特開 2024-171923 画像投影装置および画像投影方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024171923

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】画像投影装置および画像投影方法

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/74 20060101AFI20241205BHJP

   G02B 27/01 20060101ALI20241205BHJP

   G09G 5/00 20060101ALI20241205BHJP

   G09G 5/38 20060101ALI20241205BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

H04N5/74 Z

G02B27/01

G09G5/00 550C

G09G5/00 510B

G09G5/38 100

B60K35/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089286

(22)【出願日】2023-05-30

(71)【出願人】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001667

【氏名又は名称】弁理士法人プロウィン

(72)【発明者】

【氏名】一井 世界

【テーマコード（参考）】

2H199

3D344

5C058

5C182

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA13

2H199DA14

2H199DA15

2H199DA17

2H199DA18

2H199DA27

2H199DA30

2H199DA46

3D344AA19

3D344AA21

3D344AA26

3D344AA27

3D344AC25

5C058BA35

5C058EA03

5C058EA26

5C058EA54

5C182AA03

5C182AA04

5C182AA05

5C182AB25

5C182AB31

5C182BA29

5C182CB42

5C182CC24

(57)【要約】

【課題】車両のピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能な画像投影装置および画像投影方法を提供する。
【解決手段】表示部を介して虚像を投影する画像投影装置（１００）であって、虚像を形成するための画像を画像表示光として照射する画像照射部（１４０）と、車両に加わる加速度を取得する加速度取得部（１１０）と、車両の運転状態情報を取得する車両情報取得部（１２０）と、加速度および運転状態情報に基づいて画像の表示位置を補正する画像位置補正部（１３０）を備える画像投影装置（１００）。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示部を介して虚像を投影する画像投影装置であって、
前記虚像を形成するための画像を画像表示光として照射する画像照射部と、
車両に加わる加速度を取得する加速度取得部と、
前記車両の運転状態情報を取得する車両情報取得部と、
前記加速度および前記運転状態情報に基づいて前記画像の表示位置を補正する画像位置補正部を備えることを特徴とする画像投影装置。

【請求項2】

請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記運転状態情報は、前記車両の車速情報を含み、
前記画像位置補正部は、前記車速情報から算出される走行要因加速度に基づいて前記表示位置を補正することを特徴とする画像投影装置。

【請求項3】

請求項２に記載の画像投影装置であって、
前記運転状態情報は、前記車両のステアリング角度情報を含み、
前記画像位置補正部は、前記車速情報および前記ステアリング角度情報から算出される遠心力に基づいて前記表示位置を補正することを特徴とする画像投影装置。

【請求項4】

請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記画像位置補正部は、前記加速度および前記運転状態情報に基づいて前記虚像の結像位置の変化量を算出し、前記変化量を相殺する方向に前記画像の前記表示位置を補正することを特徴とする画像投影装置。

【請求項5】

請求項１に記載の画像投影装置であって、
前記画像は、前記表示部から所定距離で結像される近方画像と、前記近方画像よりも前記表示部から遠い距離で結像される遠方画像とを含み、
前記画像位置補正部は、少なくとも前記遠方画像の前記表示位置を補正することを特徴とする画像投影装置。

【請求項6】

請求項５に記載の画像投影装置であって、
前記近方画像の前記表示位置を補正することを特徴とする画像投影装置。

【請求項7】

請求項６に記載の画像投影装置であって、
前記遠方画像における前記表示位置の補正量は、前記近方画像における前記表示位置の補正量よりも大きいことを特徴とする画像投影装置。

【請求項8】

表示部を介して虚像を投影する画像投影方法であって、
前記虚像を形成するための画像を画像表示光として照射する画像照射工程と、
車両に加わる加速度を取得する加速度取得工程と、
前記車両の運転状態情報を取得する車両情報取得工程と、
前記加速度および前記運転状態情報に基づいて前記画像の表示位置を補正する画像位置補正工程を備えることを特徴とする画像投影方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像投影装置および画像投影方法に関し、特に虚像を表示するための表示部に対して投影画像を照射する画像投影装置および画像投影方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、車両内に各種情報を表示する装置として、アイコンを点灯表示する計器盤が用いられている。また、表示する情報量の増加とともに、計器盤に画像表示装置を埋め込むことや、計器盤全体を画像表示装置で構成することも提案されている。

【0003】

しかし、計器盤は車両のフロントガラス（ウィンドシールド）より下方に位置しているため、計器盤に表示された情報を運転者が視認するには、運転中に視線を下方に移動させる必要があるため好ましくない。そこで、フロントガラスに画像を投影して、運転者が車両の前方を視認したときに情報を読み取れるようにするヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）も提案されている（例えば、特許文献１，２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１１９２４８号公報

【特許文献2】特開２０１９－１１９２６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような従来の画像投影装置では、車両のウィンドシールド（表示部）に対して画像照射部から画像光を照射し、運転者はウィンドシールドで反射された画像光と車両前方の背景を重ね合わせて視認することができる。図９は、画像投影装置による虚像の投影と、車両のピッチングによる虚像の揺れを説明する模式図である。図９に実線で示したように、路面上を車両Ｃが走行している際に、画像投影装置が虚像Ｐをウィンドシールドを介して車両Ｃの先方に投影する。車両Ｃにピッチングが生じた場合には、図９中に破線で示したように、車両Ｃの傾斜に伴って虚像Ｐ’の投影方向も変化する。

【0006】

図９に示したように、車両Ｃに搭載された画像投影装置は、ウィンドシールドの相対的な位置関係は変化しないため、積載物や路面の凹凸によって車両の前後方向への傾斜角度が変動しピッチングが生じた場合には、背景上での虚像の表示位置も変動してしまう。一般的に運転者の視線方向は、車両Ｃにピッチングが生じた場合でも大きく変化せず、背景の所定位置を視認し続ける傾向がある。これにより、運転者には虚像ＰがＰ’方向に振動しているように感じられるという問題が生じていた。

【0007】

そこで本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、車両のピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能な画像投影装置および画像投影方法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】

上記課題を解決するために、本発明の画像投影装置は、表示部を介して虚像を投影する画像投影装置であって、前記虚像を形成するための画像を画像表示光として照射する画像照射部と、車両に加わる加速度を取得する加速度取得部と、前記車両の運転状態情報を取得する車両情報取得部と、前記加速度および前記運転状態情報に基づいて前記画像の表示位置を補正する画像位置補正部を備えることを特徴とする。

【0009】

このような本発明の画像投影装置では、画像位置補正部が加速度および運転状態情報に基づいて画像の表示位置を補正するため、車両のピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能となる。

【0010】

また、本発明の一態様では、前記運転状態情報は、前記車両の車速情報を含み、前記画像位置補正部は、前記車速情報から算出される走行要因加速度に基づいて前記表示位置を補正する。

【0011】

また、本発明の一態様では、前記運転状態情報は、前記車両のステアリング角度情報を含み、前記画像位置補正部は、前記車速情報および前記ステアリング角度情報から算出される遠心力に基づいて前記表示位置を補正する。

【0012】

また、本発明の一態様では、前記画像位置補正部は、前記加速度および前記運転状態情報に基づいて前記虚像の結像位置の変化量を算出し、前記変化量を相殺する方向に前記画像の前記表示位置を補正する。

【0013】

また、本発明の一態様では、前記画像は、前記表示部から所定距離で結像される近方画像と、前記近方画像よりも前記表示部から遠い距離で結像される遠方画像とを含み、前記画像位置補正部は、少なくとも前記遠方画像の前記表示位置を補正する。

【0014】

また、本発明の一態様では、前記近方画像の前記表示位置を補正することを特徴とする。

【0015】

また、本発明の一態様では、前記遠方画像における前記表示位置の補正量は、前記近方画像における前記表示位置の補正量よりも大きい。

【0016】

また上記課題を解決するために、本発明の画像投影方法は、表示部を介して虚像を投影する画像投影方法であって、前記虚像を形成するための画像を画像表示光として照射する画像照射工程と、車両に加わる加速度を取得する加速度取得工程と、前記車両の運転状態情報を取得する車両情報取得工程と、前記加速度および前記運転状態情報に基づいて前記画像の表示位置を補正する画像位置補正工程を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0017】

本発明では、車両のピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能な画像投影装置および画像投影方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１実施形態に係る画像投影装置を用いた遠方画像と近方画像の投影を説明する模式図である。

【図2】第１実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示すブロック図である。

【図3】加速度センサーによる加速度の測定と運転状態情報の関係を示すグラフであり、図３（ａ）は平坦面での車両Ｃの静止状態を示し、図３（ｂ）は静止状態で車両Ｃが傾いた状態を示し、図３（ｃ）は加減速状態で車両Ｃが傾いた状態を示している。

【図4】第１実施形態に係る画像投影方法の工程を示すフローチャートである。

【図5】第１実施形態における画像の表示領域と補正を示す模式図であり、図５（ａ）は平坦面での静止状態を示し、図５（ｂ）は車両Ｃが上向きに揺れた状態を示し、図５（ｃ）は車両Ｃが下向きに揺れた状態を示している。

【図6】第２実施形態における画像の表示領域と補正を示す模式図であり、図６（ａ）は平坦面での静止状態を示し、図６（ｂ）は車両Ｃが上向きに揺れた状態を示し、図６（ｃ）は車両Ｃが下向きに揺れた状態を示している。

【図7】第３実施形態における画像の表示領域と補正を示す模式図であり、図７（ａ）は平坦面での静止状態を示し、図７（ｂ）は車両Ｃが上向きに揺れた状態を示し、図７（ｃ）は車両Ｃが下向きに揺れた状態を示している。

【図8】第４実施形態に係る画像投影方法の工程を示すフローチャートである。

【図9】画像投影装置による虚像の投影と、車両のピッチングによる虚像の揺れを説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態に係る画像投影装置を用いた遠方画像と近方画像の投影を説明する模式図である。図１に示すように、画像投影装置は、画像表示部１と、反射鏡２と、自由曲面ミラー３と、光分岐部４と、自由曲面ミラー５と、ウィンドシールド６を備えている。

【0020】

画像表示部１は、制御部からの画像情報に基づいて、画像を含んだ光照射する部分である。画像表示部１の具体的構成は限定されず、例えば液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、レーザ光源と光変調素子の組み合わせ等の従来公知のものを用いることができる。図１に示した例では、液晶表示装置の背面側から発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）により光を照射するものを用いている。後述するように、画像表示部１は、遠方画像と近方画像をそれぞれ表示する遠方表示領域と近方表示領域を含んで構成されている。遠方表示領域に表示される遠方画像としては、注意喚起の画像や緊急情報等の運転に関する補助的な情報が挙げられる。また、近方表示領域に表示される近方画像としては、速度と音量インジケータ、進行方向ガイド等が挙げられる。

【0021】

反射鏡２は、画像表示部１から照射された第２画像光が入射し、第１画像光を自由曲面ミラー３方向に反射する光学部材である。図１に示した例では、反射鏡２として凸面形状のミラーを示しているが、第１画像光を虚像として投影するために必要な光学設計されたものを用いることができ、必要に応じて凹面鏡、平面鏡、自由曲面ミラー等を用いることができる。また、反射鏡２を省略して、画像表示部１からの第１画像光が自由曲面ミラー３に直接入射するとしてもよい。

【0022】

自由曲面ミラー３は、自由曲面ミラー５で反射された第１画像光および反射鏡２で反射された第２画像光が入射し、ウィンドシールド６方向に第２画像光を反射する凹面鏡である。自由曲面ミラー３の反射面は、ウィンドシールド６を介して虚像７．８として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。

【0023】

光分岐部４は、画像表示部１から照射される画像の光を分岐する光学部材であり、少なくとも遠方表示領域で表示される第１画像を第１画像光とし、近方表示領域で表示される第２画像を第２画像光として分岐する。光分岐部４は光を分岐する光学部材であれば構造は限定されず、プリズムを用いるとしてもよく、反射鏡で光の入射角と反射角を異ならせる等の手法を用いるとしてもよい。図１に示した例では光分岐部４としてプリズムを用い、プリズムを画像表示部１の遠方表示領域に重ねて配置している。したがって、遠方表示領域から照射された第１画像光は光分岐部４によって第２画像光とは異なる経路で自由曲面ミラー５で反射されて自由曲面ミラー３に到達する。また、近方表示領域から照射された第２画像光は反射鏡２で反射されて自由曲面ミラー３に到達する。

【0024】

ここで、光分岐部４を画像表示部１に重ねて配置するとは、平面視において光分岐部４を配置した領域が画像表示部１の画像表示領域と重複することを意味している。また、光分岐部４と画像表示部１が接触している場合も非接触の場合も重ねて配置に含まれるものとする。また、光分岐部４と画像表示部１の間に光を透過する光学部材や、両者の間隔を維持するための保持部材を介在させている場合も、重ねて配置に含まれる。

【0025】

自由曲面ミラー５は、光分岐部４を介して第１画像光が入射し、第１画像光を自由曲面ミラー３方向に反射する光学部材である。自由曲面ミラー５の反射面は、ウィンドシールド６を介して虚像８として投影するために、運転者の視点方向に光径が拡大するように設計されている。ここで、視点方向に光径が拡大するとは、反射後に光径が一貫して拡大する場合だけでなく、光径が縮小して中間地点において結像した後に拡大する場合も含む。

【0026】

ウィンドシールド６は、車両Ｃの運転席前方に設けられて可視光を透過する部分である。ウィンドシールド６は、車両Ｃの内側面では自由曲面ミラー３から入射した第１画像光および第２画像光を視点方向に対して反射し、車両Ｃの外部からの光を視点方向に対して透過するため、本発明における表示部に相当している。ここでは表示部としてウィンドシールド６を用いた例を示したが、ウィンドシールド６とは別に表示部としてコンバイナーを用意し、自由曲面ミラー３からの光を視点方向に反射するとしてもよい。また、車両Ｃの前方に位置するものに限定されず、搭乗者の視点に対して画像を投影するものであれば側方や後方に配置するとしてもよい。

【0027】

虚像７，８は、ウィンドシールド６で反射された第１画像光および第２画像光が運転者等の視点（アイボックス）に到達した際に、空間中に結像されたように表示される画像である。虚像７，８が結像される位置は、画像表示部１から照射された光が、反射鏡２、自由曲面ミラー３、自由曲面ミラー５およびウィンドシールド６で反射された後に視点方向に進行する際の拡がり角度によって決まる。

【0028】

図１に示した画像投影装置では、画像表示部１から照射された光の一部は光分岐部４で分岐されて自由曲面ミラー５、自由曲面ミラー３およびウィンドシールド６で反射されて運転者の視点に到達し、遠方に虚像８が結像される。画像表示部１から照射された光の他の一部は、反射鏡２、自由曲面ミラー３およびウィンドシールド６で反射されて運転者の視点に到達し、近方に虚像７が結像される。これにより画像投影装置では、水平方向から数度下方の遠方（図１中では運転者から１５ｍ程度）に虚像８が投影され、運転者が運転支援情報を視認するための視線移動を小さくすることができる。また、さらに下方の近方（図１中では運転者から３ｍ程度）に虚像７が投影され、視線を移動することで車速表示等を良好に視認することができる。

【0029】

図１に示した例では、画像投影装置の投影光学系として、反射鏡２、自由曲面ミラー３、光分岐部４および自由曲面ミラー５を備えた例を示したが、さらに他の光学部材として反射鏡やレンズを備えるとしてもよい。また、図１では遠方画像と近方画像をそれぞれ虚像７，８として異なる位置に投影した例を示したが、一つの画像を投影するものであってもよい。

【0030】

図２は、本実施形態に係る画像投影装置１００の構成を示すブロック図である。図２に示すように画像投影装置１００は、加速度取得部１１０と、車両情報取得部１２０と、画像位置補正部１３０と、画像照射部１４０を備えている。また画像投影装置１００は、加速度センサー２００、車両制御部３００および画像生成部４００から情報を取得可能とされている。また、画像投影装置１００は、各部と情報通信可能に接続されて、各部を制御する制御部を備えている（図示省略）。制御部の構成は限定されないが、一例として情報処理を行うためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、メモリ装置、記録媒体、情報通信装置等を備えるものが挙げられる。制御部は、予め定められたプログラムに従って各部の動作を制御する。

【0031】

加速度センサー２００は、車両Ｃに搭載されて車両Ｃに加わる加速度を検出する部分である。加速度センサー２００が検出した加速度は、加速度取得部１１０に伝達される。加速度センサー２００の具体的な構成は限定されず、車両Ｃに搭載された従来公知の９軸センサー装置等を用いることができる。また、図２では加速度センサー２００を画像投影装置１００の外部に設けた例を示したが、画像投影装置１００の内部に設けるとしてもよい。

【0032】

車両制御部３００は、車両Ｃを構成する各部の動作状態を運転状態情報として取得する部分である。車両制御部３００が取得した運転状態情報は、車両情報取得部１２０に伝達される。車両制御部３００が取得する運転状態情報としては、例えば車両Ｃの移動速度である車速情報や、ステアリングの角度であるステアリング角度情報速度が挙げられる。車両制御部３００の具体的構成は限定されず、例えば車両Ｃに搭載されたＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）を用いることができる。

【0033】

画像生成部４００は、画像照射部１４０から照射する画像情報を生成する部分である。画像生成部４００が生成した画像情報は、画像位置補正部１３０に伝達される。画像生成部４００が生成する画像は、静止画であっても動画であってもよい。画像生成部４００が生成する画像の内容は限定されないが、上述したように、注意喚起の画像や緊急情報等の運転に関する補助的な情報や、速度と音量インジケータ、進行方向ガイド等が挙げられる。

【0034】

加速度取得部１１０は、加速度センサー２００から加速度を取得し、画像位置補正部１３０に加速度の情報を伝達する部分である。加速度取得部１１０は、画像投影装置１００に設けられた制御部によって所定のプログラムが実行されることで実現される機能である。図２に示した例では、加速度取得部１１０は画像投影装置１００の外部に設けられた加速度センサー２００から加速度を取得するとしたが、加速度センサー２００と加速度取得部１１０を一体として画像投影装置１００に設けるとしてもよい。

【0035】

車両情報取得部１２０は、車両制御部３００から運転状態情報を取得し、画像位置補正部１３０に運転状態情報を伝達する部分である。車両情報取得部１２０は、画像投影装置１００に設けられた制御部によって所定のプログラムが実行されることで実現される機能である。図２に示した例では、車両情報取得部１２０は画像投影装置１００の外部に設けられた車両制御部３００から運転状態情報を取得するとしたが、車両制御部３００と車両情報取得部１２０を一体として画像投影装置１００に設けるとしてもよい。

【0036】

画像位置補正部１３０は、画像生成部４００から画像情報を取得し、加速度取得部１１０から加速度を取得し、車両情報取得部１２０から運転状態情報を取得するとともに、加速度と運転状態情報に基づいて、画像照射部１４０から照射される画像光の補正を行う部分である。画像位置補正部１３０は、画像投影装置１００に設けられた制御部によって所定のプログラムが実行されることで実現される機能である。図２に示した例では、画像位置補正部１３０は画像投影装置１００の外部に設けられた画像生成部４００から画像情報を取得するとしたが、画像生成部４００と画像位置補正部１３０を一体として画像投影装置１００に設けるとしてもよい。また、画像位置補正部１３０の具体的な構成は限定されず、画像照射部１４０上での表示位置が変化するように、画像生成部４００で生成された画像を所定量だけシフトさせるとしてもよく、投影光学系の角度を物理的に移動させるとしてもよい。

【0037】

画像照射部１４０は、画像情報に基づいて虚像７，８をウィンドシールド６を介して投影する部分である。図１に示した例では、画像表示部１、反射鏡２、自由曲面ミラー３、光分岐部４、自由曲面ミラー５の組み合わせが、画像照射部１４０に相当している。

【0038】

図３は、加速度センサーによる加速度の測定と運転状態情報の関係を示すグラフであり、図３（ａ）は平坦面での車両Ｃの静止状態を示し、図３（ｂ）は静止状態で車両Ｃが傾いた状態を示し、図３（ｃ）は加減速状態で車両Ｃが傾いた状態を示している。図中のＸ軸は地表面の水平方向を示しており、車両Ｃの前方に向かって図中右から左に向かって正方向とされている。また、図中のＺ軸は地表面の重力方向を示しており、車両Ｃの上方に向かって図中下から上に向かって正方向とされている。ここで、加速度センサー２００の車両Ｃの前後方向に加わる加速度をａｘとし、車両Ｃの上下方向に加わる加速度をａｚとする。また、地表面の座標系であるＸ軸と、車両Ｃの座標系であるａｘ軸との成す角（傾斜角度）をθとする。

【0039】

図３（ａ）では、車両Ｃが平坦面で静止しているため、車両Ｃに加わる加速度はＺ軸の負方向に重力方向の１Ｇ（９．８ｍ／ｓ^２）である。また平坦面での静止状態であるため、Ｘ軸とａｘ軸の傾斜角度θ＝０であり、ａｚ＝１．０、ａｘ＝０の加速度が検出される。

【0040】

図３（ｂ）では、車両Ｃが傾斜面で静止しているため、車両Ｃに加わる加速度はＺ軸の負方向に重力方向の１Ｇである。また、傾斜面での静止状態であるため、傾斜面に垂直な方向であるａｚ軸方向にａｚ＝１．０×ｃｏｓθ、傾斜面に平行な方向であるａｘ軸方向にａｘ＝１．０×ｓｉｎθの加速度が検出される。したがって、ｔａｎθ＝（ａｘ／ａｚ）の関係が成立し、θ＝ａｒｃｔａｎ（ａｘ／ａｚ）となる。よって、加速度センサー２００で検出された加速度のａｘ成分とａｚ成分から傾斜面の傾斜角度θを算出することができる。

【0041】

図３（ｃ）では、車両Ｃが傾斜面に沿って走行しているため、車両ＣにはＺ軸の負方向に重力方向の１Ｇが加わるとともに、傾斜面に沿っての加減速から走行要因加速度αが加わる。ここで走行要因加速度αは、車両Ｃの加減速に伴って加わる加速度であるから、車両情報取得部１２０が取得した運転状態情報から算出することが可能である。一例としては、運転状態情報に含まれる車速情報を時間微分することで、車両Ｃの加減速に伴う走行要因加速度αを算出することができる。

【0042】

また、傾斜面での走行状態であるため、傾斜面に垂直な方向であるａｚ軸方向にａｚ＝１．０×ｃｏｓθ、傾斜面に平行な方向であるａｘ軸方向にａｘ＝α＋１．０×ｓｉｎθの加速度が検出される。したがって、ｔａｎθ＝（（ａｘ－α）／ａｚ）の関係が成立し、θ＝ａｒｃｔａｎ（（ａｘ－α）／ａｚ）となる。よって、加速度センサー２００で検出された加速度のａｘ成分とａｚ成分、および走行要因加速度αから、傾斜面の傾斜角度θを算出することができる。

【0043】

図４は、本実施形態に係る画像投影方法の工程を示すフローチャートである。図４に示すように本実施形態の画像投影方法は、画像位置補正部１３０が加速度取得工程と、車両情報取得工程と、画像位置補正工程を実行し、画像照射部１４０での画像の表示位置を補正することで実現される。また、画像位置補正工程はさらに車速判定工程と、走行要因加速度算出工程と、加速度補正工程と、角度計算工程とを備えている。

【0044】

はじめにステップＳ１の加速度取得工程では、画像位置補正部１３０は加速度のデータを加速度取得部１１０から取得する。次にステップＳ２の車両情報取得工程では、画像位置補正部１３０は車速情報を含む運転状態情報を車両情報取得部１２０から取得する。ここでは加速度取得工程後に車両情報取得工程を実行する例を示したが、順番は限定されず逆であってもよく、両工程を同時に実行するとしてもよい。

【0045】

次にステップＳ３の車速判定工程では、画像位置補正部１３０は運転状態情報に含まれる車速がゼロか否かを判断し、ゼロである場合にはステップＳ６に移行し、ゼロでない場合にはステップＳ４に移行する。なお、車速判定工程を実行する例を示したが、車速判定工程を省略して車速に関わらずステップＳ４に移行するとしてもよい。

【0046】

次にステップＳ４の走行要因加速度算出工程では、画像位置補正部１３０は運転状態情報に含まれる車速から、走行要因加速度αを算出する。より具体的には、例えば時刻ｔ１における車速ｖ１と、時刻ｔ２における車速ｖ２から、α＝（ｖ２－ｖ１）／（ｔ２－ｔ１）を求める。運転状態情報に車速だけではなく走行要因加速度αが含まれている場合には、走行要因加速度算出工程を省略することができる。また、車速判定工程を実施せず走行要因加速度算出工程を実行した場合には、車速ｖ１、ｖ２が０であるため走行要因加速度α＝０となる。

【0047】

次にステップＳ５の加速度補正工程では、画像位置補正部１３０は加速度センサー２００で検出した車両Ｃの座標軸における加速度のａｘ成分から走行要因加速度αの差分をとり、傾斜により生じる加速度を（ａｘ－α）とａｚに補正する。次にステップＳ６の角度計算工程では、画像位置補正部１３０は補正した加速度の（ａｘ－α）とａｚから、θ＝ａｒｃｔａｎ（（ａｘ－α）／ａｚ）で傾斜角度θを算出する。ここで、加速度補正工程と角度計算工程を別工程として記述したが、両工程を一つの工程で実行するとしてもよい。また、車速判定工程で車速がゼロと判断された場合には、走行要因加速度α＝０としてθ＝ａｒｃｔａｎ（ａｘ／ａｚ）で傾斜角度θを算出する。

【0048】

次にステップＳ７の画像位置補正工程では、画像位置補正部１３０は角度計算工程で算出された傾斜角度θに基づいて、画像照射部１４０から照射される画像の表示位置を補正する。上述したように、傾斜角度θは加速度取得部１１０が取得した加速度と、車両情報取得部１２０が取得した運転状態情報に基づいて算出されたものであるから、画像の表示位置の補正は加速度および運転状態情報に基づいたものである。また、表示位置補正工程の後には、画像照射部１４０は画像照射工程を実行し、補正された画像の表示位置となるように画像表示光の投影を行う。具体的な表示位置の補正については後述する。表示位置補正工程が終了すると、再びステップＳ１に移行して画像投影方法を繰り返し実行する。

【0049】

図５は、本実施形態における画像の表示領域と補正を示す模式図であり、図５（ａ）は平坦面での静止状態を示し、図５（ｂ）は車両Ｃが上向きに揺れた状態を示し、図５（ｃ）は車両Ｃが下向きに揺れた状態を示している。図中に示した外枠は、画像照射部１４０において画像を表示することが可能な全域である全表示領域１０を模式的に示している。全表示領域１０の一部は遠方表示領域１１であり、他の一部は近方表示領域１２である。遠方表示領域１１には第１画像（遠方画像）が表示され、近方表示領域１２には第２画像（近方画像）が表示される。図中に破線で示した領域は、遠方表示領域１１の基準の位置である。

【0050】

図５（ａ）に示した例は、平坦面での静止状態であり、全表示領域１０の基準の位置に遠方表示領域１１と近方表示領域１２が設定されている。ここでは平坦面の静止状態を基準の位置としたが、角度計算工程で算出された傾斜角度θ＝０の場合には、車両Ｃが一定速度で走行中であっても加減速中であっても遠方表示領域１１と近方表示領域１２を基準の位置に設定する。

【0051】

図５（ｂ）に示した例は、車両Ｃが上向きの矢印方向に揺れて、背景に対して全表示領域１０が上方に移動してしまう場合である。この場合には、遠方表示領域１１は、全表示領域１０の移動を相殺するために下向の矢印方向に補正して設定される。全表示領域１０の変化量Δｈは、角度計算工程で算出された傾斜角度θから算出することができるため、遠方表示領域１１を全表示領域１０に対してΔｈだけ下方に移動させるように補正することが好ましい。

【0052】

図５（ｃ）に示した例は、車両Ｃが下向きの矢印方向に揺れて、背景に対して全表示領域１０が下方に移動してしまう場合である。この場合には、遠方表示領域１１は、全表示領域１０の移動を相殺するために上向の矢印方向に補正して設定される。全表示領域１０の変化量Δｈは、角度計算工程で算出された傾斜角度θから算出することができるため、遠方表示領域１１を全表示領域１０に対してΔｈだけ上方に移動させるように補正することが好ましい。

【0053】

図５（ｂ）（ｃ）では、全表示領域１０の変化量Δｈと同じ量だけ遠方表示領域１１を補正したが、Δｈを相殺する方向に補正していれば変化量Δｈよりも大きくても小さくてもよい。また、全表示領域１０に変化量Δｈが生じた際に、即時に遠方表示領域１１の位置を補正するとしてもよく、所定の時定数を持たせて時間経過を伴って緩やかに位置を補正するとしてもよい。

【0054】

上述したように、本実施形態の画像投影装置１００および画像投影方法では、画像位置補正部１３０が加速度および運転状態情報に基づいて画像の表示位置を補正するため、車両Ｃのピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能となる。また、虚像８は運転者の視点位置から結像位置までの距離が遠く、振動による結像位置のブレによって生じる背景とのずれが大きくなりやすい。したがって、遠方表示領域１１の位置を補正することで、虚像８と背景との位置ずれを抑制して視認性を向上させる効果を高めることができる。

【0055】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図６は、本実施形態における画像の表示領域と補正を示す模式図であり、図６（ａ）は平坦面での静止状態を示し、図６（ｂ）は車両Ｃが上向きに揺れた状態を示し、図６（ｃ）は車両Ｃが下向きに揺れた状態を示している。第１実施形態では、遠方表示領域１１の位置だけを補正したが、本実施形態では遠方表示領域１１の位置と近方表示領域１２の位置を同様に補正する。

【0056】

図６（ａ）に示した例は、平坦面での静止状態であり、全表示領域１０の基準の位置に遠方表示領域１１と近方表示領域１２が設定されている。図６（ｂ）（ｃ）に示した例は、車両Ｃが矢印方向に揺れて、背景に対して全表示領域１０が上方または下方に移動してしまう場合である。この場合には、遠方表示領域１１および近方表示領域１２は、全表示領域１０の移動を相殺する方向に補正して設定される。

【0057】

本実施形態の画像投影装置１００および画像投影方法でも、画像位置補正部１３０が加速度および運転状態情報に基づいて画像の表示位置を補正するため、車両Ｃのピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能となる。また、遠方表示領域１１と近方表示領域１２の位置を補正することで、虚像７，８と背景との位置ずれを抑制して視認性を向上させる効果を高めることができる。

【0058】

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図７を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図７は、本実施形態における画像の表示領域と補正を示す模式図であり、図７（ａ）は平坦面での静止状態を示し、図７（ｂ）は車両Ｃが上向きに揺れた状態を示し、図７（ｃ）は車両Ｃが下向きに揺れた状態を示している。第２実施形態では、遠方表示領域１１と近方表示領域１２の位置を同様に補正したが、本実施形態では遠方表示領域１１と近方表示領域１２の補正量を異ならせる。

【0059】

図７（ａ）に示した例は、平坦面での静止状態であり、全表示領域１０の基準の位置に遠方表示領域１１と近方表示領域１２が設定されている。図７（ｂ）（ｃ）に示した例は、車両Ｃが矢印方向に揺れて、背景に対して全表示領域１０が上方または下方に移動してしまう場合である。この場合には、遠方表示領域１１および近方表示領域１２は、全表示領域１０の移動を相殺する方向に補正して設定される。このとき、虚像８は運転者の視点位置から結像位置までの距離が遠く、振動による結像位置のブレによって生じる背景とのずれが大きくなりやすいため、遠方表示領域１１の補正量を近方表示領域１２の補正量よりも大きくすることが好ましい。

【0060】

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図８を用いて説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。図８は、本実施形態に係る画像投影方法の工程を示すフローチャートである。図８に示すように本実施形態の画像投影方法は、車両情報取得工程でステアリング角度を取得し、画像位置補正工程においてステアリング角度判断工程と遠心力算出工程を備えている。

【0061】

はじめにステップＳ１１の加速度取得工程では、加速度のデータを加速度取得部１１０から取得する。次にステップＳ１２の車両情報取得工程では、車速情報とステアリング角度情報を含む運転状態情報を車両情報取得部１２０から取得する。次にステップＳ１３の車速判定工程では、運転状態情報に含まれる車速がゼロか否かを判断し、ゼロである場合にはステップＳ１８に移行し、ゼロでない場合にはステップＳ１４に移行する。次にステップＳ１４の走行要因加速度算出工程では、運転状態情報に含まれる車速から、走行要因加速度αを算出する。

【0062】

次にステップＳ１５のステアリング角度判断工程では、運転状態情報に含まれるステアリング角度がゼロか否かを判断し、ゼロである場合にはステップＳ１７に移行し、ゼロでない場合にはステップＳ１６に移行する。次にステップＳ１６の遠心力算出工程では、運転状態情報に含まれるステアリング角度と車速から、車両Ｃに加わる遠心力を算出する。次にステップＳ１７の加速度補正工程では、加速度センサー２００で検出した車両Ｃの座標軸における加速度のａｘ成分を走行要因加速度αと遠心力による加速度βで補正する。次にステップＳ１８の角度計算工程では、補正した加速度から傾斜角度θを算出する。

【0063】

次にステップＳ１９の画像位置補正工程では、画像位置補正部１３０は角度計算工程で算出された傾斜角度θに基づいて、画像照射部１４０から照射される画像の表示位置を補正する。

【0064】

上述したように、本実施形態の画像投影装置１００および画像投影方法でも、画像位置補正部１３０が加速度および運転状態情報に基づいて画像の表示位置を補正するため、車両Ｃのピッチングによる画像の結像位置の変動を抑制して、画像の視認性を向上させることが可能となる。また、運転状態情報に車速情報とステアリング角度情報が含まれており、遠心力を算出して遠心力による影響も補正することで、より正確な傾斜角度θの算出と虚像７，８の揺れ防止を図ることができる。

【0065】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。第１実施形態と重複する内容は説明を省略する。第１実施形態から第３実施形態では、画像位置補正部１３０が全表示領域１０における遠方表示領域１１と近方表示領域１２の位置を補正することで、傾斜角度θによって生じる虚像７，８の揺れを補正したが、本実施形態では投影光学系を機械的に駆動して補正する。

【0066】

一例としては、図１において投影光学系を構成している反射鏡２、自由曲面ミラー３、光分岐部４または自由曲面ミラー５の傾斜角度を変更可能にする。また、画像位置補正部１３０はモータ装置等を駆動して、傾斜角度θを相殺する方向に反射鏡２、自由曲面ミラー３、光分岐部４または自由曲面ミラー５の向きを変更する。モータ装置を用いる場合には、回転角度を精密に制御することができるステッピングモータを用いることが好ましい。

【0067】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0068】

１００…画像投影装置
１１０…加速度取得部
１２０…車両情報取得部
１３０…画像位置補正部
１４０…画像照射部
２００…加速度センサー
３００…車両制御部
４００…画像生成部
１…画像表示部
２…反射鏡
３，５…自由曲面ミラー
４…光分岐部
６…ウィンドシールド
１０…全表示領域
１１…遠方表示領域
１２…近方表示領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】