物（５１）までの距離を取得する距離取得手段（３１）を有し、前記虚像位置決定手段（３１）は、前記距離取得手段によって取得された距離に基づいて前記虚像を生成する位置を決定することを特徴とする。

【0016】

また、請求項６に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、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であって、前記移動手段（３１）による前記投射レンズ（１６、１７）及び前記スクリーン（２０、２１）の移動が完了したか否かを判定する移動完了判定手段（３１）を有し、前記移動完了判定手段によって前記投射レンズ及び前記スクリーンの移動が完了したと判定された後に、前記プロジェクタ（４）は前記映像を投射することを特徴とする。

【0017】

更に、請求項７に係るヘッドアップディスプレイ装置（１）は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、前記投射レンズ（１６、１７）及び前記スクリーン（２０、２１）を光路に沿って移動させる駆動源はステッピングモータ（１８、２４）であって、前記移動手段（３１）は、前記投射レンズ及び前記スクリーンを現在位置から目標位置まで移動させるパルス信号を前記ステッピングモータに送信することによって、前記投射レンズ及び前記スクリーンを移動させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

前記構成を有する請求項１に記載の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、ユーザに視認させる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。

【0019】

また、請求項２に記載の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互いに異なる方向に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、投射レンズ及びスクリーンの移動を最小限とし、且つスクリーンが光路に沿ってどちらの方向に移動したとしても、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可能となる。

【0020】

また、請求項３に記載の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としてユーザから虚像までの距離を決定し、決定された距離に基づいてスクリーンの位置を決定するので、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。

【0021】

また、請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置によれば、決定されたスクリーンの位置に基づいて投射レンズの位置を決定するので、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。

【0022】

また、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置によれば、例えばユーザの周辺にある障害物等の対象物に関する映像を虚像として生成する場合に、対象物が存在する位置に虚像を生成することが可能となる。その結果、ユーザは虚像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、負担をより少なくすることが可能となる。

【0023】

また、請求項６に記載の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の移動が完了した後に、プロジェクタによる映像の投射を開始するので、生成された虚像の位置が揺らぐことなく、設定された位置に適切に虚像を生成することが可能となる。

【0024】

更に、請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置によれば、ステッピングモータを駆動源として投射レンズ及びスクリーンを移動させるので、複雑な処理を必要とせずに投射レンズ及びスクリーンを正確に位置決めすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【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】位置設定テーブル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】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説明した図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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）。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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、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。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。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。

【0051】

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、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。

【0052】

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（Ｓ１：ＹＥＳ）には、Ｓ２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（Ｓ１：ＮＯ）には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。

【0053】

Ｓ２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。

【0054】

Ｓ３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２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Ｓ３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Ｓ３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Ｓ３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。

【0055】

そして、前記Ｓ２で取得された距離Ｒが２０ｍ以下で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、前記Ｓ２で取得された距離Ｒが２０ｍより長いと判定された場合（Ｓ３：ＮＯ）には、Ｓ５へと移行する。

【0056】

Ｓ４においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２を前記Ｓ２で取得された距離Ｒに設定する。一方、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、第２虚像８Ｂの生成距離Ｌ２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Ｓ４又はＳ５で設定された生成距離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。

【0057】

続いて、Ｓ６において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、前記Ｓ４又はＳ５で設定された生成距離Ｌ２に基づいて第２スクリーン２１の位置を決定する。更に、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ６で決定された第２スクリーン２１の位置に基づいて第２投射レンズ１７の位置を決定する。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。また、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の位置について規定されている。

【0058】

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までの距離が前記Ｓ４又はＳ５で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。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、前記Ｓ４又は前記Ｓ５で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。

【0059】

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。

【0060】

続いて、Ｓ８においてＣＰＵ３１は、第２スクリーン２１の現在位置から前記Ｓ６で決定された位置まで、第２スクリーン２１を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の現在位置から前記Ｓ７で決定された位置まで、第２投射レンズ１７を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。

【0061】

その後、Ｓ９においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ８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Ｓ８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。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Ｓ６で決定された位置に移動し、第２投射レンズ１７は前記Ｓ７で決定された位置に移動する。

【0062】

次に、Ｓ１０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Ｓ９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。

【0063】

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（Ｓ１０：ＹＥＳ）には、Ｓ１１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（Ｓ１０：ＮＯ）には、移動が完了するまで待機する。

【0064】

Ｓ１１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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

一方、図１５に示すように第２虚像８Ｂが生成される位置は、車両から前記Ｓ４又は前記Ｓ５で設定された生成距離Ｌ２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。

【0069】

その後、Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１１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。

【0070】

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（Ｓ１２：ＹＥＳ）には、プロジェクタ４による映像の投射を終了する（Ｓ１３）。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。

【0071】

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（Ｓ１２：ＮＯ）には、Ｓ１４へと移行する。

【0072】

Ｓ１４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。

【0073】

次に、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ４又は前記Ｓ５で設定された生成距離Ｌ２と前記Ｓ１４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。

【0074】

そして、前記Ｓ４又は前記Ｓ５で設定された生成距離Ｌ２と前記Ｓ１４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（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、Ｓ３へと移行する。その後、新たに取得された距離Ｒに基づいて生成距離Ｌ２を新たに設定し（Ｓ４、Ｓ５）、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。

【0075】

一方、前記Ｓ４又は前記Ｓ５で設定された生成距離Ｌ２と前記Ｓ１４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（Ｓ１５：ＮＯ）には、Ｓ１２へと移行し、現在の映像の投射を継続して行う。

【0076】

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前後方向に移動可能とし、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投射レンズ１７及び第２スクリーン２１を光路に沿って互いに異なる方向に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、第２投射レンズ１７及び第２スクリーン２１の移動を最小限とし、且つ第２スクリーン２１が光路に沿ってどちらの方向に移動したとしても、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可能となる。
また、第２虚像８Ｂを生成する位置として乗員７から第２虚像８Ｂまでの生成距離Ｌ２を決定し、決定された生成距離Ｌ２に基づいて第２スクリーン２１の位置を決定するので、乗員７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、乗員７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。
また、決定された第２スクリーン２１の位置に基づいて第２投射レンズ１７の位置を決定するので、乗員７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、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も可能となる。
また、割り込み車両等の車両の周辺にある障害物を警告の虚像を生成する場合に、車両から障害物までの距離を取得し、取得された距離に基づいて虚像を生成するので、障害物が存在する位置に虚像を生成することが可能となる。その結果、車両の乗員は虚像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。
また、第２投射レンズ１７及び第２スクリーン２１の移動が完了した後に、プロジェクタ４による映像の投射を開始するので、生成された虚像の位置が揺らぐことなく、設定された位置に適切に虚像を生成することが可能となる。
更に、ステッピングモータを駆動源として第２投射レンズ１７及び第２スクリーン２１を移動させるので、複雑な処理を必要とせずに第２投射レンズ１７及び第２スクリーン２１を正確に位置決めすることが可能となる。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【符号の説明】

【0082】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】