JPWO2019130860A1 - ヘッドアップディスプレイ装置、および制御プログラム - Google Patents

Abstract

運転者が移動体の走行状況を直感的に把握できるようにする。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、走行状況取得部７３によって、ヘッドアップディスプレイ装置１０を搭載した移動体８００の走行状況を取得し、取得した走行状況から、移動体８００を模した仮想移動体ｆ１の画像を作成し、描画デバイス２１に表示させることで、仮想移動体ｆ１を虚像として前方に投影表示させる。

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置、および制御プログラムに関する。

従来のヘッドアップディスプレイ（以下、単に「ＨＵＤ」ともいう）では、虚像を運転者からある一定の距離だけ離れた位置に生成するのが一般的である。このＨＵＤによる表示内容は、車両の運行速度や簡易的なナビに限られていた。

例えば特許文献１に開示されたＨＵＤ装置では、ナビゲーション用のデータベースからの検索結果を遠近法で表現した文字列で路面形状に合わせて表示している。

また、特許文献２に開示されたＨＵＤ装置では、交差点に所定距離近づいたところで、交差点に関する右折方向や通り名といったナビゲーション情報を表示している。

特開２０１２−３５７８４号公報 特開２０１４−５２３４５号公報

しかしながら、特許文献１、２では、文字情報や矢印を表示するのみであり、車両の運転者は走行状況を直感的に把握することが困難である。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、車両等の移動体の走行状況を直感的に把握できる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。

本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。

（１）走行する移動体に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置であって、
画像データに基づいて画像を表示する描画デバイスと、
中間スクリーンを含み、前記描画デバイスが表示した画像を前記中間スクリーンに結像し、結像した中間像を虚像に変換して投影表示する虚像投影光学系と、
前記移動体の走行状況を取得する走行状況取得部と、
前記走行状況取得部が取得した前記走行状況に応じて、前記移動体を模した仮想移動体の画像を作成し、前記描画デバイスに表示させることで、前記仮想移動体を虚像として前記移動体の前方に投影表示する表示制御部と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。

（２）前記走行状況取得部は、前記走行状況として前記移動体の走行速度を取得し、
前記表示制御部は、前記走行速度と、予め設定された基準速度との差分に応じて、前記仮想移動体を変更する、上記（１）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

（３）前記走行状況取得部は、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
前記表示制御部は、前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体を大きして表示させ、前記走行速度が遅くなるほど前記仮想移動体を小さくして表示させる、上記（１）または上記（２）に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

（４）さらに、光軸方向において前記中間スクリーンの位置を変更する移動機構を備え、
前記虚像投影光学系は、前記移動機構により変更された前記中間スクリーンの位置に応じた虚像距離で虚像を投影表示し、
前記走行状況取得部は、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
前記表示制御部は、前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体の虚像距離を短くし、前記走行速度が遅くなるほど前記虚像距離を長くして表示させる、上記（１）から上記（３）のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

（５）前記走行状況取得部は、前記走行状況として、カーナビゲーションシステムから前記移動体の位置および経路に関する運行情報を取得し、
前記表示制御部は、前記走行状況取得部が取得した運行情報に基づいて、前記仮想移動体の向きを直進、右折、または左折のいずれかに対応した画像に変更して投影表示する、上記（１）から上記（４）のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。

（６）走行する移動体に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置であって、中間スクリーンを含み、描画デバイスが表示した画像を前記中間スクリーンに結像し、結像した中間像を虚像に変換して投影表示する虚像投影光学系、および前記移動体の走行状況を取得する、走行状況取得部を備えるヘッドアップディスプレイ装置を制御するコンピューターに実行させるための制御プログラムであって、
前記走行状況取得部によって前記移動体の走行状況を取得するステップ（ａ）と、
ステップ（ａ）で取得した前記走行状況に応じて、前記移動体を模した仮想移動体の画像を作成し、前記描画デバイスに表示させることで、前記仮想移動体を虚像として前記移動体の前方に投影表示するステップ（ｂ）と、
を前記コンピューターに実行させるための制御プログラム。

（７）前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した前記走行速度と、予め設定された基準速度との差分に応じて、前記仮想移動体の虚像を変更する、上記（６）に記載の制御プログラム。

（８）前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体を大きして表示させ、前記走行速度が遅くなるほど前記仮想移動体を小さくして表示させる、上記（６）または上記（７）に記載の制御プログラム。

（９）前記ヘッドアップディスプレイ装置は、さらに、光軸方向において前記中間スクリーンの位置を変更する移動機構を備え、前記虚像投影光学系は、前記移動機構により変更された前記中間スクリーンの位置に応じた虚像距離で虚像を投影表示し、
前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体の虚像距離を短くし、前記走行速度が遅くなるほど前記虚像距離を長くして表示させる、上記（６）から上記（８）のいずれか１つに記載の制御プログラム。

（１０）前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の位置および経路に関する運行情報を取得し、
前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した運行情報に基づいて、前記仮想移動体の向きを直進、右折、または左折のいずれかに対応した画像に変更して投影表示する、上記（６）から上記（９）のいずれか１つに記載の制御プログラム。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、走行状況取得部によって、ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した移動体の走行状況を取得し、取得した走行状況から、移動体を模した仮想移動体の画像を作成し、描画デバイスに表示させることで、仮想移動体を虚像として前方に投影表示する。このようにすることで、ユーザーは、移動体の走行状況を直感的に把握できる。

ヘッドアップディスプレイ装置を車両に搭載した状態を示す側方断面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両を内側から見た概略図である。 虚像表示装置の構成を示す模式図である。 ヘッドアップディスプレイ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が実行する表示処理を示すフローチャートである。 ステップＳ１０３での仮想移動体の表示例である。 ステップＳ１０４での仮想移動体の表示例である。 ステップＳ１０５での仮想移動体の表示例である。 第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が実行する表示処理を示すフローチャートである。 ステップＳ２０３において、虚像距離を変更した仮想移動体の表示状態を示す斜視図である。 ステップＳ２０４において、虚像距離を変更した仮想移動体の表示状態を示す斜視図である。 夜間走行時の仮想移動体の表示例である。 第３の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が実行する表示処理を示すフローチャートである。 ステップＳ３０３での仮想移動体の表示例である。 変形例における仮想移動体の表示例である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また図面においては、上下方向をＹ方向、虚像表示装置を車両に搭載した状態において、車両の進行方向に平行な方向をＺ方向、これらのＹ、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とする。またＺ方向は光軸方向に、Ｘ、Ｙ方向は、表示素子の横、縦方向にそれぞれ対応している。

（ヘッドアップディスプレイ装置）
図１、図２は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０を車両８００の車体８１１内に搭載した使用状態を説明する模式図である。ユーザー（運転者）９００は、ハンドル８１３を握りながら運転席８１６に座って車両８００を運転（操作）している。図１、図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０の虚像表示装置２０は、後述する表示素子２１に表示されている画像情報を、表示スクリーン２２５を介してユーザー９００に向けて虚像ｆとして投影表示する。

（虚像表示装置）
虚像表示装置２０の表示スクリーン２２５以外の構成は、車体８１１のダッシュボード８１４内にカーナビゲーションシステム８３のディスプレイ８１５の背後に埋め込むように設置されている。虚像表示装置２０は、運転関連情報、仮想移動体等を含む虚像に対応する表示光Ｄ１を表示スクリーン２２５に向けて光軸ＡＸに沿って射出する。表示スクリーン２２５は、半透過性を有する凹面鏡、または平面鏡である。表示スクリーン２２５は、コンバイナーまたはウィンドシールド（ｗｉｎｄ ｓｈｉｅｌｄ）として機能してもよく、両方の機能を兼ね備えてもよい。また、これらの機能を備える部材を別々に設けてもよい。表示スクリーン２２５は、下端の支持によってダッシュボード８１４上に立設され、虚像表示装置２０からの表示光Ｄ１を車体８１１の後方側（Ｚ方向）に向けて反射する。すなわち、図示の場合、表示スクリーン２２５は、フロントウィンドウ８１２とは別体で設置される独立型のものとなっている。表示スクリーン２２５で反射された表示光Ｄ１は、運転席８１６に座ったユーザー９００の瞳９１０、およびその周辺位置に対応するＥｙｅｂｏｘ（アイボックス）（図示せず）に導かれる。Ｅｙｅｂｏｘは、ヘッドアップディスプレイ装置１０が車両８００に搭載された状態で、運転席８１６に座ったユーザー９００の瞳９１０の位置に対応するように設定される。ユーザー９００は、表示スクリーン２２５で反射された表示光Ｄ１、つまり、あたかも車体８１１の前方にあるように、所定距離（虚像距離）離れた表示像としての虚像ｆを観察できる。一方、ユーザー９００は、表示スクリーン２２５を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察できる。結果的に、ユーザー９００は、表示スクリーン２２５を透過した背後の外界像、すなわちシースルー像に重ねて、表示スクリーン２２５での表示光Ｄ１の反射によって形成される運転関連情報、仮想移動体等を含む虚像ｆを観察できる。

図３は、虚像表示装置２０の構成を示す模式図である。図３に示すように、虚像表示装置２０は、表示素子２１、虚像投影光学系２２、ハウジング２３、および移動機構２５を備える。ハウジング２３内には、表示スクリーン２２５以外の虚像表示装置２０の各構成要素が収納される。

描画デバイスとしての表示素子２１は、２次元的な表示面２１ａを有する。表示面２１ａに形成された像は、虚像投影光学系２２によって、中間像ｉとして投影されてから、これが拡大されてＥｙｅｂｏｘへ虚像ｆとして変換して投影表示される。この際、２次元表示が可能な表示素子２１を用いることで、中間スクリーン２２２への投影像の切換えを比較的高速で行える。表示素子２１は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）やＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等の反射型の素子であっても、液晶等の透過型の素子であってもよい。特に、表示素子２１としてＤＭＤを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り替えることが容易になり、投影距離（以下、虚像距離という）を変化させる表示に有利である。なお、表示素子２１は、３０ｆｐｓ以上、好ましくは９０ｆｐｓのフレームレートで動作する。これにより、後述する移動機構２５の動作に協働することで、異なる虚像距離に複数の虚像ｆが同時に表示されているように見せることが容易になる。

虚像投影光学系２２は、レンズ群２２１、中間スクリーン２２２、ミラー２２３、２２４および表示スクリーン２２５を有する。虚像投影光学系２２は、少なくとも１枚のミラーで構成されるが、図示の例では２枚のミラー２２３、２２４を含む。

レンズ群２２１は、固定焦点のレンズ系であり、図示を省略するが、複数のレンズを有する。レンズ群２２１は、表示素子２１の表示面２１ａに形成された画像を中間像ｉとして中間スクリーン２２２上に結像し、適当な倍率で拡大投影する（中間像ｉ自体は、表示素子２１の表示動作が前提となる）。なお、レンズ群２２１は、このレンズ群２２１の最も中間スクリーン２２２側に配置された絞り２２１ａを有する。このように絞り２２１ａを配置することで、レンズ群２２１の中間スクリーン２２２側のＦナンバーの設定や調整が比較的容易になる。

中間スクリーン２２２は、配光角を所望の角度に制御するための拡散機能を有するシートであり、レンズ群２２１による結像位置（つまり中間像ｉの結像予定位置、またはその近傍の焦点深度内）において中間像ｉを形成する。中間スクリーン２２２としては、例えば摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイ等を用いることができる。

移動機構２５は、中間スクリーン２２２の上下端部を保持するホルダーに接続されており、中間スクリーン２２２を光軸ＡＸ方向に平行移動させることにより、中間像ｉの位置を光軸ＡＸ方向に移動させることができる。なお、表示素子２１の表示が動作していなければ、必ずしも表示画像としての中間像ｉは形成されないが、以下においては、実際に形成されていなくても中間像ｉが形成されると想定される位置も中間像の位置と呼ぶ場合がある。

（ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成）
図４は、ヘッドアップディスプレイ装置１０のハードウェア構成を説明するブロック図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、上述した虚像表示装置２０の他に、主制御部６０、表示制御部７０、運転者検出部７１、環境監視部７２、および走行状況取得部７３を備える。主制御部６０はＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とメモリを備え、メモリに保存した制御プログラムをＣＰＵが実行することで各種制御を行う。主制御部６０は、ヘッドアップディスプレイ装置１０全体を制御することで、走行状況に応じて搭載された移動体（自車両）を模した仮想移動体を虚像として２次元的または３次元的に表示する。また、検出した対向車両、通行者等のオブジェクトに対応させた虚像とともに表示してもよい。仮想移動体に関する虚像の表示例については後述する。

表示制御部７０は、ＣＰＵとメモリを備え、メモリに保存した制御プログラムをＣＰＵが実行することで虚像表示処理に関する制御を行う。またメモリには、後述する仮想移動体に関するベースとなる画像データ、および道路の法定速度に対応して設定された基準速度、例えば５０ｋｍ／ｈが記憶されている。また、仮想移動体のベースとなる画像データとしては、搭載される車両の種類（大型トラック、普通乗用車等）に応じて、予め複数種類の画像データを記憶されていてもよい。

この記憶されている基準速度は、ユーザー９００により適宜変更するようにしてもよい。または、基準速度は、カーナビゲーションシステム８３から取得した、現時点で走行する道路の法定速度に応じて、逐次更新するようにしてもよい。表示制御部７０は、走行状況に応じた態様で、仮想移動体に関する画像データを作成し、作成した画像データを表示素子２１により表示させる。表示制御部７０は、主制御部６０の制御下で虚像表示装置２０を動作させて、表示スクリーン２２５の背後に所定の虚像距離（投影距離ともいう）で、仮想移動体等の虚像ｆを走行状況取得部７３から取得した走行状況の情報に応じて変更して投影表示する。また、仮想移動体の表示を変更する際に、同時に、移動機構２５により中間スクリーン２２２の位置を光軸ＡＸ方向で移動させることで虚像距離を可変して表示させてもよい。

運転者検出部７１は、車両８００内のユーザー９００の存在や視点位置を検出する部分であり、運転席８１６に向けた内部用カメラ７１ａ、運転席用画像処理部７１ｂ、および判断部７１ｃを備える。内部用カメラ７１ａは、車体８１１内のダッシュボード８１４に、運転席８１６に対向して設置されており（図２参照）、運転席８１６に座るユーザー９００の頭部、およびその周辺の画像を撮影する。運転席用画像処理部７１ｂは、内部用カメラ７１ａで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行い、判断部７１ｃでの処理を容易にする。判断部７１ｃは、運転席用画像処理部７１ｂで処理した運転席画像からオブジェクトの抽出、または切り出しを行うことによってユーザー９００の頭部や目（瞳９１０）を検出する。また、判断部７１ｃは運転席画像に付随する奥行情報から車体８１１内におけるユーザー９００の頭部の存否とともにユーザー９００の目の空間的な位置（結果的に視線の方向）を算出する。

表示制御部７０は、主制御部６０を介して運転者検出部７１からユーザー９００の存在や目の位置に関する検出出力を受け取る。これにより、虚像表示装置２０による虚像ｆの投影の自動的な開始や停止が可能になる。また、ユーザー９００の視線の方向のみに虚像ｆの投影を行うこともできる。さらに、ユーザー９００の視線の方向の虚像ｆのみを明るくする、点滅する等の強調を行った投影を行うこともできる。

環境監視部７２は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者等のオブジェクト（実物）を識別するとともに、オブジェクトまでの距離を判定する。環境監視部７２は、外部用カメラ７２ａ、外部用画像処理部７２ｂ、および判断部７２ｃを備える。外部用カメラ７２ａは車体８１１内外の適所に設置されており、ユーザー９００または車両８００の前方、側方等の外部画像を撮影する。外部用画像処理部７２ｂは、外部用カメラ７２ａで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行い、判断部７２ｃでの処理を容易にする。判断部７２ｃは、外部用画像処理部７２ｂで処理した外部画像からオブジェクトの抽出、または切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等のオブジェクトの存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車両８００前方におけるオブジェクトの空間的な位置を算出する。

なお、内部用カメラ７１ａや外部用カメラ７２ａは、例えば複眼型の３次元カメラを含む。つまり、両カメラ７１ａ、７２ａは、結像用のレンズと、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、その他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。各カメラ７１ａ、７２ａを構成する複数のカメラ素子は、例えば奥行方向の異なる位置にピントを合わせるようになっており、或いは相対的な視差を検出できるようになっており、各カメラ素子から得た画像の状態（フォーカス状態、オブジェクトの位置等）を解析することで、画像内の各領域、またはオブジェクトまでの距離を判定する。

なお、上述したような複眼型のカメラ７１ａ、７２ａに代えて、またはこれとともに、２次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたものを用いてもよい。あるいは、ＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）技術を用いてもよい。これにより車両８００の前方にある検出領域内の各部（領域、またはオブジェクト）に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。

走行状況取得部７３は、速度計８２、カーナビゲーションシステム８３等の各装置と通信接続、または電気的に接続されており、これらの装置から以下に説明する車両８００の走行状況を取得する。

速度計８２は、車両８００に搭載されており、車両８００の走行速度を検出する。走行状況取得部７３は、走行状況として速度計８２が検出した走行速度に関する速度情報を取得する。カーナビゲーションシステム８３は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）から得た車両８００の位置情報、および当該位置情報とユーザーにより指定された目的地に応じた経路情報を出力する。走行状況取得部７３は、走行状況として、カーナビゲーションシステム８３から経路情報や位置情報を取得する。また、この時に、カーナビゲーションシステム８３から走行位置に応じた道路の制限速度（法定速度）の情報を取得してもよい。なお、走行状況取得部７３自体に、速度計やカーナビゲーションの機能を備えさせてもよい。

（第１の実施形態）
以下、図５から図８を参照し、第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の表示制御部７０が行う、表示処理について説明する。図５は、表示処理を示すフローチャートであり、図６から図８は、仮想移動体ｆ１の表示例である。これらの表示例は、車両８００が、直線道路を走行しているときの状態を示す模式図である。以下に説明する第１の実施形態においては、移動体の走行速度に応じて２次元表示した仮想移動体ｆ１の表示サイズを変更するものである。

（ステップＳ１０１）
表示制御部７０は、走行状況取得部７３を通じて、ヘッドアップディスプレイ装置１０が搭載されている車両８００（移動体）の現時点の走行速度を取得する。

（ステップＳ１０２）
表示制御部７０は、ステップＳ１０１で取得した走行速度を、メモリに記憶されている基準速度と比較する。走行速度が基準速度と同じであれば処理をステップＳ１０３に進める。一方で、基準速度よりも速ければ処理をステップＳ１０４に、基準速度よりも遅ければ処理をステップＳ１０５に進める。

（ステップＳ１０３）
表示制御部７０は、虚像表示装置２０を制御することで、標準サイズで作成した仮想移動体ｆ１を投影表示する。図６は、このステップＳ１０３で投影表示した仮想移動体ｆ１の表示例である。図６（図７、図８も同様）においては、仮想移動体ｆ１以外は、シースルー像、すなわち実物である。仮想移動体ｆ１は、車両８００の背面側（後部側）を模した虚像であり、車両８００の先導車、または先行車として表示されるものである。この標準サイズでの仮想移動体ｆ１の大きさは、基準速度に応じた先行車との適正な車間距離、例えば５０ｋｍであれば自車両から５０ｍ前方に実際の車両が走行しているようなサイズで仮想移動体の画像を作成し、作成した画像を、虚像の仮想移動体ｆ１として投影表示する。

（ステップＳ１０４）
表示制御部７０は、虚像表示装置２０を制御することで、標準サイズよりも大きなサイズで作成した仮想移動体ｆ１を投影表示する。図７は、このステップＳ１０４で投影表示した仮想移動体ｆ１の表示例である。表示制御部７０は、仮想移動体ｆ１を標準サイズよりも大きなサイズで投影表示している。このときの仮想移動体ｆ１のサイズは、適正な車間距離よりも短い車間距離で前方の車両が走行しているようなサイズである。これによりユーザー９００（運転者）は、走行速度が速く、あたかも、先行している車両に近づき過ぎたような感覚を直感的に感じる。

（ステップＳ１０５）
表示制御部７０は、虚像表示装置２０を制御することで、標準サイズよりも小さなサイズで作成した仮想移動体ｆ１を投影表示する。図８は、このステップＳ１０５で投影表示した仮想移動体ｆ１の表示例である。表示制御部７０は、仮想移動体ｆ１を標準サイズよりも小さなサイズで投影表示している。このときの仮想移動体ｆ１のサイズは、適正な車間距離よりも長い車間距離で前方の車両が走行しているようなサイズである。これによりユーザー９００（運転者）は、速度が遅く、あたかも、先行している車両から離れ過ぎたような感覚を直感的に感じる。

このように、第１の実施形態においては、走行状況、すなわち走行速度に応じて仮想移動体ｆ１の表示サイズを変更する。より具体的には、ユーザー９００が運転する車両８００の走行速度が、標準速度よりも速いときには、仮想移動体ｆ１のサイズを大きくする。これにより、ユーザー９００はアクセルを緩めたりして走行速度を低下したくなる。また、標準速度よりも遅いときには、逆にサイズを小さくする。これにより、ユーザーは意図せずに走行速度が遅くなったことを直感的に理解できる。このようにすることで、ユーザーは、移動体の走行速度が標準速度に対して、遅いか、速いかを直感的に把握できる。

なお、仮想移動体ｆ１の表示サイズは、走行速度と基準速度との差分値に応じて（例えば比例）決定するようにしてもよい。さらに標準サイズについては、ユーザーにより適宜設定できるようにしてもよい。また、走行速度が速くなりすぎた場合には、仮想移動体ｆ１を点滅して表示させたり、虚像の警告文字を合わせて表示させたりしてもよい。さらに、赤信号や路肩に停止させる場合等、走行速度が遅くなり過ぎた場合においては、仮想移動体ｆ１を表示させないようにしてもよい。

なお、図６〜図８に示した表示例では、仮想移動体ｆ１のサイズを変更するとともに、仮想移動体ｆ１の高さ方向（Ｙ方向）の表示位置もシフトさせていた。例えば図７では、下方にシフトさせ、図８では上方にシフトさせていた。このシフト量は、予め定めた量でもよく、ユーザー９００の座高（瞳９１０の高さ）や、環境監視部７２が検出した前方の道路の形状に応じて調整してもよい。

（第２の実施形態）
以下、図９、図１０を参照し、第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の表示制御部７０が行う表示処理について説明する。図９は、表示処理を示すフローチャートであり、図１０、図１１は、虚像距離を変更した仮想移動体の表示状態を示す斜視図である。上述した第１の実施形態においては、移動体の走行速度に応じて、仮想移動体ｆ１の表示サイズを変更した。第２の実施形態においては、移動体の走行速度に応じて、虚像距離を変更するものである。

（ステップＳ２０２、Ｓ２０３）
上述のステップＳ１０１、Ｓ１０２と同様の処理により、表示制御部７０は、取得した走行速度が基準速度と同じであれば処理をステップＳ２０３に進める。一方で、基準速度よりも速ければ処理をステップＳ２０４に、基準速度より遅ければ処理をステップＳ２０５に進める。

（ステップＳ２０３からステップＳ２０５）
表示制御部７０は、虚像表示装置２０の移動機構２５を制御することで、仮想移動体ｆ１の虚像距離を、ステップＳ２０３では中距離に設定し、ステップＳ２０４では近距離に設定し、ステップＳ２０５では遠距離に設定して投影表示する。また、表示制御部７０は、仮想移動体ｆ１のサイズもステップＳ２０３からステップＳ２０５でそれぞれ、標準、大、小サイズに設定して作成する。

図１０を参照し、距離を変更した仮想移動体ｆ１について説明する。図１０において、車両８００（自車両）、および対向車両８５０は実物である。車両８００には、ヘッドアップディスプレイ装置１０が搭載されており、ユーザー９００が運転している。また対向車両８５０はシースルー画像として視認することができる。フレームＦ１からＦ３の領域は表示素子２１の表示領域に対応しており、フレームＦ１は中間スクリーン２２２をミラー２２３に近い側に位置させて、虚像距離を近距離に設定した場合に投影表示される虚像位置である。フレームＦ３は、中間スクリーン２２２をミラー２２３から遠い側に位置させて、虚像距離を遠距離に設定した場合に投影表示される虚像位置である。フレームＦ２は、その間の位置に中間スクリーン２２２を位置させた場合に投影表示される虚像位置である。

図１０では、ステップＳ２０３に対応させて、車両８００を模した仮想移動体ｆ１を、虚像距離が中距離のフレームＦ２内に、標準サイズで投影表示している。一方でステップＳ２０４では、虚像距離が近距離のフレームＦ１内に仮想移動体ｆ１を投影表示し、ステップＳ２０５では虚像距離が遠距離のフレームＦ３内に仮想移動体ｆ１を投影表示する。図１１は、ステップＳ２０４に対応させて、仮想移動体ｆ１を、虚像距離が近距離のフレームＦ１内に、大イズで投影表示している。なお、図１１においては、フレームＦ２、Ｆ３内に表示した場合の仮想移動体ｆ１を破線で示している。

このように、第２の実施形態においては、走行状況、すなわち走行速度に応じて仮想移動体ｆ１の虚像距離、およびサイズを変更する。より具体的には、ユーザー９００が運転する車両８００の走行速度が、標準速度よりも速いときには、仮想移動体ｆ１の虚像距離を短くし、大サイズにする。これにより、ユーザー９００はアクセルを緩め走行速度を低下したくなる。また、標準速度よりも遅いときには、逆に虚像距離を長くし、小サイズにする。これにより、アクセルを踏み、走行速度を増加させたくなる。このようにすることで、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、さらに、第２の実施形態においては、虚像距離を変更することで、仮想移動体ｆ１が近づいたり、遠ざかったりすることをより実感でき、より直感的に走行状況を把握できる。

（変形例）
なお、第２の実施形態においては、走行速度に応じて仮想移動体ｆ１の虚像距離とサイズを同時に変更する例を示したが、これに限られず、虚像距離のみを変更するようにしてもよい。

また、図１１においては、以下に説明する３次元的表示を行い、その際に、対向する対向車両８５０に対して、ユーザー９００に注意喚起するための虚像の四角枠状のマークとしての虚像ｆ２を、所定の虚像距離で付与させている。

上述したように環境監視部７２は、車両８００の前方の検出領域内の道路に存在する対向する対向車両８５０等の物体を検出する。そして、その対向車両８５０までの距離に最も近い虚像距離（長距離）のフレームＦ３に、注意喚起するための虚像ｆ２を対向車両８５０を囲むように形成している。中間スクリーン２２２の位置を、フレームＦ１、Ｆ３に対応する位置間で、表示素子２１の表示フレームレートに対応する速度で、高速で周期的に移動させることで、複数の虚像距離で、虚像ｆ１、ｆ２を交互に表示させるようにする。これによりユーザー９００はあたかも同時に異なる虚像距離の虚像ｆ１、ｆ２が表示されているように視認する（３次元的表示）。

図１２は、夜間を走行する場合の本実施形態の適用例である。このような夜間においては、一般に走行している他の車両（対向車両８５０等）が少ない。またユーザーは周りの景色の視認性が低下し、速度感覚が鈍る。このような状況から夜間においては、特に本実施形態を好適に用いることができる。また、夜間に走行する場合には、表示制御部７０は、仮想移動体ｆ１の明るさ（輝度）や色を変更するようにしてもよい。この場合、表示制御部７０は、夜間であることを、内部タイマーによる時刻情報、車両８００のヘッドランプのＯＮ／ＯＦＦ状態を示す信号により認識できる。

一方で、昼間においては、他の車両が多いため、実物であるシースルー像が多く、仮想移動体ｆ１を表示した場合に、シースルー像と重なる場合があり、視認性が低下する虞がある。このような場合には、環境監視部７２が識別したオブジェクトが仮想移動体ｆ１に重なるような位置に存在している場合には、仮想移動体ｆ１の投影表示を一時的に停止させてもよい。また、このようなオブジェクトが存在する頻度が高い場合には、仮想移動体ｆ１の表示を所定期間停止させる停止モードに表示制御部７０側で自動に切り換えてもよい。また、この停止モードへの移行は、表示制御部７０が昼間であることを認識したときに行ってもよく、ユーザー９００による操作指示により行ってもよい。

（第３の実施形態）
以下、図１３、図１４を参照し、第３の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０の表示制御部７０が行う表示処理について説明する。図１３は、表示処理を示すフローチャートであり、図１４は、表示態様を変更した仮想移動体の表示例である。上述した第１、第２の実施形態においては、車両８００（移動体）の走行状況として走行速度を用い、走行速度に応じて仮想移動体の表示態様を変更した。第３の実施形態においては、移動体の走行状況として、移動体の運行情報を用いて仮想移動体の表示態様を変更するものである。

（ステップＳ３０１）
表示制御部７０は、走行状況取得部７３を通じて、ヘッドアップディスプレイ装置１０が搭載されている車両８００（移動体）の現時点の走行位置、および経路に関する運行情報をカーナビゲーションシステム８３から取得する。

（ステップＳ３０２）
表示制御部７０は、ステップＳ３０１で取得した運行情報に基づいて、進行方向を変更するタイミングであるか否かを判断する。表示制御部７０は、進行方向を変更しない場合には処理を終了させ（エンド）、進行方向を変更する場合には、処理をステップＳ３０３に進める。

（ステップＳ３０３）
表示制御部７０は、進行方向に応じて、仮想移動体の向きを直進、右折、または左折のいずれかに対応した画像に変更して表示させる。例えば、表示制御部７０は、右折の場合には、仮想移動体ｆ１の右側のテールランプまたはウインカーの色を変更させたり、点滅表示させたりすることで、右折することが、ユーザーに直感的に認識できる態様に画像を変更する。また、このとき、さらにテールランプ等の周辺に注意喚起するためのマークを付与させたりしてもよい。そして、表示制御部７０は、変更した画像を虚像の仮想移動体ｆ１として投影表示する。図１４は、このステップＳ３０３で投影表示した仮想移動体ｆ１の表示例である。同図では、表示制御部７０は、経路等の運行情報から右折する交差点に近づいたことを認識するに応じて、右側のテールランプ８０１の色を変更するとともに、点滅表示させている。なお、その後、交差点を右折等して通過した場合には、元の直進の仮想移動体ｆ１（図６等）に戻す。

図１５は、変形例であり、複数の仮想移動体ｆ１１、ｆ１２、ｆ１３を実質的に同時に３次元的に表示した表示例である。近距離のフレームＦ１に、図１４と同様の仮想移動体ｆ１を投影表示している。中距離のフレームＦ２には、仮想移動体ｆ１よりも時間的、距離的にも少し先の状態、すなわち、交差点に近い側に移動した状態を表す仮想移動体ｆ１２を投影表示させている。長距離のフレームＦ３には、さらにその先の交差点に到達し、右折を始めた状態を表す仮想移動体ｆ１３を投影表示させている。

なお、交差点に近づいた場合に、実際の交差点までの距離、道路の形状情報を環境監視部７２が検出、識別し、その結果を反映させて、仮想移動体ｆ１、ｆ１２、ｆ１３の表示位置を調整するようにしてもよい。

このような第３の実施形態、およびその変形例においては、運行状態に応じて、車両８００で行うべき運転操作に対応させて仮想移動体ｆ１の画像を変更し、変更した画像を虚像として投影表示する。これにより、ユーザーは、これから行うべき運転操作を直感的に認識できる。

（他の変形例）
以上に説明したヘッドアップディスプレイ装置１０の構成は、上記の実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られず、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。また、一般的な虚像表示装置、またはヘッドアップディスプレイ装置が備える構成を排除するものではない。

例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車等の車両に搭載され、その車両を模した仮想移動体を表示する例を示したが、これに限られない。モーターやエンジン等の動力により移動する物であれば車両以外のどのような移動体であってもよい。また、その場合、直感的に認識できるように、搭載された移動体の形状を模した表示態様で、仮想移動体の画像を作成し、作成した画像を投影表示することが好ましい。

また、虚像表示装置２０は、近中遠距離の３水準で、虚像距離を実質的に同時に変更する例を示したがこれに限られず、さらに多段階で虚像距離を実質的に同時に変更できるように構成してもよい。さらに、各実施形態において、環境監視部７２が検出した前方の道路の形状、位置に応じて、仮想移動体ｆ１の投影表示する位置を変更してもよい。例えばカーブや登り坂であれば、その道路の形状情報に応じて、仮想移動体ｆ１の投影表示する位置を変更する。

上述した実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置における各種処理を行う手段および方法は、専用のハードウェア回路、またはプログラムされたコンピューターのいずれによっても実現することが可能である。上記プログラムは、たとえば、ＵＳＢメモリやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピューター読み取り可能な記録媒体によって提供されてもよいし、インターネット等のネットワークを介してオンラインで提供されてもよい。この場合、コンピューター読み取り可能な記録媒体に記録された制御プログラムは、通常、ハードディスク等の記憶部に転送され記憶される。また、上記プログラムは、単独のアプリケーションソフトとして提供されてもよいし、ヘッドアップディスプレイ装置としてその装置のソフトウエアに組み込まれてもよい。

本出願は、２０１７年１２月２７日に出願された日本特許出願（特願２０１７−２５１０５８号）に基づいており、その開示内容は、参照され、全体として組み入れられている。

１０ ヘッドアップディスプレイ装置
２０ 虚像表示装置
２１ 表示素子
２１ａ 表示面
２２ 虚像投影光学系
２２１ レンズ群
２２２ 中間スクリーン
２２３、２２４ ミラー
２２５ 表示スクリーン
２３ ハウジング
２５ 移動機構
６０ 主制御部
７０ 表示制御部
７１ 運転者検出部
７２ 環境監視部
７３ 走行状況取得部
８２ 速度計
８３ カーナビゲーションシステム
８００ 車両（自車両）
８５０ 対向車両
９００ ユーザー
９１０ 瞳
ＡＸ 光軸
Ｄ１ 表示光
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３ フレーム
ｆ、ｆ１、ｆ２、ｆ１２、ｆ１３ 虚像
ｉ 中間像

Claims (10)

1. 走行する移動体に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置であって、
   画像データに基づいて画像を表示する描画デバイスと、
   中間スクリーンを含み、前記描画デバイスが表示した画像を前記中間スクリーンに結像し、結像した中間像を虚像に変換して投影表示する虚像投影光学系と、
   前記移動体の走行状況を取得する走行状況取得部と、
   前記走行状況取得部が取得した前記走行状況に応じて、前記移動体を模した仮想移動体の画像を作成し、前記描画デバイスに表示させることで、前記仮想移動体を虚像として前記移動体の前方に投影表示する表示制御部と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記走行状況取得部は、前記走行状況として前記移動体の走行速度を取得し、
   前記表示制御部は、前記走行速度と、予め設定された基準速度との差分に応じて、前記仮想移動体を変更する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記走行状況取得部は、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
   前記表示制御部は、前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体を大きして表示させ、前記走行速度が遅くなるほど前記仮想移動体を小さくして表示させる、請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. さらに、光軸方向において前記中間スクリーンの位置を変更する移動機構を備え、
   前記虚像投影光学系は、前記移動機構により変更された前記中間スクリーンの位置に応じた虚像距離で虚像を投影表示し、
   前記走行状況取得部は、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
   前記表示制御部は、前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体の虚像距離を短くし、前記走行速度が遅くなるほど前記虚像距離を長くして表示させる、請求項１から請求項３のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記走行状況取得部は、前記走行状況として、カーナビゲーションシステムから前記移動体の位置および経路に関する運行情報を取得し、
   前記表示制御部は、前記走行状況取得部が取得した運行情報に基づいて、前記仮想移動体の向きを直進、右折、または左折のいずれかに対応した画像に変更して投影表示する、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 走行する移動体に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置であって、中間スクリーンを含み、描画デバイスが表示した画像を前記中間スクリーンに結像し、結像した中間像を虚像に変換して投影表示する虚像投影光学系、および前記移動体の走行状況を取得する、走行状況取得部を備えるヘッドアップディスプレイ装置を制御するコンピューターに実行させるための制御プログラムであって、
   前記走行状況取得部によって前記移動体の走行状況を取得するステップ（ａ）と、
   ステップ（ａ）で取得した前記走行状況に応じて、前記移動体を模した仮想移動体の画像を作成し、前記描画デバイスに表示させることで、前記仮想移動体を虚像として前記移動体の前方に投影表示するステップ（ｂ）と、
   を前記コンピューターに実行させるための制御プログラム。
7. 前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
   前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した前記走行速度と、予め設定された基準速度との差分に応じて、前記仮想移動体の虚像を変更する、請求項６に記載の制御プログラム。
8. 前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
   前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体を大きして表示させ、前記走行速度が遅くなるほど前記仮想移動体を小さくして表示させる、請求項６または請求項７に記載の制御プログラム。
9. 前記ヘッドアップディスプレイ装置は、さらに、光軸方向において前記中間スクリーンの位置を変更する移動機構を備え、前記虚像投影光学系は、前記移動機構により変更された前記中間スクリーンの位置に応じた虚像距離で虚像を投影表示し、
   前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の走行速度を取得し、
   前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した前記走行速度が速くなるほど前記仮想移動体の虚像距離を短くし、前記走行速度が遅くなるほど前記虚像距離を長くして表示させる、請求項６から請求項８のいずれか１つに記載の制御プログラム。
10. 前記ステップ（ａ）では、前記走行状況取得部によって、前記走行状況として、前記移動体の位置および経路に関する運行情報を取得し、
    前記ステップ（ｂ）では、ステップ（ａ）で取得した運行情報に基づいて、前記仮想移動体の向きを直進、右折、または左折のいずれかに対応した画像に変更して投影表示する、請求項６から請求項９のいずれか１つに記載の制御プログラム。