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(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】6588167
(24)【登録日】2019年9月20日
(45)【発行日】2019年10月9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 20060101AFI20191001BHJP
B60K 35/00 20060101ALI20191001BHJP
B60R 11/02 20060101ALI20191001BHJP
G01C 21/36 20060101ALI20191001BHJP
G08G 1/0969 20060101ALI20191001BHJP
【ＦＩ】
G02B27/01
B60K35/00 A
B60R11/02 C
G01C21/36
G08G1/0969
【請求項の数】5
【全頁数】34
(21)【出願番号】特願2018-537000(P2018-537000)
(86)(22)【出願日】2017年7月12日
(86)【国際出願番号】JP2017025374
(87)【国際公開番号】WO2018042898
(87)【国際公開日】20180308
【審査請求日】2018年10月11日
(31)【優先権主張番号】特願2016-166723(P2016-166723)
(32)【優先日】2016年8月29日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】317015179
【氏名又は名称】マクセル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】特許業務法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】下田 望
(72)【発明者】
【氏名】藤田 裕司
(72)【発明者】
【氏名】荒川 健
(72)【発明者】
【氏名】三沢 昭央
【審査官】
右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】
特開２０１５−０８０９８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１０−１５６６０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１６−１３７７３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２０１５−２０２８４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１４／０２１１３１９（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｂ ２７／０１
Ｂ６０Ｋ ３５／００
Ｂ６０Ｒ １１／０２
Ｇ０１Ｃ ２１／２６ − ２１／３６
Ｇ０８Ｇ １／００ − ９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両用のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記車両にそれぞれ設置された第１の姿勢センサにより検知された前記車両のピッチ方向の傾き、および第２の姿勢センサにより検知されたロール方向の傾きを含む車両情報を取得する車両情報取得部と、
前記車両情報取得部が取得した前記車両情報に基づいて、映像の表示を制御する制御部と、
前記制御部からの指示に基づいて前記映像を形成する映像表示装置と、
前記映像表示装置が形成した前記映像を反射してウィンドシールドまたはコンバイナに投射するミラーと、
前記制御部からの指示に基づいて前記ミラーの角度および／または位置を変化させるミラー駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、運転者に対して風景に虚像を重畳させて表示することが可能となるよう、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整し、および／または前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度および／または位置を調整し、
前記虚像の表示状態を調整する際に、調整量が所定の値より小さい場合、前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整し、
調整量が所定の値以上の場合、前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度および／または位置を調整し、さらに、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
前記車両にそれぞれ設置された第１の姿勢センサにより検知された前記車両のピッチ方向の傾き、および第２の姿勢センサにより検知されたロール方向の傾きを含む車両情報を取得する車両情報取得部と、
前記車両情報取得部が取得した前記車両情報に基づいて、映像の表示を制御する制御部と、
前記制御部からの指示に基づいて前記映像を形成する映像表示装置と、
前記映像表示装置が形成した前記映像を反射してウィンドシールドまたはコンバイナに投射するミラーと、
前記制御部からの指示に基づいて前記ミラーの角度および／または位置を変化させるミラー駆動部と、を有し、
前記制御部は、前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、運転者に対して風景に虚像を重畳させて表示することが可能となるよう、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整し、および／または前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度および／または位置を調整し、
前記虚像の表示状態を調整する際に、調整量が所定の値より小さい場合、前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整し、
調整量が所定の値以上の場合、前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度および／または位置を調整し、さらに、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整する、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項2】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記制御部は、前記虚像の表示状態を調整する際に、大きな揺れにより前記虚像が前記表示領域の外に出る場合には、前記虚像の少なくとも半分以上が前記表示領域に表示される状態に調整を留める、ヘッドアップディスプレイ装置。
前記制御部は、前記虚像の表示状態を調整する際に、大きな揺れにより前記虚像が前記表示領域の外に出る場合には、前記虚像の少なくとも半分以上が前記表示領域に表示される状態に調整を留める、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項3】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記制御部は、
前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きの各値に対する前記虚像の上下方向の移動量の設定、および前記ロール方向の傾きの各値に対する前記虚像の左右方向の回転量の設定をそれぞれ保持するテーブルを不揮発性メモリ上に保持し、
前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、前記テーブルから対応する前記虚像の上下方向の移動量および／または左右方向の回転量の値を取得する、ヘッドアップディスプレイ装置。
前記制御部は、
前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きの各値に対する前記虚像の上下方向の移動量の設定、および前記ロール方向の傾きの各値に対する前記虚像の左右方向の回転量の設定をそれぞれ保持するテーブルを不揮発性メモリ上に保持し、
前記車両情報における前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きに基づいて、前記テーブルから対応する前記虚像の上下方向の移動量および／または左右方向の回転量の値を取得する、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項4】
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記テーブルでは、前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きの絶対値がそれぞれ所定の値より小さい範囲では、前記虚像の上下方向の移動量および／または前記虚像の左右方向の回転量の値がゼロに設定されている、ヘッドアップディスプレイ装置。
前記テーブルでは、前記ピッチ方向の傾きおよび／または前記ロール方向の傾きの絶対値がそれぞれ所定の値より小さい範囲では、前記虚像の上下方向の移動量および／または前記虚像の左右方向の回転量の値がゼロに設定されている、ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項5】
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記制御部は、前記車両情報の過去の実績に基づいて、前記テーブルの設定に係る情報を算出し、前記テーブルの内容を更新する、ヘッドアップディスプレイ装置。
前記制御部は、前記車両情報の過去の実績に基づいて、前記テーブルの設定に係る情報を算出し、前記テーブルの内容を更新する、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、ヘッドアップディスプレイ装置の技術に関し、特に、ＡＲ（Augmented Reality：拡張現実）を利用したヘッドアップディスプレイ装置に適用して有効な技術に関するものである。【背景技術】
【0002】
例えば、自動車等の車両において、通常は、車速やエンジン回転数などの情報は、ダッシュボード内の計器盤（インパネ）に表示される。また、カーナビゲーションなどの画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転者がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス（ウィンドシールド）またはコンバイナに投射して表示するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）が知られている。【0003】
ＨＵＤも含む車載の表示装置では、車両が走行状況に応じて振動したり傾いたりする場合があるため、表示映像の視認性に問題が生じる場合や、適切な内容を表示できない場合などが生じ得る。【0004】
ＨＵＤにおける表示映像の視認性の改善等に関連する技術として、例えば、特開２０１３−２３７３２０号公報（特許文献１）には、車体に生じる回転成分を当該車体の傾きとして取得して、これに基づいて映像を３次元的に回転補正し、回転補正した映像を表示するための位置と傾きを決定して投影表示することが記載されている。【0005】
また、特開２００７−５５３６５号公報（特許文献２）には、ＨＵＤに距離スケールを表示する際に、ナビゲーション装置の地図データから、自車両が現在走行している走行地点情報と、自車両が走行するであろう走行予定地点情報とを取得し、これに基づいて自車両が走行する道路の傾斜角度を取得して、傾斜角度に応じた補正係数を用いて距離スケールの地面からの表示高さを補正して表示することが記載されている。【0006】
また、特開２００６−７８６７号公報（特許文献３）には、検出した右左折、加減速などの走行状況に応じて、生成した映像の表示位置を、例えば、左折を検出した場合には左の方向にシフトし、右折を検出した場合には右の方向にシフトする、などのように制御することが記載されている。【0007】
また、特開２０１５−２０２８４２号公報（特許文献４）には、車両状態に従って運転者の視界が確保される方向に、映像情報の表示位置を移動させることが記載されている。【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開２０１３−２３７３２０号公報
【特許文献2】特開２００７−５５３６５号公報
【特許文献3】特開２００６−７８６７号公報
【特許文献4】特開２０１５−２０２８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ＨＵＤは、映像をウィンドシールドまたはコンバイナに投射することで、当該映像を車外における虚像として運転者に認識させるものである。これに対し、ウィンドシールドまたはコンバイナ越しに見える車外の実際の風景（実景）に虚像を重畳させるように表示することで、対象物等に係る情報を運転者に示すことを可能とするいわゆるＡＲ機能を実現するＨＵＤ（以下では「ＡＲ−ＨＵＤ」と記載する場合がある）が知られている。このようなＡＲ−ＨＵＤにおいても、車両の走行状況等に応じて表示映像の視認性や適切性等を維持するための調整を行う必要がある。【0010】
この点、例えば、上記の特許文献１〜３に記載されたような技術を用いることで、車両が走行状況に応じて振動したり傾いたりする場合でも、表示映像（虚像）の視認性や適切性に与える影響を低減・解消させることが可能である。一方で、これらの技術では、ＨＵＤにおける虚像の表示領域内に表示される映像を対象として、その表示位置や表示内容等を走行状況に応じて調整するものである。しかしながら、ＨＵＤの場合は、運転者の視線の移動量を低減させるという効果を車両の走行状況に関わらず得られるようにすることも考慮して、表示領域内の映像の調整だけでなく表示領域自体についても位置を移動させるなどの調整を行うのが望ましい。【0011】
この点、特許文献４に記載された技術では、車両状態に応じてＨＵＤにおける表示領域自体を移動させることが可能である。しかしながら、特許文献４に記載された技術は、車両状態に変化が生じた場合でも運転者の視界を確保することを目的としたものであり、ＨＵＤにおける表示領域を運転者の障害とならないような位置に移動させるものである。このような技術をＡＲ−ＨＵＤに適用すると、運転者の視界に含まれる実景に虚像を重畳させることができなくなる場合が生じ、ＡＲ機能が実効性を有さないことになる。【0012】
そこで本発明の目的は、車両の走行状況に応じて虚像を実景に適切に重畳させるよう表示することを可能とするヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。【0013】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。【課題を解決するための手段】
【0014】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。【0015】
本発明の代表的な実施の形態によるヘッドアップディスプレイ装置は、車両用のヘッドアップディスプレイ装置であって、前記車両にそれぞれ設置された第１の姿勢センサにより検知された前記車両の前後方向（ピッチ方向）の傾き、および第２の姿勢センサにより検知された左右方向（ロール方向）の傾きを含む車両情報を取得する車両情報取得部と、前記車両情報取得部が取得した前記車両情報に基づいて、映像の表示を制御する制御部と、前記制御部からの指示に基づいて前記映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置が形成した前記映像を反射してウィンドシールドまたはコンバイナに投射するミラーと、前記制御部からの指示に基づいて前記ミラーの角度および／または位置を変化させるミラー駆動部と、を有する。【0016】
そして、前記制御部は、前記車両情報における前記前後方向（ピッチ方向）の傾きおよび／または前記左右方向（ロール方向）の傾きに基づいて、運転者に対して風景に虚像を重畳させて表示することが可能となるよう、前記映像の表示領域における前記虚像の表示状態を調整し、および／または前記ミラー駆動部を介して前記ミラーの角度および／または位置を調整する。【発明の効果】
【0017】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。【0018】
すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、ＡＲ−ＨＵＤにおいて車両の走行状況に応じて虚像を実景に適切に重畳させるよう表示することが可能となる。【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の実施の形態１であるヘッドアップディスプレイ装置の全体の構成例について概要を示した機能ブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置の動作概念の例について概要を示した図である。
【図3】本発明の実施の形態１における車両情報の取得に係るハードウェア構成の例について概要を示した図である。
【図4】本発明の実施の形態１におけるヘッドアップディスプレイ装置の構成例について詳細を示した機能ブロック図である。
【図5】本発明の実施の形態１における表示距離調整に係る構成の例について詳細を示した図である。
【図6】本発明の実施の形態１における初期動作の例について概要を示したフローチャートである。
【図7】本発明の実施の形態１における通常動作の例について概要を示したフローチャートである。
【図8】本発明の実施の形態１における明るさレベル調整処理の例について概要を示したフローチャートである。
【図9】本発明の実施の形態１における虚像の表示領域の位置を上下に調整する例について概要を示した図である。
【図10】本発明の実施の形態１におけるミラー調整処理の例について概要を示したフローチャートである。
【図11】本発明の実施の形態１における振動補正処理の例について概要を示したフローチャートである。
【図12】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における機能性液晶フィルムを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図13】本発明の実施の形態１における機能性液晶フィルムによる拡散板の構成例について概要を示した図である。
【図14】本発明の実施の形態１における複数枚のミラーを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図15】本発明の実施の形態１における可動式レンズを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図16】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における調光ミラーを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図17】本発明の実施の形態１における調光ミラーの構成例について概要を示した図である。
【図18】本発明の実施の形態１における可動式拡散板を用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図19】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態１における可動式光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図20】本発明の実施の形態１におけるくし状光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。
【図21】車両の揺れの例と、通常のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示状態の例について概要を示した図である。
【図22】車両の揺れの例と、通常のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示状態の例について概要を示した図である。
【図23】車両の揺れの例と、通常のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示状態の例について概要を示した図である。
【図24】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２における虚像の表示位置を上下に調整する例について概要を示した図である。
【図25】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２における虚像の表示位置を上下に調整する例について概要を示した図である。
【図26】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２におけるミラーおよびミラー駆動部の構成例について概要を示した図である。
【図27】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２における虚像の表示領域の左右の傾きを調整する例について概要を示した図である。
【図28】本発明の実施の形態２における虚像および表示領域の表示位置を上下に調整する例について概要を示した図である。
【図29】本発明の実施の形態２における虚像調整量テーブルの例について概要を示した図である。
【図30】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２における虚像の表示状態の調整の程度や感度を設定可能とする例について概要を示した図である。
【図31】本発明の実施の形態２における通常動作の例について概要を示したフローチャートである。
【図32】本発明の実施の形態２における表示状態調整処理の例について概要を示したフローチャートである。
【図33】本発明の実施の形態２におけるミラー状態調整処理の例について概要を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。【0021】
なお、以下の説明において、車両の運動方向ついては、車両が前進で直進する方向の軸をローリング軸とし、ローリング軸を中心に車両が回転する方向をロール方向と記載する場合がある。また、ローリング軸と同一の水平面に属し、ローリング軸と直交する軸をピッチング軸とし、ピッチング軸を中心に車両が回転する方向をピッチ方向と記載する場合がある。また、ローリング軸と同一の鉛直面に属し、ローリング軸と直交する軸をヨーイング軸とし、ヨーイング軸を中心に車両が回転する方向をヨー方向と記載する場合がある。【0022】
（実施の形態１）＜装置構成＞
図２は、本発明の実施の形態１であるヘッドアップディスプレイ装置の動作概念の例について概要を示した図である。本実施の形態のＡＲ−ＨＵＤ１では、プロジェクタやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などからなる映像表示装置３０に表示された映像を、ミラー５１やミラー５２（例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等）により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射する。
【0023】
運転者５は、ウィンドシールド３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド３を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。本実施の形態では、後述するように、ミラー５２の角度を調整することで、映像をウィンドシールド３に投射する位置を調整することにより、運転者５が見る虚像の表示位置を上下方向に調整することが可能である。すなわち、ミラー５２は、水平方向の回転軸を中心に回転させて角度を調整することができる。【0024】
また、本実施の形態では、後述する各種の手法を用いることで、虚像を近方（例えば２〜３ｍ先）に表示したり、遠方（例えば３０〜４０ｍ先）に表示したり等、表示距離を調整することも可能である。そして、虚像を車外の実景（道路や建物、人等）に重畳させるようにその表示位置や表示距離を調整することで、ＡＲ機能を実現する。【0025】
図１は、本発明の実施の形態１であるヘッドアップディスプレイ装置の全体の構成例について概要を示した機能ブロック図である。車両２に搭載されたＡＲ−ＨＵＤ１は、例えば、車両情報取得部１０、制御部２０、映像表示装置３０、表示距離調整機構４０、ミラー駆動部５０、ミラー５２、およびスピーカ６０からなる。なお、図１の例では、車両２の形状を乗用車のように表示しているが、特にこれに限られず、車両一般に適宜適用することができる。【0026】
車両情報取得部１０は、車両２の各部に設置された後述するような各種のセンサ等の情報取得デバイスからなり、車両２で生じた各種イベントを検知したり、所定の間隔で走行状況に係る各種パラメータの値を検知・取得したりすることで車両情報４を取得して出力する。車両情報４には、図示するように、例えば、車両２の速度情報やギア情報、ハンドル操舵角情報、ランプ点灯情報、外光情報、距離情報、赤外線情報、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報、カメラ映像情報（車内／車外）、加速度姿勢情報、ＧＰＳ（Global Positioning System）情報、ナビゲーション情報、車車間通信情報、および路車間通信情報などが含まれ得る。【0027】
制御部２０は、ＡＲ−ＨＵＤ１の動作を制御する機能を有し、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とこれにより実行されるソフトウェアにより実装される。マイコンやＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などのハードウェアにより実装されていてもよい。制御部２０は、図２にも示したように、車両情報取得部１０から取得した車両情報４等に基づいて、虚像として表示する映像を映像表示装置３０を駆動して形成し、これをミラー５２等によって適宜反射させることでウィンドシールド３に投射する。そして、後述するような手法により、虚像の表示領域の表示位置を調整したり、虚像の表示距離を調整したり等の制御を行う。【0028】
映像表示装置３０は、上述したように、例えば、プロジェクタやＬＣＤにより構成されるデバイスであり、制御部２０からの指示に基づいて虚像を表示するための映像を形成してこれを投射したり表示したりする。表示距離調整機構４０は、制御部２０からの指示に基づいて、表示される虚像の運転者５からの距離を調整するための機構であり、例えば、後述するような各種の表示距離調整手法のいずれか１つ以上を実装したものである。【0029】
ミラー駆動部５０は、制御部２０からの指示に基づいてミラー５２の角度を調整し、虚像の表示領域の位置を上下方向に調整する。虚像の表示領域の位置の調整については後述する。スピーカ６０は、ＡＲ−ＨＵＤ１に係る音声出力を行う。例えば、ナビゲーションシステムの音声案内や、ＡＲ機能によって運転者５に警告等を通知する際の音声出力等を行うことができる。【0030】
図３は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における車両情報４の取得に係るハードウェア構成の例について概要を示した図である。ここでは主に車両情報取得部１０および制御部２０の一部のハードウェア構成について示す。車両情報４の取得は、例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２１の制御の下、ＥＣＵ２１に接続された各種のセンサ等の情報取得デバイスにより行われる。【0031】
これらの情報取得デバイスとして、例えば、車速センサ１０１、シフトポジションセンサ１０２、ハンドル操舵角センサ１０３、ヘッドライトセンサ１０４、照度センサ１０５、色度センサ１０６、測距センサ１０７、赤外線センサ１０８、エンジン始動センサ１０９、加速度センサ１１０、姿勢センサ１１１、温度センサ１１２、路車間通信用無線受信機１１３、車車間通信用無線受信機１１４、カメラ（車内）１１５、カメラ（車外）１１６、ＧＰＳ受信機１１７、およびＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム、登録商標（以下同様））受信機１１８などの各デバイスを有する。必ずしもこれら全てのデバイスを備えている必要はなく、また、他の種類のデバイスを備えていてもよい。備えているデバイスによって取得できる車両情報４を適宜用いることができる。【0032】
車速センサ１０１は、車両２の速度情報を取得する。シフトポジションセンサ１０２は、車両２の現在のギア情報を取得する。ハンドル操舵角センサ１０３は、ハンドル操舵角情報を取得する。ヘッドライトセンサ１０４は、ヘッドライトのＯＮ／ＯＦＦに係るランプ点灯情報を取得する。照度センサ１０５および色度センサ１０６は、外光情報を取得する。測距センサ１０７は、車両２と外部の物体との間の距離情報を取得する。赤外線センサ１０８は、車両２の近距離における物体の有無や距離等に係る赤外線情報を取得する。エンジン始動センサ１０９は、エンジンＯＮ／ＯＦＦ情報を検知する。【0033】
加速度センサ１１０および姿勢センサ１１１は、車両２の姿勢や挙動の情報として、加速度や角速度からなる加速度姿勢情報を取得する。温度センサ１１２は車内外の温度情報を取得する。路車間通信用無線受信機１１３および車車間通信用無線受信機１１４は、それぞれ、車両２と道路や標識、信号等との間の路車間通信により受信した路車間通信情報、および車両２と周辺の他の車両との間の車車間通信により受信した車車間通信情報を取得する。【0034】
カメラ（車内）１１５およびカメラ（車外）１１６は、それぞれ、車内および車外の状況の動画像を撮影してカメラ映像情報（車内／車外）を取得する。カメラ（車内）１１５では、例えば、運転者５の姿勢や、眼の位置、動き等を撮影する。得られた動画像を解析することにより、例えば、運転者５の疲労状況や視線の位置などを把握することが可能である。また、カメラ（車外）１１６では、車両２の前方や後方等の周囲の状況を撮影する。得られた動画像を解析することにより、例えば、周辺の他の車両や人等の移動物の有無、建物や地形、路面状況（雨や積雪、凍結、凹凸等）などを把握することが可能である。【0035】
ＧＰＳ受信機１１７およびＶＩＣＳ受信機１１８は、それぞれ、ＧＰＳ信号を受信して得られるＧＰＳ情報およびＶＩＣＳ信号を受信して得られるＶＩＣＳ情報を取得する。これらの情報を取得して利用するカーナビゲーションシステムの一部として実装されていてもよい。【0036】
図４は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の構成例について詳細を示した機能ブロック図である。図４の例では、映像表示装置３０がプロジェクタである場合を示しており、映像表示装置３０は、例えば、光源３１、照明光学系３２、および表示素子３３などの各部を有する。光源３１は、投射用の照明光を発生する部材であり、例えば、高圧水銀ランプやキセノンランプ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）光源、レーザー光源等を用いることができる。照明光学系３２は、光源３１で発生した照明光を集光し、より均一化して表示素子３３に照射する光学系である。表示素子３３は、投射する映像を生成する素子であり、例えば、透過型液晶パネル、反射型液晶パネル、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）（登録商標）パネル等を用いることができる。【0037】
制御部２０は、より詳細には、ＥＣＵ２１、音声出力部２２、不揮発性メモリ２３、メモリ２４、光源調整部２５、歪み補正部２６、表示素子駆動部２７、表示距離調整部２８、およびミラー調整部２９などの各部を有する。ＥＣＵ２１は、図３に示したように、車両情報取得部１０を介して車両情報４を取得するとともに、取得した情報を必要に応じて不揮発性メモリ２３やメモリ２４に記録、格納したり読み出したりする。不揮発性メモリ２３には、各種制御のための設定値やパラメータなどの設定情報が格納されていてもよい。また、ＥＣＵ２１は、専用のプログラムを実行させる等により、ＡＲ−ＨＵＤ１として表示する虚像に係る映像データを生成する。【0038】
音声出力部２２は、必要に応じてスピーカ６０を介して音声情報を出力する。光源調整部２５は、映像表示装置３０の光源３１の発光量を調整する。光源３１が複数ある場合にはそれぞれ個別に制御するようにしてもよい。歪み補正部２６は、ＥＣＵ２１が生成した映像について、映像表示装置３０によって車両２のウィンドシールド３に投射した場合に、ウィンドシールド３の曲率によって生じる映像の歪みを画像処理により補正する。表示素子駆動部２７は、歪み補正部２６による補正後の映像データに応じた駆動信号を表示素子３３に対して送り、投射する映像を生成させる。【0039】
表示距離調整部２８は、虚像の表示距離を調整する必要がある場合に、表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を調整する。虚像の表示距離を調整する各種手法については後述する。ミラー調整部２９は、虚像の表示領域自体の位置を調整する必要がある場合に、ミラー駆動部５０を介してミラー５２の角度を変更し、虚像の表示領域を上下に移動させる。虚像の表示領域の位置調整についても後述する。【0040】
図５は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における表示距離調整に係る構成の例について詳細を示した図である。制御部２０の表示距離調整部２８は、さらに、ＥＣＵ２１により個別に制御される各部として、例えば、機能性液晶フィルムＯＮ／ＯＦＦ制御部２８１、レンズ可動部２８２、調光ミラーＯＮ／ＯＦＦ制御部２８３、拡散板可動部２８４、および光学フィルタ可動部２８５などを有する。また、これら各部により制御・駆動されるハードウェアやデバイス等として、表示距離調整機構４０は、さらに、機能性液晶フィルム４０１、レンズ可動機構４０２、調光ミラー４０３、拡散板可動機構４０４、および光学フィルタ可動機構４０５などを有する。これら各部による虚像の表示距離の調整手法については後述する。【0041】
なお、ＡＲ−ＨＵＤ１としてはこれら各部やデバイス等を全て備えている必要はなく、後述する虚像の表示距離の調整手法の中から適用するものを実装するために必要な各部を適宜備えていればよい。【0042】
＜処理内容＞図６は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の初期動作の例について概要を示したフローチャートである。停止中の車両２においてイグニッションスイッチがＯＮされることでＡＲ−ＨＵＤ１の電源がＯＮされると（Ｓ０１）、ＡＲ−ＨＵＤ１は、制御部２０からの指示に基づいて、まず、車両情報取得部１０により車両情報を取得する（Ｓ０２）。そして、制御部２０は、車両情報４のうち、照度センサ１０５や色度センサ１０６等により取得した外光情報に基づいて好適な明るさレベルを算出し（Ｓ０３）、光源調整部２５により光源３１の発光量を制御して、算出した明るさレベルとなるように設定する（Ｓ０４）。例えば、外光が明るい場合には明るさレベルを高くし、暗い場合には明るさレベルを低く設定する。
【0043】
その後、ＥＣＵ２１により、虚像として表示する映像（例えば、初期画像）を決定、生成し（Ｓ０５）、生成した映像に対して歪み補正部２６により歪みを補正する処理を実施した後（Ｓ０６）、表示素子駆動部２７により表示素子３３を駆動・制御して、投射する映像を形成させる（Ｓ０７）。これにより、映像がウィンドシールド３に投射され、運転者５は虚像を視認することができるようになる。その後、ＥＣＵ２１もしくは表示距離調整部２８により虚像の表示距離を算出・決定し（Ｓ０８）、表示距離調整部２８により表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を制御する（Ｓ０９）。【0044】
ＡＲ−ＨＵＤ１全体で、上述した一連の初期動作も含む各部の起動・始動が完了すると、ＨＵＤ−ＯＮ信号が出力されるが、制御部２０ではこの信号を受けたか否かを判定する（Ｓ１１）。受けていなければ、さらにＨＵＤ−ＯＮ信号を一定時間待ち受け（Ｓ１２）、ステップＳ１１でＨＵＤ−ＯＮ信号を受けたと判定されるまで、ＨＵＤ−ＯＮ信号の待ち受け処理（Ｓ１２）を繰り返す。ステップＳ１１でＨＵＤ−ＯＮ信号を受けたと判定された場合は、後述するＡＲ−ＨＵＤ１の通常動作を開始し（Ｓ１３）、一連の初期動作を終了する。【0045】
図７は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の通常動作の例について概要を示したフローチャートである。通常動作においても、基本的な処理の流れは上述の図６に示した初期動作と概ね同様である。まず、ＡＲ−ＨＵＤ１は、制御部２０からの指示に基づいて、車両情報取得部１０により車両情報を取得する（Ｓ２１）。そして、制御部２０は、車両情報４のうち、照度センサ１０５や色度センサ１０６等により取得した外光情報に基づいて明るさレベル調整処理を行う（Ｓ２２）。【0046】
図８は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の明るさレベル調整処理の例について概要を示したフローチャートである。明るさレベル調整処理を開始すると、まず、取得した外光情報に基づいて好適な明るさレベルを算出する（Ｓ２２１）。そして、現状設定されている明るさレベルと比較することにより、明るさレベルの変更の要否を判定する（Ｓ２２２）。変更が不要である場合にはそのまま明るさレベル調整処理を終了する。一方、変更が必要である場合には、光源調整部２５により光源３１の発光量を制御して、変更後の明るさレベルとなるように設定し（Ｓ２２３）、明るさレベル調整処理を終了する。なお、ステップＳ２２２において、ステップＳ２２１で算出した好適な明るさレベルと、現状設定されている明るさレベルとの間に差分がある場合でも、差分が所定の閾値以上である場合にのみ明るさレベルの変更が必要であると判定するようにしてもよい。【0047】
図７に戻り、その後、ＥＣＵ２１により、ステップＳ２１で取得した最新の車両情報４に基づいて、虚像として表示する映像を現状のものから必要に応じて変更し、変更後の映像を決定、生成する（Ｓ２３）。なお、車両情報４に基づいて表示内容を変更するパターンは、取得した車両情報４の内容やそれらの組み合わせ等に応じて多数のものがあり得る。例えば、速度情報が変化したことにより、常時表示されている速度表示の数値を変更する場合や、ナビゲーション情報に基づいて案内の矢印図形を表示／消去したり、矢印の形状や表示位置等を変更したりする場合など、様々なパターンがあり得る。【0048】
その後、本実施の形態では、車両２の走行状況に応じて視認性や表示内容の適切性等を維持するための調整・補正処理を行う。まず、虚像の表示領域自体の位置を調整する必要がある場合に、ミラー駆動部５０を介してミラー５２の角度を変更し、虚像の表示領域を上下に移動させるミラー調整処理を行う（Ｓ２４）。その後さらに、車両２の振動に対して表示領域内における映像の表示位置を補正する振動補正処理を行う（Ｓ２５）。ステップＳ２４およびＳ２５の調整・補正処理の詳細な内容については後述する。【0049】
その後、調整・補正した映像に対して歪み補正部２６により歪みを補正する処理を実施した後（Ｓ２６）、表示素子駆動部２７により表示素子３３を駆動・制御して投射する映像を形成させる（Ｓ２７）。そして、ＥＣＵ２１もしくは表示距離調整部２８により虚像の表示距離を算出・決定し（Ｓ２８）、表示距離調整部２８により表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を制御する（Ｓ２９）。【0050】
上述した一連の通常動作を実行している際に、車両２の停止等に伴って電源ＯＦＦ等がなされると、ＡＲ−ＨＵＤ１に対してＨＵＤ−ＯＦＦ信号が出力されるが、制御部２０ではこの信号を受けたか否かを判定する（Ｓ３０）。ＨＵＤ−ＯＦＦ信号を受けていなければ、ステップＳ２１に戻って、ＨＵＤ−ＯＦＦ信号を受けるまで一連の通常動作を繰り返す。ＨＵＤ−ＯＦＦ信号を受けたと判定された場合は、一連の通常動作を終了する。【0051】
＜ミラー調整処理＞図９は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示領域の位置を上下に調整する例について概要を示した図である。例えば、左、中央、右の各図において、上段には車両２が走行中の道路の勾配の状況と、運転者５の視野の状況を側面から見た状態を模式的に示している。また、下段には、それぞれの状態において、運転者５が見る車外の前方の実景と、これに重畳して表示される虚像の表示領域６（破線枠の矩形）の位置の状況を模式的に示している。
【0052】
左側の図では、上段の図に示すように、車両２の現在地の道路の勾配（上り方向）と前方の道路の勾配（上り方向）とが略同一である場合、すなわち概ね平坦な道路を走行している場合を示している。この場合は、下段の図に示すように、車外の前方の実景（図９の例では道路上を走行する前方の車両）にＡＲ機能により虚像（図９の例では感嘆符のマークもしくは画像）を重畳させて表示するには、虚像の表示領域６の上下方向の位置は通常のままでよい。すなわち、左側の下段の図に示す表示領域６の位置が、表示領域６の上下方向での基本の表示位置となる。【0053】
一方、中央の図では、車両２の現在地の道路の勾配（上り方向）が、前方の道路の勾配（上り方向）より大きい場合、すなわち前方が下り坂の道路を走行している場合を示している。この場合は、上段の図に示すように、車両２の位置における勾配に基づく運転者５の視野の高さ（図中の実線枠）に対して、前方の道路上を視野に入れるには視野を下方向に移動させる（図中の点線枠）必要がある。そして、この場合、下段の図に示すように、虚像の表示領域６の表示位置が基本の表示位置（点線枠の矩形）のままでは、車外の前方の実景にＡＲ機能により虚像を重畳させることができないため、重畳させて表示するには表示領域６自体を下方向に移動させる必要がある。【0054】
同様に、右側の図では、車両２の現在地の道路の勾配（上り方向）が、前方の道路の勾配（上り方向）より小さい場合、すなわち前方が上り坂の道路を走行している場合を示している。この場合は、上段の図に示すように、車両２の位置における勾配に基づく運転者５の視野の高さ（図中の実線枠）に対して、前方の道路上を視野に入れるには視野を上方向に移動させる（図中の点線枠）必要がある。そして、この場合も、下段の図に示すように、虚像の表示領域６の表示位置が基本の表示位置（点線枠の矩形）のままでは、車外の前方の実景にＡＲ機能により虚像を重畳させることができないため、重畳させて表示するには表示領域６自体を上方向に移動させる必要がある。【0055】
このように、走行状況に応じて虚像の表示領域６の上下方向の位置を移動させることが必要となる状況は、図９の例に示したような現在位置の勾配と前方の道路の勾配との間に一定量以上の差分があるような場合に限られない。例えば、高速道路等において車両２の速度が大きくなった場合、運転者５の視線は通常時に比べて一般に遠くを見るようになり、視野の高さが上方向に移動することになる。したがって、例えば、通常時に比べてさらに前方に存在する他の車両等を含む車外の実景に対して虚像を重畳させるには、表示領域６を上方向に移動させる必要が生じ得る。車両２の走行中に運転者５の姿勢や体勢が変化する等により、運転者５の眼の高さ位置自体が変化し、これにより視野の高さが上下方向に移動する場合なども同様である。【0056】
本実施の形態では、上述した図７のステップＳ２４のミラー調整処理において、車両２の走行状況に応じてミラー駆動部５０によりミラー５２の角度を制御して、虚像の表示領域の上下方向の位置を図９の例に示したように調整する。【0057】
図１０は、図７のステップＳ２４のミラー調整処理の例について概要を示したフローチャートである。ミラー調整処理を開始すると、まず、現在のミラー５２の角度を取得し（Ｓ２４１）、さらに、車両情報４に基づいて、ミラー５２の角度の調整（すなわち虚像の表示領域の表示位置の調整）に関連するパラメータの現在値を取得する（Ｓ２４２）。【0058】
必要となるパラメータの種類は、どのような条件で表示領域の表示位置を調整するかにより異なり得る。例えば、図９に示した例では、関連するパラメータ値として、車両２の現在位置の勾配と、前方の道路の勾配との差分（相対的な勾配）を示す値を取得する。例えば、加速度姿勢情報により得られる車両２の傾きの情報から現在位置の勾配を把握することができる。また、車外のカメラ映像情報を解析することで前方の道路の勾配を把握することも可能である。また、ナビゲーション情報から得られる３次元の道路・地形情報等に基づいて現在位置および前方の道路の勾配を得ることも可能である。【0059】
次に、ステップＳ２４２で取得したパラメータ値に基づいて、予め定められた基準・条件等に基づいてミラー５２の目標角度を算出する（Ｓ２４３）。どのパラメータに基づいてどのようなロジックで目標角度を算出するかは、どのような条件で表示領域の表示位置を調整するかにより異なり得る。例えば、図９に示した例では、現在地と前方の道路との相対的な勾配の絶対値が所定の閾値以上である場合に、相対的な勾配の符号に応じてミラー５２の目標角度を決定する。上記の所定の閾値としては、例えば、虚像の表示領域の上下方向のＦＯＶ（Field Of View：視野角）の１／ｘ（ｘは所定の値）などとすることができる。【0060】
なお、本実施の形態では、ステップＳ２４２で取得した現在のパラメータ値に基づいてミラー５２の目標角度を算出するものとしているが、現在のパラメータ値や過去の値の履歴の情報に基づいて近い将来の状況を予測し、予測結果に基づいて目標角度を算出するようにしてもよい。例えば、パラメータ値の過去の履歴に基づいて値の遷移の傾向を分析し、当該傾向に基づいて近い将来のパラメータ値を予測するようにしてもよい。また、車外の前方のカメラ映像情報を解析することで近い将来における車両２の周辺状況を予測したり、ナビゲーション情報に基づいて車両２の前方の道路状況を把握したりすることも可能である。【0061】
次に、ステップＳ２４１で取得した現在のミラー５２の角度と、ステップＳ２４３で取得した目標のミラー５２の角度との差分の有無を判定する（Ｓ２４４）。判定に際しては、例えば、差分が所定の閾値以上である場合に差分ありと判定し、閾値以下の場合には差分なしと判定するようにしてもよい。また、差分ありの状態が一定時間以上継続した場合に限り差分ありと判定するようにしてもよい。これにより、例えば、車両２が縁石等の段差に乗り上げた場合など一時的・瞬間的に車両２の傾きが変化したような事象について、ミラー５２の調整対象から除外することができる。【0062】
ステップＳ２４４で角度の差分がないと判定された場合は、そのままミラー調整処理を終了する。すなわち、ミラー５２の角度の調整は行わず、現状の角度のままとする。一方、角度の差分があると判定された場合は、目標角度となるように指定方向にミラー５２を回転させる（Ｓ２４５）。具体的には、ミラー駆動部５０に対してミラー５２を回転させる旨のミラー調整信号を出力する。そして、ミラー５２が目標角度に達したか否かを判定し（Ｓ２４６）、達していない場合にはステップＳ２４５に戻ってミラー５２の回転を継続する。すなわち、ミラー駆動部５０に対するミラー調整信号の出力を継続する。一方、ミラー５２が目標角度に達した場合は、ミラー５２の回転を停止する（Ｓ２４７）。すなわち、ミラー駆動部５０に対するミラー調整信号の出力を停止する。そして、一連のミラー調整処理を終了する。【0063】
＜振動補正処理＞図１１は、図７のステップＳ２５の振動補正処理の例について概要を示したフローチャートである。振動補正処理を開始すると、まず、車両情報４に基づいて車両２の振動量の情報を取得する（Ｓ２５１）。例えば、加速度姿勢情報や車外のカメラ映像情報等に基づいて振動量（車両２における短周期の上下動の量）を把握することができる。なお、本実施の形態では、現在の車両情報４に基づいて振動情報を取得するものとしているが、例えば、車外の前方のカメラ映像情報を解析することで近い将来における車両２の周辺の路面状況を予測し、これに基づいて近い将来における車両２の振動量を予測するようにしてもよい。
【0064】
その後、ステップＳ２５１で取得した振動量が所定の閾値以上であるか否かを判定する（Ｓ２５２）。閾値未満である場合は、振動が微小であるとしてそのまま振動補正処理を終了する。すなわち、振動に伴う表示映像の補正は行わない。一方、振動量が閾値以上である場合は、表示領域における映像の表示ズレ量を算出する（Ｓ２５３）。例えば、車両２の実際の高さと虚像の表示領域の高さとの比に基づいて、車両２の振動量から表示領域における映像の表示ズレ量を算出する。そして、算出した表示ズレ量に基づいて、表示領域内での映像の表示位置を上下にオフセットし（Ｓ２５４）、一連の振動補正処理を終了する。【0065】
＜虚像の表示距離調整＞制御部２０の表示距離調整部２８は、虚像の表示距離を調整する必要がある場合に、表示距離調整機構４０を駆動して、映像表示装置３０から投射される映像の表示距離を調整する。以下では、図５に示した表示距離調整部２８および表示距離調整機構４０の各部による、虚像の表示距離の調整手法について説明する。
【0066】
［機能性液晶フィルム］図１２は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における機能性液晶フィルム４０１を用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１２の例では、複数枚の機能性液晶フィルム４０１を拡散板（ディフューザ）４１ａとして使用する。そして、図１２（ａ）および（ｂ）に示すように、各機能性液晶フィルム４０１のエリア毎に白色状態にする箇所を変化させることで、エリア毎に焦点距離を変えて、虚像の表示距離（運転者５の眼の位置と虚像の表示位置との距離）を変化させる。
【0067】
図１３は、機能性液晶フィルム４０１による拡散板４１ａの構成例について概要を示した図である。機能性液晶フィルム４０１は、電気により透過状態と白色状態とを制御することができるフィルムである。機能性液晶フィルム４０１の白色状態の部分が拡散板としての機能を果たし、プロジェクタ３０ａにより投射された映像は、この白色状態の部分で結像する。本実施の形態では、複数枚の機能性液晶フィルム４０１について、それぞれ複数のエリア毎に個別に白色状態とするよう制御するものとする。【0068】
図１２に戻り、図示するような構成において、プロジェクタ３０ａから投射された映像に基づく虚像の表示位置は、各機能性液晶フィルム４０１の白色状態の部分と、レンズ４２ａとの距離に応じて決定される。よって、レンズ４２ａとの距離がそれぞれ異なるように機能性液晶フィルム４０１を複数枚配置し、プロジェクタ３０ａから投射される映像について、図５に示した機能性液晶フィルムＯＮ／ＯＦＦ制御部２８１によりエリア毎に機能性液晶フィルム４０１のいずれか１つを白色状態とすることで、エリア毎に虚像の表示距離を変化させることができる。【0069】
具体的には、例えば、図１２（ａ）に示すように、対象のエリア（例えば最上部）について、レンズ４２ａに最も近い位置に配置された機能性液晶フィルム４０１のみを白色状態とし、他を透過状態とすることで、対応する虚像の表示距離を最も近くすることができる。逆に、図１２（ｂ）に示すように、対象のエリア（例えば最上部）について、レンズ４２ａから最も遠い位置に配置された機能性液晶フィルム４０１のみを白色状態とし、他を透過状態とすることで、対応する虚像の表示距離を最も遠くすることができる。【0070】
なお、図１２、図１３の例では、表示する映像について、上下方向に３つのエリアを設ける場合を例としているが、以下に説明する例も含めて、エリアの数はこれに限定されず、また、上下方向に限らず左右方向にエリアを分けることも当然可能である。また、機能性液晶フィルム４０１の枚数も図示するような３枚に限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。【0071】
［ミラーの複数枚配置］図１４は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における複数枚のミラーを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１４の例では、ＬＣＤ３０ｂとレンズ４２ａとの間にミラー５１ａを図示するように複数配置し、ＬＣＤ３０ｂからの映像をエリア毎に異なるミラー５１ａにより反射してレンズ４２ａに入射させている。これにより、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの距離をエリア毎に異なるものとし、これに応じて虚像の表示距離を変えることができる。
【0072】
具体的には、例えば、図１４に示すように、ＬＣＤ３０ｂから最も遠い位置に配置されたミラー５１ａ（レンズ４２ａからも最も遠い）により反射されるエリアにおいてＬＣＤ３０ｂに映像を表示することで、対応する虚像の表示距離を最も遠くすることができる。逆に、ＬＣＤ３０ｂから最も近い位置に配置されたミラー５１ａ（レンズ４２ａからも最も近い）により反射されるエリアにおいてＬＣＤ３０ｂに映像を表示することで、対応する虚像の表示距離を最も近くすることができる。【0073】
なお、図１４の例においても、ミラー５１ａの数は図示するような３枚に限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。【0074】
［可動式レンズ］図１５は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における可動式レンズを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１５の例では、プロジェクタ３０ａから投射された映像は、拡散板（ディフューザ）４１ｂで結像した後、複数のエリアに分けて設けられた可動式レンズ４２ｂを介してミラー５２に入射される。
【0075】
ここで、各可動式レンズ４２ｂは、図５に示したレンズ可動部２８２およびレンズ可動機構４０２によって、それぞれ個別に光軸方向に沿って移動させることができる。プロジェクタ３０ａから投射された映像に基づく虚像の表示位置は、拡散板４１ｂと各可動式レンズ４２ｂとの距離に応じて決定される。よって、可動式レンズ４２ｂを移動させることで、エリア毎に焦点距離を変えて、虚像の表示距離を変化させることができる。【0076】
具体的には、例えば、図１５に示すように、最上部のエリアのように可動式レンズ４２ｂを拡散板４１ｂに近い位置に移動させることで、対応する虚像の表示距離を近くすることができる。逆に、最下部のエリアのように可動式レンズ４２ｂを拡散板４１ｂから遠い位置に移動させることで、対応する虚像の表示距離を遠くすることができる。【0077】
なお、図１５の例においても、可動式レンズ４２ｂの数は図示するような３つに限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。【0078】
［調光ミラー］図１６は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における調光ミラー５１ｂを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１６の例では、ＬＣＤ３０ｂとレンズ４２ａとの間に複数の調光ミラー４０３を図示するように断面方向から見て行列状となるように配置することで調光ミラー５１ｂを構成する。そして、図１６（ａ）および（ｂ）に示すように、鏡状態とする調光ミラー４０３の箇所を変化させることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの距離をエリア毎に異なるものとし、これに応じて虚像の表示距離を変えることができる。
【0079】
図１７は、調光ミラー４０３の構成例について概要を示した図である。調光ミラー４０３は、電気により透過状態と鏡状態とを制御することができるフィルムやシート、ガラス等の部材である。透過状態となっている調光ミラー４０３は、ＬＣＤ３０ｂからの映像を透過し、鏡状態となっている調光ミラー４０３のみが、映像をレンズ４２ａの方向に反射させる。本実施の形態では、断面方向から見て行列状に配置された複数の調光ミラー４０３について、各行、各列（各エリア）につき１つの調光ミラー４０３のみが鏡状態となるよう、調光ミラーＯＮ／ＯＦＦ制御部２８３により制御するものとする。【0080】
具体的には、例えば、図１６（ａ）に示すように、レンズ４２ａから最も近い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最下段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とすることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を最も短くすることができ、対応する虚像の表示距離を最も近くすることができる。逆に、レンズ４２ａから最も遠い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最上段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とすることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を最も長くすることができ、対応する虚像の表示距離を最も遠くすることができる。【0081】
また、例えば、図１６（ｂ）に示すように、レンズ４２ａから最も近い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最上段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、また、レンズ４２ａから次に近い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、最下段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とする。これにより、これらのエリアのＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を比較的短くすることができ、対応する虚像の表示距離を近くすることができる。逆に、レンズ４２ａから最も遠い調光ミラー４０３の列に対応するエリアについて、中段の行の調光ミラー４０３のみを鏡状態とし、他を透過状態とすることで、ＬＣＤ３０ｂからレンズ４２ａまでの光路長を他のエリアより比較的長くすることができ、対応する虚像の表示距離を遠くすることができる。【0083】
［可動式拡散板］図１８は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における可動式拡散板を用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１８の例では、プロジェクタ３０ａから投射された映像は、可動式拡散板（可動式ディフューザ）４１ｃで結像した後、レンズ４２ａを介してミラー５２に入射される。
【0084】
ここで、可動式拡散板４１ｃは、図５に示した拡散板可動部２８４および拡散板可動機構４０４によって、光軸方向に沿って移動および／または回転させることができる。プロジェクタ３０ａから投射された映像に基づく虚像の表示位置は、可動式拡散板４１ｃとレンズ４２ａとの距離および／または傾きに応じて決定される。よって、可動式拡散板４１ｃを移動および／または回転させることで、焦点距離を変えて虚像の表示距離を変化させることができる。【0085】
具体的には、可動式拡散板４１ｃをレンズ４２ａに近い位置に移動および／または回転させることで、虚像の表示距離を近くすることができる。逆に、可動式拡散板４１ｃをレンズ４２ａから遠い位置に移動および／または回転させることで、虚像の表示距離を遠くすることができる。【0086】
［可動式光学フィルタ］図１９は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における可動式光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図１９の例では、レンズ４２ａと拡散板（ディフューザ）４１ｂとの間に可動式光学フィルタ４３ａを設置し、図１９（ａ）および（ｂ）に示すように、可動式光学フィルタ４３ａを光路に対して挿抜することで、エリア毎に焦点距離を変えて、虚像の表示距離を変化させる。
【0087】
光学フィルタは、レンズなどの光学部品単体もしくは組み合わせにより焦点距離を変える特性を有する部材である。本実施の形態では、それぞれ異なる屈折率を有する複数の光学フィルタを組み合わせて、領域毎に異なる屈折率を有する１つの光学フィルタを形成するとともに、光路に対して挿抜できるような可動式光学フィルタ４３ａとして構成する。領域毎に光学フィルタの焦点距離が異なることから、図５に示した光学フィルタ可動部２８５および光学フィルタ可動機構４０５によって、可動式光学フィルタ４３ａを光路に対して挿抜することで、エリア毎に虚像の表示距離を変化させることができる。【0088】
具体的には、例えば、図１９（ａ）に示すように、可動式光学フィルタ４３ａ全体を光路に対して挿入することで、最下段のエリアに対応する光学フィルタの焦点距離を最も短くし、虚像の表示距離を遠くするとともに、最上段のエリアに対応する光学フィルタの焦点距離を最も長くし、虚像の表示距離を近くすることができる。また、例えば、図１９（ｂ）に示すように、可動式光学フィルタ４３ａを一部抜出して最下段のエリアが光学フィルタを通らないようにすることで、このエリアについては拡散板４１ｂとレンズ４２ａとの距離で虚像の表示距離が決まるようにし、光学フィルタを通る他のエリアよりも虚像の表示距離を遠くすることができる。【0089】
なお、図１９の例においても、可動式光学フィルタ４３ａにおける焦点距離が異なる領域の数は図示するような３つに限定されず、エリアの数に応じて適宜構成することができる。【0090】
［くし状光学フィルタ］図２０は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置におけるくし状光学フィルタを用いた表示距離調整の例について概要を示した図である。図２０の例では、プロジェクタ３０ａから投射された映像は、拡散板（ディフューザ）４１ｂで結像した後、くし状光学フィルタ４３ｂおよびレンズ４２ａを介してミラー５２に入射される。
【0091】
くし状光学フィルタ４３ｂは、レンズと同様の機能を有して焦点距離に応じて虚像の表示距離を変えることができる光学フィルタ部分がくし状に設けられた部材である。図２０に示すように、例えば、プロジェクタ３０ａから投射された映像のライン単位（１ライン毎に限らず、任意のライン毎とすることができる）で光学フィルタ部分と光学フィルタがない部分とを対応させることで、ライン単位で虚像の表示距離を変えることができる。【0092】
具体的には、光学フィルタ部分に対応するラインの映像に基づく虚像の表示距離を近くし、光学フィルタがない部分に対応するラインの映像に基づく虚像の表示距離を遠くすることができる。【0093】
以上に説明したように、本発明の実施の形態１であるヘッドアップディスプレイ装置によれば、車両２の走行状況によって、車両２の前方の実景に虚像を重畳させることができなくなるような場合でも、虚像の表示領域自体の表示位置を上下方向に動的に調整することで、虚像を前方の実景に適切に重畳させてＡＲ機能を実現することが可能となる。さらに、走行状況等に応じて虚像の表示距離を適切に調整することも可能となる。【0094】
（実施の形態２）＜課題＞
上述の実施の形態１のヘッドアップディスプレイ装置では、図９の例に示したように、現在の走行位置の勾配と、前方の道路の勾配との間の差分があるような場合に、車両２の走行状況に応じてミラー駆動部５０によりミラー５２の角度を制御するミラー調整処理により、虚像の表示領域の上下方向の位置をハードウェア的に調整する。また、車両２の振動量が所定の閾値を超える場合に、表示領域内での映像の表示位置をソフトウェア的に上下にオフセットする振動補正処理を行う。これらの処理により、車両２の傾きや振動に対しても、前方の実景に虚像を適切に重畳させることを可能とするものである。
【0095】
一方で、車両２の傾きや振動（以下では「揺れ」と総称する場合がある）の態様には様々なものがあり、これらが複合して生じる場合も多い。したがって、車両２の揺れの各種態様に対して柔軟に対応して虚像の表示を調整することができる必要がある。図２１■図２３は、車両２の揺れの例と、それぞれにおける通常の虚像の表示状態の例について概要を示した図である。【0096】
図２１では、図９の例と同様に、左右の各図において、上段には車両２が走行中の道路の状況と、運転者５の視野の状況を側面から見た状態を模式的に示している。また、下段には、それぞれの状態において、運転者５が見る車外の前方の実景と、これに重畳して表示される虚像の表示領域６（破線枠の矩形）の位置の状況を模式的に示している。【0097】
図２１の右側の図では、上段の図に示すように、車両２は概ね平坦な道路を走行している場合を示している。この場合は、下段の図に示すように、車外の前方の実景（図２１の例では道路上を走行する前方の車両）にＡＲ機能により虚像（図２１の例では感嘆符のマークもしくは画像）を重畳させて表示するには、虚像の表示領域６の上下方向の位置は通常のままでよい。すなわち、右側の下段の図に示す表示領域６の位置が、表示領域６の上下方向での基本の表示位置となる。【0098】
一方、左側の図では、車両２の現在地の道路面に凹凸がある場合を示している。この場合は、特に何らの調整等も行わない場合、下段の図に示すように、車両２の上下方向（ピッチ方向）の揺れに応じて、虚像およびその表示領域６の位置も、車外の前方の実景に対して相対的に上下方向に揺れることになる。これにより、車外の前方の実景に重畳しない位置に虚像が表示され、運転者５に与える違和感が強くなってしまう。また、虚像が揺れることから、これを見る運転者５が車酔いする場合も生じ得る。【0099】
また、図２２では、左、中央、右の各図において、上段には車両２が走行中の道路の左右の傾斜の状況を車両２の後方から見た状態を模式的に示している。また、下段には、それぞれの状態において、運転者５が見る車外の前方の実景と、これに重畳して表示される虚像の表示領域６の位置の状況を模式的に示している。図２２の中央の図では、上段の図に示すように、車両２は概ね平坦な道路を走行している場合を示している。この場合は、下段の図に示すように、虚像の表示領域６は基本の表示位置において傾きなく表示される。【0100】
一方、左右の図では、上段の図に示すように、車両２の現在地の道路面が左右に傾斜している場合を示している。この場合は、特に何らの調整等も行わない場合、下段の図に示すように、車両２の左右方向（ロール方向）の傾きに応じて、虚像およびその表示領域６も左右に傾くことになる。これにより、図２１の例と同様に、車外の前方の実景に重畳しない位置に虚像が表示され、運転者５に与える違和感が強くなってしまう。また、虚像の揺れによって運転者５が車酔いする場合も生じ得る。【0101】
さらに、図２３では、車両２において上下方向（ピッチ方向）の揺れと左右方向（ロール方向）の傾きが同時に複合して生じる場合を示している。この場合、下段の図に示すように、虚像およびその表示領域６が左右に傾くと同時に、表示位置も上下方向に揺れることになる。【0102】
＜制御の概要＞これらの状況に柔軟に対応して、前方の実景に虚像を適切に重畳させるようにするため、本発明の実施の形態２であるヘッドアップディスプレイ装置は、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ装置におけるミラー調整処理および振動補正処理（図７のステップＳ２４、Ｓ２５）を、車両２の揺れの各種態様に対してより柔軟に対応することができるよう改良したものである。
【0103】
具体的には、本実施の形態では、上述の図３に示した、車両情報４を取得するためのハードウェア構成において、姿勢センサ１１１を２つ備えるものとし、上下方向（ピッチ方向）の揺れと左右方向（ロール方向）の傾きを個別に検知する。すなわち、図示しない第１の姿勢センサ１１１により上下方向（ピッチ方向）の揺れ（車両２の前後方向の傾きにより把握する）を検知し、第２の姿勢センサ１１１により車両２の左右方向（ロール方向）の傾きを検知する。そして、第１の姿勢センサ１１１で検知した角度に応じて、虚像の表示位置を上下方向に調整する。また、第２の姿勢センサ１１１で検知した角度に応じて、虚像の表示の左右方向の傾きを調整する。さらに、これらの調整を組み合わせて、上下方向の調整と左右方向の傾きの調整を同時に行うことも可能である。【0104】
第１および第２の姿勢センサ１１１の車両２における設置位置は特に限定されないが、例えば、いずれもＡＲ−ＨＵＤ１の筐体内に設置することができる。もしくは、筐体外の所定の場所に設置して、検知した情報を車両情報取得部１０によりＡＲ−ＨＵＤ１内に取り込むようにしてもよい。この場合、運転者５に生じる揺れや傾きに近似した値を得ることができるよう、運転席等に設置することができる。ＡＲ−ＨＵＤ１の筐体内と運転席等の筐体外の双方に第１および第２の姿勢センサ１１１を設置して、これらから得られる情報に基づいて車両２の揺れや傾き、姿勢等をＥＣＵ２１により解析し、これに基づいて調整を行うようにしてもよい。また、３つ以上の姿勢センサを設置してより詳細に車両２の揺れを検知するようにしてもよい。【0105】
なお、車両２の上下方向（ピッチ方向）の揺れや左右方向（ロール方向）の傾きを検知するため、車両情報４を取得するハードウェア構成として、第１および第２の２つの姿勢センサ１１１を用いるのに代えて、もしくはこれに加えて、カメラ（車外）１１６を用いることも可能である。すなわち、カメラ（車外）１１６により撮影された前方の実景の画像データにおける所定の時間間隔でのズレ量を算出することで、車両２の揺れを検知することも可能である。本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置のその他の構成や処理内容は、上述の実施の形態１に示したものと基本的には同様であるため、再度の説明は省略する。【0106】
図２４は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示位置を上下に調整する例について概要を示した図である。図２４（ａ）では、上述の図２１の例と同様の例において、例えば、車両２が左側の図の凹凸路を走行中に上方向（車両前部が相対的に車両後部より上に上がるピッチ方向）に揺れた場合の例を示している。本実施の形態では、この場合、一次的には虚像の表示領域６自体の表示位置の調整は行わない。したがって、表示領域６自体は、図２１の例と同様に、車両２の上方向（車両前部が相対的に車両後部より上に上がるピッチ方向）の揺れに伴って、車外の前方の実景に対して相対的に上方向に移動する。【0107】
このとき、図２１の例に示したような、特に調整を行わない場合では、表示領域６に表示されている虚像（図２１の例では感嘆符のマークもしくは画像）も表示領域６と連動して相対的に上方向に移動する。これに対し、図２４（ａ）の例に示した本実施の形態では、下段の図に示すように、虚像の表示領域６が上方向に移動するのに対して、その中に表示される虚像の絶対的な表示位置が元の表示位置から可能な限り変わらないように制御する。すなわち、ＥＣＵ２１において虚像に係る映像データを生成する際に、上方向に移動した表示領域６内での当該虚像の相対的な表示位置を下方に移動させるようソフトウェア的に制御する。【0108】
図２４（ｂ）では、図２４（ａ）と同様の例において、車両２の上方向（車両前部が相対的に車両後部より上に上がるピッチ方向）への揺れが大きく、虚像の表示位置を前方の実景に重畳させることができる適切な位置まで下方向に移動させようとすると、表示領域６の下端からはみ出してしまう場合を示している。本実施の形態では、この場合、ＥＣＵ２１において虚像に係る映像データを生成する際に、図２４（ｂ）の左側の図に示すように、虚像が表示領域６の下端からはみ出さないように（少なくとも虚像の半分以上が表示領域６に表示されるのが望ましい）、当該虚像の下方向への移動を表示領域６の下端で止めるよう制御する。これにより、虚像が半分見えなくなったり、全く見えなくなったりという事態を回避し、運転者５が常に虚像を視認することができるようにして、運転者５に生じる不安や違和感を低減させる。【0109】
なお、図２４では車両２が上方向（車両前部が相対的に車両後部より上に上がるピッチ方向）に揺れる場合を例としているが、下方向（車両前部が相対的に車両後部より下に下がるピッチ方向）に揺れる場合は上記の逆の制御となる。また、車両２の左右方向（ロール方向）の傾きに対しても、同様の考え方で虚像の表示を左右方向に回転させて調整することができる。【0110】
図２４に示した例では、車両２の揺れに対して虚像の表示領域６自体の表示位置や傾き（以下ではこれらを「表示状態」と総称する場合がある）の調整は行わず、その中に表示される虚像の表示状態のみをＥＣＵ２１によりソフトウェア的に調整している。これにより、車両２において振動や傾きが複雑に複合した場合でも、虚像の表示状態を柔軟に調整することができる。一方で、実施の形態１に示したように、ミラー駆動部５０によりミラー５２を回転させることで、虚像の表示領域６自体を上下方向に移動させることも可能である。これにより、車両２に揺れが生じた場合でも、表示領域６の表示位置が揺れないようにハードウェア的に制御することが可能である。【0111】
図２５は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示位置を上下に調整する例について概要を示した図である。図２５（ａ）では、上述の図２１の例と同様の例において、車両２が左側の図の凹凸路を走行中に上下方向（ピッチ方向）に揺れた場合であっても、本実施の形態では、虚像の表示領域６自体の上下方向の位置が揺れないように調整することを示している。【0112】
図２５（ｂ）では、図２５（ａ）に示したような調整を行うために、ミラー５２を水平方向の回転軸を中心に回転させることで、映像表示装置３０から投射された映像を反射させる方向を変え、ウィンドシールド３に投射される位置を上下方向に移動させる例を示している。虚像の表示領域６自体の上下方向の位置を調整する手法は、ミラー５２を回転させるだけに限らない。図２５（ｃ）に示すように、ミラー５２の位置を光軸方向に前後に移動させることでも、映像表示装置３０から投射された映像がウィンドシールド３に投射される位置を上下方向に移動させることができる。図２５（ｂ）に示したミラー５２の回転と、図２５（ｃ）に示したミラー５２の前後方向への移動とを組み合わせてもよい。【0113】
図２６は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置におけるミラー５２およびミラー駆動部５０の構成例について概要を示した図である。図２６（ａ）は、ミラー５２およびミラー駆動部５０の具体的な構成例を示した斜視図である。ミラー駆動部５０は、例えば、支持部材５４ａおよびミラー保持部材５４ｂからなり、これらとミラー５２とが、図示するようにミラー駆動軸Ａ（５３ａ）〜Ｃ（５３ｃ）を介して組み合わせられている。そして、ミラー駆動軸Ａ（５３ａ）〜Ｃ（５３ｃ）をそれぞれ回転させることで、ミラー５２の位置および角度を調整することができる。【0114】
図２６（ｂ）は、ミラー５２およびミラー駆動部５０がＡＲ−ＨＵＤ１の筐体内に固定されている状態を側面から見て模式的に示した図である。説明の便宜上、ｘｙｚ軸についても併せて表示している。中央の図の状態に対して、例えば、ミラー駆動軸Ａ（５３ａ）およびＣ（５３ｃ）をｙ軸を軸として反時計回りに回転させ、ミラー駆動軸Ｂ（５３ｂ）を時計回りに回転させることで、左側の図に示すように、ミラー５２の角度を維持しつつ、ミラー５２の位置を−ｚ方向に移動させることができる。【0115】
逆に、ミラー駆動軸Ａ（５３ａ）およびＣ（５３ｃ）をｙ軸を軸として時計回りに回転させ、ミラー駆動部Ｂ（５３ｂ）を反時計回りに回転させることで、右側の図に示すように、ミラー５２の角度を維持しつつ、ミラー５２の位置を＋ｚ方向に移動させることができる。また、これらの移動とは別に、もしくはこれらの移動と併せて、ミラー駆動軸Ｃ（５３ｃ）等の回転を調整することで、ミラー５２の角度を調整することができる。【0116】
また、図示しない回転駆動機構によりミラー駆動部５０全体、もしくはＡＲ−ＨＵＤ１全体をｚ軸を軸として回転させることで、ミラー５２により反射されてウィンドシールド３に投射される虚像の表示領域６自体を左右に回転させることができる。図２７は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示領域の左右の傾きを調整する例について概要を示した図である。図２７（ａ）では、車両２が傾斜路を走行中に左右方向（ロール方向）に傾いた場合であっても、本実施の形態では、虚像の表示領域６自体の左右方向の傾きが揺れないように調整することを示している。このとき、図２７（ｂ）に示すように、例えば、ＡＲ−ＨＵＤ１全体を車両２の傾きに応じてｚ軸を軸として反対方向に回転させて傾ける。これにより、虚像の表示領域６自体の左右方向の回転を調整して、前方の実景に対する表示領域６の傾きにズレが生じないようにハードウェア的に制御することが可能である。ＡＲ−ＨＵＤ１全体を前後方向（ｚ軸方向）に移動させることも可能である。 なお、上述した例において、ＡＲ−ＨＵＤ１全体ではなく、その内部に設置されたミラー駆動部５０を回転させたり移動させたりする場合、回転駆動機構や移動機構もＡＲ−ＨＵＤ１の内部に設ける必要がある。したがって、ＡＲ−ＨＵＤ１の本体サイズが大きくなるというデメリットが生じ得る。車両２のダッシュボードには限られたスペースしかないため、ＡＲ−ＨＵＤ１の本体サイズが大きくなるとダッシュボードに格納することが困難となる場合が生じ得る。【0117】
一方、ＡＲ−ＨＵＤ１自体を回転させる場合、ＡＲ−ＨＵＤ１本体の外部に回転機構を設ける必要がある。しかし、この場合はＡＲ−ＨＵＤ１自体のサイズが大きくなることはない。また、外部に設けた回転機構を含めても、ＡＲ−ＨＵＤ１の内部でミラー駆動部５０を回転させたり移動させたりする場合と比べて省スペースで表示領域６の傾きを調整する機構を実装することが可能である。【0118】
ＥＣＵ２１により虚像の表示状態をソフトウェア的に調整する手法と、ミラー５２を回転や移動させる等により虚像の表示領域６自体の表示状態をハードウェア的に調整する手法とを組み合わせて用いることも可能である。図２８は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像および表示領域６の表示位置を上下に調整する例について概要を示した図である。ここでは、上述の図２４（ｂ）の例と同様に、車両２の揺れが大きく、ソフトウェア的な虚像の表示位置の調整では虚像が表示領域６からはみ出すような場合であっても、ミラー５２を回転や移動させて表示領域６自体の表示位置を上下に調整する。このように表示位置が調整された表示領域６内で、さらにソフトウェア的に虚像の表示位置を調整することで、表示領域６内に収まる形で前方の実景に対して適切に虚像を重畳させて表示することができる。【0119】
なお、図２８の例では、車両２の上下方向（ピッチ方向）の揺れに対して、前方の車両の実景に重畳させて表示している虚像（図２８の例では感嘆符のマーク）について、その表示位置を調整して、前方の車両の実景への重畳が継続するようにしているが、虚像の特性に応じて表示位置の調整に係る制御内容を変えてもよい。例えば、前方の実景に重畳させる必要がない計器類等の虚像（例えば、図２８の例における「３５ｋｍ」の速度表示）については、車両２の揺れに伴う表示領域６内での表示位置の調整の対象外とする（車両２の揺れに伴って虚像の表示も揺れる）ようにしてもよい。【0120】
また、虚像の特性に応じて、前方の実景に重畳させる必要がある虚像と同様の制御を行って、表示領域６内での表示を調整してもよい。例えば、車両の後方や側方の死角をモニタリングするため、いわゆる電子ミラーとして、その部分の映像をカメラ（車外）１１５により取得し、これを虚像として表示領域６に表示する場合がある。この場合、モニタリング映像の虚像は、表示領域６の全面に表示するのではなく、例えば、四隅の一部の領域に子画面のような形態で表示するのが一般的である。したがって、表示自体が比較的小さい上に、車両２の揺れに伴って虚像の表示も揺れると、運転者５はさらに表示内容を視認しづらくなる。【0121】
このような電子ミラーのモニタリング映像に係る虚像は、前方の実景に重畳させる必要がないものの、重畳させる必要がある虚像と同様の制御を行って、虚像や表示領域６の表示を上下方向に移動したり左右に回転させたりして調整してもよい。なお、この場合、調整の優先度は、前方の実景に重畳させる必要がある虚像に対して低くするようにしてもよい。【0122】
また、本実施の形態では、まず表示領域６内でソフトウェア的に虚像の表示状態を調整し、揺れの量が大きく虚像を表示領域６内に適切に表示できないような場合に、ミラー５２を回転や移動させることでハードウェア的に虚像の表示領域６自体の表示状態を調整するよう制御するものとしているが、逆の制御とすることもできる。すなわち、まずミラー５２を回転や移動させることでハードウェア的に虚像の表示領域６自体に揺れが生じないように調整する。そして、ミラー５２およびミラー駆動部５０の構造上の制約から生じる可動範囲の制限により、ミラー５２を最大限まで調整してもなお十分でない場合に、さらにソフトウェア的に虚像の表示状態を調整して補完するようにしてもよい。【0123】
また、本実施の形態の上記の例では、車両２の揺れを検知した場合に、前方の実景に対する虚像の表示位置の揺れを調整するものとしているが、多少の揺れは許容し、所定の閾値以上揺れた場合にのみ表示状態の調整を行う（閾値以上揺れないように留める）ように制御してもよい。運転者５によっては、車両２の多少の揺れに対しては、虚像も合わせて揺れた方が体感している揺れと一致して自然に感じられる場合もあり得るからである。【0124】
＜リアルタイム性の向上＞上述したような構成により、虚像や、虚像の表示領域６の表示状態を調整することで、虚像の表示に揺れが生じないように制御することができる。ここで、道路面の凹凸等による車両２の揺れは短周期となる場合がある。この場合、例えば、上記のような手法により虚像の表示状態を調整し終えたときに、既に対象の揺れが収まっていたり、違う方向への揺れに変わっていたりした場合には、調整が意味をなさなくなる。したがって、検知した揺れに対して可能な限り即時に対応することができる高いリアルタイム性が必要となる。
【0125】
そこで、本実施の形態では、第１および第２の姿勢センサ１１１により検知された角度の値（車両２の揺れを示す値）に基づいて虚像の表示の移動量や回転量（傾き）を都度計算するのではなく、検知された角度に応じた移動量や回転量をテーブルを参照して直接決定するものとして処理を簡略化する。本実施の形態では、取り得る範囲の様々な角度に対する虚像の表示の移動量や回転量の対応関係を、予め虚像調整量テーブルとして設定しておき、不揮発性メモリ２３等に保持しておく。【0126】
図２９は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像調整量テーブルの例について概要を示した図である。ここでは、第１および第２の姿勢センサ１１１それぞれについて、検知した角度に対する虚像の表示の移動量および回転量を設定した状態を示している。このテーブルを参照することにより、第１および第２の姿勢センサ１１１でそれぞれ検知された角度に対応する虚像の表示の移動量もしくは回転量を直接取得することができる。【0127】
なお、ＡＲ−ＨＵＤ１の表示領域６の仕様や特性は、ＡＲ−ＨＵＤ１毎に異なり、一意には定まらないため、各ＡＲ−ＨＵＤ１の仕様等に応じてテーブルの内容は異なり得る。例えば、図２９の左側の第１の姿勢センサ１１１に対するテーブルの例では、角度が±１０を超えるときの移動量が±６に丸められている。これは、当該ＡＲ−ＨＵＤ１では、±６以上虚像を移動させると表示領域６からはみ出してしまうため、移動量をそれ以下に制限していることを示している。また、角度が±５より小さいときの移動量がゼロに設定されていることから、±５より小さい角度は微小であるため揺れとして検知しない（すなわち、揺れを検知する閾値が±５である）ことを示している。【0128】
虚像調整量テーブルの内容は、ＡＲ−ＨＵＤ１毎の仕様等に加えて、ＡＲ−ＨＵＤ１を搭載する車両２の特性によっても異なり得る。例えば、車体の長さや幅、サスペンションの仕様等によって、最適な移動量や回転量は異なり得る。したがって、虚像調整量テーブルの設定内容は、ＡＲ−ＨＵＤ１自体の仕様や、これを搭載する車両２の仕様等に基づいて定められた最適な値であることが望ましい。例えば、各ＡＲ−ＨＵＤ１について、車両２の典型的な仕様毎に好適なデフォルト値が予め設定された虚像調整量テーブルを複数パターン保持しておき、実際に搭載された車両２の仕様に応じて自動もしくは手動により使用する虚像調整量テーブルを選択・決定するようにしてもよい。【0129】
なお、前方の実景に重畳して表示される虚像の表示状態のズレや、表示の揺れの程度等に対して感じる違和感は、運転者５の好み等によって異なり得る。また、同じ仕様のＡＲ−ＨＵＤ１が同じ車両２に搭載された場合であっても、通勤等で日常的によく走行する道路面の特性（平坦路が多いのか、凹凸路が多いのか等）によって、虚像の表示の揺れや傾きに対して運転者５が調整を希望する程度は異なり得る。また、例えば、運転者５が車両２のサスペンションやタイヤを変更した等の事情によっても表示の揺れやズレの程度が変化し得る。【0130】
そこで、本実施の形態では、運転者５が虚像の表示状態の調整の程度や感度を好みに応じて設定できる手段を設けるものとする。図３０は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における虚像の表示状態の調整の程度や感度を設定可能とする例について概要を示した図である。図３０（ａ）は、運転者５による設定を受け付けるためにＡＲ−ＨＵＤ１が表示領域６に表示するメニュー画面の例を示している。【0131】
ここでは、例えば、「表示位置調整量」として、虚像の表示を移動させる際の移動量を増減させるための設定と、「表示位置調整感度」として、虚像の表示状態の調整を行うための揺れの量の閾値を増減させるための設定を受け付けることができる。「表示位置調整量」において、例えば、図示するように「調整を強める」よう設定することで、運転者５が、車両２の揺れに伴う前方の実景に対する虚像の表示の揺れに対して、ＡＲ−ＨＵＤ１による表示状態の調整量が不足していると感じる場合に、虚像をさらに大きく移動や回転させるよう設定することができる。【0132】
このとき、例えば、ＥＣＵ２１により、図３０（ｂ）に示すように、虚像調整量テーブルの設定内容において、第１の姿勢センサ１１１で検知した角度に対する虚像の表示の移動量の絶対値を、元の内容から所定の値だけ自動的に大きくする。第２の姿勢センサ１１１で検知した角度に対する虚像の回転量の設定値についても同様である。なお、設定内容を変更したテーブルは、不揮発性メモリ２３に保持するが、その際、変更前の元の設定内容についても不揮発性メモリ２３に保持しておくようにする。これにより、図３０（ａ）の画面例に示すように、設定内容を「元に戻す」ことが可能となる。【0133】
同様に、図３０（ａ）のメニュー画面の「表示位置調整感度」において、例えば、図示するように「感度を弱める」よう設定することで、運転者５が、車両２の多少の揺れの際には虚像の表示状態を調整せずに自然に揺らしてほしいと感じる場合に、揺れとして判定する閾値を大きく設定して、車両２の多少の揺れでは虚像の表示状態を調整しないように設定することができる。具体的には、虚像調整量テーブルにおいて、虚像の表示の移動量や回転量がゼロではなくなる角度を大きく設定する（すなわち、移動量や回転量をゼロとする角度の範囲を大きく設定する）。【0134】
なお、運転者５が調整の程度や感度の設定を行う手法としては、図３０（ａ）のメニュー画面の例に示すように、「強める」「弱める」という指定による簡易的な設定に限らず、例えば、虚像調整量テーブルに設定する角度毎の移動量や回転量の値を運転者５が直接設定・編集できるような詳細設定モードを設けてもよい。また、第１および第２の姿勢センサ１１１等によって実際に検知された車両２の揺れや傾きの実績を蓄積し、これをＥＣＵ２１において解析して最適な設定値を自動的に設定もしくは推奨するようにしてもよい。【0135】
＜処理内容＞図３１は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置の通常動作の例について概要を示したフローチャートである。上述したように、本実施の形態では、実施の形態１の図７に示した通常動作の処理フローにおけるミラー調整処理（Ｓ２４）および振動補正処理（Ｓ２５）を改良し、表示状態調整処理（Ｓ３４）としている。ここでは、車両２が現在走行中の道路面の凹凸等に伴う車両２の揺れや傾きに対して、虚像や表示領域６の表示状態を移動・回転させて、揺れや傾きを抑えて車両２の前方の実景に虚像が適切に重畳するよう調整する。
【0136】
一方で、実施の形態１の図７の処理フローにおけるミラー調整処理（Ｓ２４）は、車両２が現在走行中の道路面の勾配に対して、前方の道路の勾配を考慮して表示領域６の表示位置を調整するものであり、本実施の形態での虚像の表示状態を調整する手法と両立し得るものである。したがって、図７の処理フローにおけるミラー調整処理（Ｓ２４）は維持しつつ、振動補正処理（Ｓ２５）について改良して、表示状態調整処理（Ｓ３４）とするようにしてもよい。なお、図３１の処理フローの他のステップは、実施の形態１の図７に示した処理フローにおける対応するステップと同様であるため、再度の説明は省略する。【0137】
図３２は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置における表示状態調整処理の例について概要を示したフローチャートである。表示状態調整処理を開始すると、まず、ＥＣＵ２１により、車両情報４に基づいて、第１および第２の姿勢センサ１１１により検知された角度の情報をそれぞれ取得する（Ｓ３４１）。そして、それぞれの角度の値が、車両２の揺れ（短周期での振動や傾き）によるものであるのか否かを判定する（Ｓ３４２）。例えば、前回の処理時（もしくは一定時間前）に検知された角度と今回検知された角度との差分が所定の閾値以上である場合に、揺れによるものであると判定する。すなわち、車両２自体は前後方向（ピッチ方向）や左右方向（ロール方向）に一定量傾いているものの、その状態が継続しているような場合には、車両２の状態に変動はなく、揺れていないものと判定する。【0138】
第１および第２の姿勢センサ１１１により検知されたいずれの角度も、車両２の揺れによるものでない場合（Ｓ３４２：Ｎｏ）は、そのまま表示状態調整処理を終了する。一方、少なくとも一方が車両２の揺れによるものである場合（Ｓ３４２：Ｙｅｓ）は、次に、車両２の揺れによる角度を検知した第１および第２の姿勢センサ１１１のそれぞれについて処理を行うループ処理を開始する（Ｓ３４３）。ループ処理では、まず、不揮発性メモリ２３に保持されている虚像調整量テーブルを参照し、対象の姿勢センサにより検知された角度に対応する虚像の表示状態の調整量（上下の移動量もしくは左右の回転量）の値を取得する（Ｓ３４４）。【0139】
そして、虚像の表示状態の調整量が所定の閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ３４５）。本実施の形態では、上述したように、まず表示領域６内でソフトウェア的に虚像の表示状態を調整し、揺れの量が大きく虚像を表示領域６内に適切に表示できないような場合に、ミラー５２を回転や移動させることでハードウェア的に虚像の表示領域６自体の表示状態を調整するよう制御するものとする。したがって、ここでは、虚像の調整量が、表示領域６内に適切に表示できなくなるほど大きいか否かを判定する。虚像の表示状態の調整量が所定の閾値より大きい場合（Ｓ３４５：Ｙｅｓ）は、ミラー５２を回転や移動させて調整するミラー状態調整処理を行う（Ｓ３４６）。【0140】
図３３は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置におけるミラー状態調整処理の例について概要を示したフローチャートである。ここでの処理内容は、実施の形態１の図７の処理フローにおけるミラー調整処理（Ｓ２４）の処理内容（図１０の処理フロー）と基本的には同様であるため、再度の詳細な説明は省略する。【0141】
実施の形態１のミラー調整処理（Ｓ２４）は、虚像の表示領域６を上下方向に移動させるため、ミラー５２を目標の角度まで回転させるものである。これに対し、本実施の形態のミラー状態調整処理（Ｓ３４６）は、図２６に示したように、さらにミラー５２を移動させたり、ｚ軸を中心に回転させたりすることも可能であり、これらを組み合わせてミラー５２の状態を目標の状態に調整するものである。これにより、虚像の表示領域６自体の表示状態を、適切な位置まで上下方向に移動させたり、左右方向に回転させたりすることができる。【0142】
図３２に戻り、上記のステップＳ３４４〜Ｓ３４６の一連の処理を、車両２の揺れによる角度を検知した第１および第２の姿勢センサ１１１のそれぞれについて繰り返すと、ループ処理を終了する（Ｓ３４７）。【0143】
その後、現状でのミラー５２の状態に伴う虚像の表示領域６の表示状態に基づいて、その中に表示する虚像の表示ズレ量（車両２の前方の実景に対する移動量および／または回転量）を算出する（Ｓ３４８）。そして、算出した表示ズレ量に基づいて、ＥＣＵ２１でのソフトウェア的な処理により、表示領域６内での虚像の表示状態を上下方向に移動させたり、左右方向に回転させたり等の調整を行い（Ｓ３４９）、一連の表示状態調整処理を終了する。【0144】
以上に説明したように、本発明の実施の形態２であるヘッドアップディスプレイ装置によれば、車両２に生じる揺れの複雑な各種態様に対しても、前方の実景に対する虚像の揺れを柔軟に抑制し、適切な位置に重畳させるよう表示することが可能である。また、虚像の表示状態の調整量を、都度計算するのではなく、第１および第２の姿勢センサ１１１により検知された角度に基づいて虚像調整量テーブルから直接取得する構成とすることで、虚像の表示状態の調整におけるリアルタイム性を維持し、運転者５に与える違和感を低減することができる。【0145】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。【産業上の利用可能性】
【0146】
本発明は、ＡＲを利用したヘッドアップディスプレイ装置に利用可能である。【符号の説明】
【0147】
１…ＡＲ−ＨＵＤ、２…車両、３…ウィンドシールド、４…車両情報、５…運転者、６…表示領域、１０…車両情報取得部、
２０…制御部、２１…ＥＣＵ、２２…音声出力部、２３…不揮発性メモリ、２４…メモリ、２５…光源調整部、２６…歪み補正部、２７…表示素子駆動部、２８…表示距離調整部、２９…ミラー調整部、
３０…映像表示装置、３０ａ…プロジェクタ、３０ｂ…ＬＣＤ、３１…光源、３２…照明光学系、３３…表示素子、
４０…表示距離調整機構、４１ａ…拡散板、４１ｂ…拡散板、４１ｃ…可動式拡散板、４２ａ…レンズ、４２ｂ…可動式レンズ、４３ａ…可動式光学フィルタ、４３ｂ…くし状光学フィルタ、
５０…ミラー駆動部、５１…ミラー、５１ａ…ミラー、５１ｂ…調光ミラー、５２…ミラー、５３ａ〜ｃ…ミラー駆動軸Ａ〜Ｃ、５４ａ…支持部材、５４ｂ…ミラー保持部材、
６０…スピーカ、
１０１…車速センサ、１０２…シフトポジションセンサ、１０３…ハンドル操舵角センサ、１０４…ヘッドライトセンサ、１０５…照度センサ、１０６…色度センサ、１０７…測距センサ、１０８…赤外線センサ、１０９…エンジン始動センサ、１１０…加速度センサ、１１１…姿勢センサ、１１２…温度センサ、１１３…路車間通信用無線受信機、１１４…車車間通信用無線受信機、１１５…カメラ（車内）、１１６…カメラ（車外）、１１７…ＧＰＳ受信機、１１８…ＶＩＣＳ受信機、
２８１…機能性液晶フィルムＯＮ／ＯＦＦ制御部、２８２…レンズ可動部、２８３…調光ミラーＯＮ／ＯＦＦ制御部、２８４…拡散板可動部、２８５…光学フィルタ可動部、
４０１…機能性液晶フィルム、４０２…レンズ可動機構、４０３…調光ミラー、４０４…拡散板可動機構、４０５…光学フィルタ可動機構