JP2018087852A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】警告対象となる対象物を確実に視認させることを可能にした虚像表示装置を提供する。【解決手段】車両の乗員に対して警告対象となる警告対象物がある場合に、乗員から警告対象物の間であって、警告対象物の少なくとも一部と重畳して乗員に視認される位置に虚像を表示し、その後に乗員の視線が警告対象物の周辺に位置した場合には、乗員と警告対象物とを結ぶ方向に沿って警告対象物の方向へと虚像の位置を移動するように構成する。【選択図】図１１

Description

本発明は、ユーザにとって警告対象となる対象物への警告を行う虚像表示装置に関する。

従来より、車両等の移動体の乗員に対して経路案内や障害物の警告等の運転情報を提供する情報提供手段として、様々な手段が用いられている。例えば、移動体に設置された液晶ディスプレイによる表示や、スピーカから出力する音声等である。そして、近年、このような情報提供手段の一つとして、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤという）のような人間の目の錯覚を利用して実際に映像が表示された位置と異なる空間上に映像を視認させる虚像表示装置がある。

ここで、虚像表示装置によってより効果的な情報の提供を行う為には、虚像を表示する位置（より具体的には虚像を視認するユーザ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、特開２０１５−７４３９１号公報には、障害物に対する警告の虚像を表示する場合において、その障害物が実際に存在する位置に虚像を表示することについて開示されている。また、スクリーンの移動に時間がかかる場合には、一旦、ユーザに近い位置に警告の虚像を表示し、スクリーンの移動が終わった後に障害物が実際に存在する位置に改めて虚像を表示することについて開示されている。

特開２０１５−７４３９１号公報（第１４−１５頁、図１９）

ここで、虚像表示装置により表示された虚像は、周辺環境に重畳してユーザに視認されることとなる。したがって、特にユーザから離れた位置にある虚像については、虚像が周辺環境に溶け込むことによって、ユーザが虚像や虚像によって警告する障害物に気づかない場合もあった。

上記特許文献１に記載されている虚像表示装置では、警告対象となる障害物の位置によってユーザから虚像までの距離を変更することが行われているが、ユーザの視線の位置については考慮されていなかった。従って、例えばユーザの視線から離れた位置にある障害物の警告を行う場合においても、スクリーンの移動が間に合えばユーザから離れた障害物の位置に虚像が最初から表示されることとなる。その結果、ユーザが虚像や虚像によって警告する障害物に気づくことなく虚像による案内が終了する場合が生じていた。

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、ユーザの視線が警告対象となる対象物から離れた位置にある場合であっても、虚像を用いてユーザの視線を警告対象となる対象物へと誘導することによって、警告対象となる対象物を確実に視認させることを可能にした虚像表示装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明に係る虚像表示装置は、映像表示面に表示された映像をユーザに視認させることによって前記映像の虚像をユーザに視認させる虚像表示装置であって、ユーザに対して警告対象となる対象物の位置を取得する位置取得手段と、ユーザから前記対象物の間であって、前記対象物の少なくとも一部と重畳してユーザに視認される位置に虚像を表示する虚像表示手段と、ユーザの視線を検出する視線検出手段と、前記虚像表示手段により虚像が表示された後であって、ユーザの視線が前記対象物の周辺に位置した場合に、ユーザと前記対象物とを結ぶ方向に沿って前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する虚像位置変更手段と、を有する。

前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、ユーザの視線が警告対象となる対象物から離れた位置にある場合であっても、ユーザの視線に応じて虚像の位置を移動させることによって、ユーザの視線を虚像によって警告対象となる対象物へと誘導することが可能となる。それによって、警告対象となる対象物をユーザに確実に視認させることが可能となる。

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。 本実施形態に係るＨＵＤの内部構成を示した図である。 ＨＵＤにおいて形成される光路を示した図である。 液晶ディスプレイの映像の表示領域を示した図である。 虚像の生成される位置を説明した図である。 本実施形態に係るＨＵＤの構成を示したブロック図である。 本実施形態に係る情報取得処理プログラムのフローチャートである。 表示ラインを示した図である。 本実施形態に係る虚像表示処理プログラムのフローチャートである。 第１段階において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。 第２段階において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。

以下、本発明に係る虚像表示装置について、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置に具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

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。

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、内部に映像を表示する液晶ディスプレイ５を有する。そして、液晶ディスプレイ５に表示された映像を、後述のようにＨＵＤ１が備える反射型偏光板６や凹面鏡７を介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ８に反射させて車両２の乗員９に視認させるように構成されている。尚、液晶ディスプレイ５に表示される映像としては、車両２に関する情報や乗員９の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えばユーザに対して警告対象となる対象物（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）、路面に表示する警告（追突注意、制限速度等）、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。

また、本実施形態のＨＵＤ１では、フロントウィンドウ８を反射して乗員９が液晶ディスプレイ５に表示された映像を視認した場合に、乗員９にはフロントウィンドウ８の位置ではなく、フロントウィンドウ８の先の遠方の位置に液晶ディスプレイ５に表示された映像が虚像１０として視認されるように構成される。尚、乗員９が視認できる虚像１０は液晶ディスプレイ５に表示された映像であるが、反射型偏光板６や凹面鏡７を介することによって上下方向や左右方向が反転する場合があり、それらの反転を考慮して液晶ディスプレイ５の映像の表示を行う必要がある。また、凹面鏡７を介することによってサイズも変更する。

ここで、虚像１０を生成する位置、より具体的には乗員９から虚像１０までの距離（以下、虚像生成距離という）Ｌについては、ＨＵＤ１が備える凹面鏡７の曲率、液晶ディスプレイ５と凹面鏡７との相対位置等によって適宜設定することが可能である。例えば、凹面鏡７の曲率が固定であれば、液晶ディスプレイ５において映像の表示された位置から凹面鏡７までの光路に沿った距離（光路長）によって虚像生成距離Ｌが決定される。

そして、本実施形態に係るＨＵＤ１は、後述のように液晶ディスプレイ５から入射する光路を凹面鏡７へ向かう方向に変更する反射ミラーとして、全反射ミラーからなる第１ミラー１３と、第１ミラーとは別体でハーフミラーからなる第２ミラー１４とを備える。そして、液晶ディスプレイ５に表示された映像の内、第１ミラー１３で反射された映像に基づく虚像１０（以下、第１虚像１０Ａという）と、第２ミラー１４で反射された映像に基づく虚像１０（以下、第２虚像１０Ｂという）とをそれぞれ生成する。また、液晶ディスプレイ５から第１ミラー１３を反射して凹面鏡７を結ぶ光路の光路長と、液晶ディスプレイ５から第２ミラー１４を反射して凹面鏡７を結ぶ光路の光路長は、夫々異なる長さとする。例えば第１虚像１０Ａの虚像生成距離Ｌが２０ｍ、第２虚像１０Ｂの虚像生成距離Ｌが２．５ｍとなるように各光路の光路長が設定されている。

また、本実施形態のＨＵＤ１は、後述のように液晶ディスプレイ５、第１ミラー１３、第２ミラー１４、反射型偏光板６及び凹面鏡７について、反射型偏光板６から凹面鏡７へと入射する光路の方向と凹面鏡７で反射してユーザの目の位置へ向かう光路の方向とを逆方向となるように位置設計しているので、虚像１０の品質を向上させることが可能となる。例えば、よりハッキリとした鮮やかな虚像１０をユーザに視認させることが可能となる。また、反射型偏光板６を用いることによって、液晶ディスプレイ５において映像の表示された位置から凹面鏡７までの光路に沿った距離（光路長）を、装置の容積に比べてより長く確保可能に構成している。

また、車両のフロントバンパの上方やルームミラーの裏側等にはフロントカメラ１１が設置される。フロントカメラ１１は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたカメラにより構成された撮像装置であり、光軸方向を車両の進行方向前方に向けて設置される。そして、フロントカメラ１１により撮像された撮像画像に対して画像処理が行われることによって、フロントウィンドウ８越しに乗員９に視認される前方環境（即ち虚像１０が重畳される環境）の状況等が検出される。尚、フロントカメラ１１の代わりにミリ波レーダ等のセンサを用いても良い。

また、車両内には車内カメラ１２についても設置される。車内カメラ１２は、例えばＣＣＤ等の固体撮像素子を用いたものであり、車両のダッシュボード３の上面や車両の天井に取り付けられ、撮像方向を運転席に向けて設置される。そして、運転席に座った乗員であるユーザの顔を撮像する。そして、後述のように車内カメラ１２により撮像した撮像画像に対して画像処理が行われることによって、ユーザの目の位置（視線開始点）や視線方向が検出される。

次に、図２及び図３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。図３は、本実施形態に係るＨＵＤ１によって形成される光路を示した図である。

図２に示すようにＨＵＤ１は、液晶ディスプレイ５と、反射型偏光板６と、凹面鏡７と、第１ミラー１３と、第２ミラー１４と、λ／４波長板１５と、制御回路部１６と、ＣＡＮインターフェース１７と、ヒートシンク１８とから基本的に構成されている。

ここで、液晶ディスプレイ５は光源としてバックライトを用い、バックライトからの光の内、特定の偏光方向を有する光だけを出力することによって、前面に設けられた映像表示面に対して映像を表示する機能を有する映像表示装置である。バックライトとしては、例えばＣＣＦＬ（冷陰極管）や白色ＬＥＤが用いられる。尚、映像を表示する手段としては、液晶ディスプレイ以外に、液晶プロジェクタとスクリーンの組み合わせを用いても良い。

また、図３に示すように液晶ディスプレイ５において映像を表示す映像表示面は、水平方向よりも下方を向く角度で配置される。即ち、液晶ディスプレイ５の液晶層よりも光源が上方に位置する角度で配置される。

また、図３に示すように第１ミラー１３は、液晶ディスプレイ５と凹面鏡７とを結ぶ光路に沿って液晶ディスプレイ５と凹面鏡７との間に配置され、液晶ディスプレイ５から第１方向で入射する第１光路１９を、第１方向と異なる第２方向に変更する光の反射手段である。同じく第２ミラー１４は、液晶ディスプレイ５と凹面鏡７とを結ぶ光路に沿って液晶ディスプレイ５と凹面鏡７との間に配置され、液晶ディスプレイ５から第１方向で入射する第２光路２０を、第１方向と異なる第２方向に変更する光の反射手段である。

また、第１ミラー１３と第２ミラー１４は別体のミラーであり、特に第１ミラー１３は全反射ミラーとし、第２ミラー１４はハーフミラーとする。また、第１ミラー１３と第２ミラー１４は所定距離間隔で平行に配置され、第１ミラーによって反射される第１光路１９上に第２ミラー１４が位置する。その結果、図３に示すように第１ミラー１３で反射された第１光路１９は、第２ミラー１４を通過して凹面鏡７へと到達することとなる。尚、第２ミラー１４は、例えば透過率と反射率が同じハーフミラーとするが、ハーフミラーは必ずしも透過率と反射率が同じである必要はなく、入射した光の一部を透過し、一部を反射する部材（ビームスプリッター）であれば良い。例えば第２ミラー１４を透過率４０％、反射率６０％や、透過率６０％、反射率４０％となるハーフミラーとしても良い。一方、第１ミラー１３についても必ずしも全反射のミラーである必要は無く、透過率よりも反射率が高いミラーであればよい。但し、反射率の高いミラーとすることによってより鮮明な虚像を生成することが可能となる。

また、第１ミラー１３と第２ミラー１４は、図２及び図３に示すように液晶ディスプレイ５とは直接的に接続されず、ＨＵＤ１の外壁に対して直接固定される。それによって、液晶ディスプレイ５の熱が第１ミラー１３や第２ミラー１４に伝わり難くする。また、液晶ディスプレイ５に対して第１ミラー１３及び第２ミラー１４は、光路と液晶ディスプレイ５が重複しない範囲で、できる接近して配置される。ここで、光の範囲は液晶ディスプレイ５から離れる程広くなる。従って、液晶ディスプレイ５に対して第１ミラー１３及び第２ミラー１４を接近して配置することにより、第１ミラー１３及び第２ミラー１４のサイズをできる限り小さくすることができ、ＨＵＤ１全体の装置サイズの小型化についても実現できる。

また、本実施形態では、第１ミラー１３によって反射される第１光路１９と、第２ミラー１４によって反射される第２光路２０とは、重複して凹面鏡７への入射方向が同一方向となるように液晶ディスプレイ５、第１ミラー１３及び第２ミラー１４が配置されている。その結果、乗員９からは第１ミラー１３で反射された映像と第２ミラー１４で反射された映像を同時に視認可能（即ち、第１ミラー１３で反射された映像に基づく第１虚像１０Ａと第２ミラー１４で反射された映像に基づく第２虚像１０Ｂを同時に視認可能）に構成される。

また、第１ミラー１３によって反射される映像と、第２ミラー１４によって反射される映像は液晶ディスプレイ５の異なる領域に表示された映像となる。具体的には、図４に示すように第１光路１９は液晶ディスプレイ５の下方にある第１領域２１から入射する光路であって、第１領域２１に表示された映像の虚像が第１虚像１０Ａとして乗員９に視認される。一方、第２光路２０は液晶ディスプレイ５の上方にある第２領域２２から入射する光路であって、第２領域２２に表示された映像の虚像が第２虚像１０Ｂとして乗員９に視認される。

更に、第１ミラー１３によって反射される第１光路１９の光路長（より具体的には液晶ディスプレイ５と乗員９とを結ぶ第１光路１９の光路長）と、第２ミラー１４によって反射される第２光路２０の光路長（より具体的には液晶ディスプレイ５と乗員９とを結ぶ第２光路２０の光路長）は長さが異なり、第１光路１９の光路長の方がより長くなっている。その結果、図５に示すように第１光路１９によってユーザに視認される虚像である第１虚像１０Ａの位置は、第２光路２０によってユーザに視認される虚像である第２虚像１０Ｂの位置よりも遠方に位置する。例えば第１虚像１０Ａの虚像生成距離Ｌは２０ｍ、第２虚像１０Ｂの虚像生成距離Ｌが２．５ｍとなるように光路長が設定されている。また、図５に示すように乗員９から第１虚像１０Ａが視認される領域と第２虚像１０Ｂが視認される領域とは乗員９の視線方向において重複している。

従って、第１虚像１０Ａと第２虚像１０Ｂを切り替えて表示することによって、乗員から虚像までの距離を変更する案内を行うことが可能となる。例えば、先ず第２虚像１０Ｂを表示し、その後に第２虚像１０Ｂを消去し、表示されていた第２虚像１０Ｂと視線方向に重複する位置に第２虚像１０Ｂと同形状の第１虚像１０Ａを表示すれば、虚像の位置が乗員から２．５ｍ離れた位置から２０ｍ離れた位置へと移動したように乗員からは視認される。本実施形態では特に乗員に対して警告対象となる対象物（他車両や歩行者）を警告する映像の虚像を、第１虚像１０Ａ及び第２虚像１０Ｂとして表示する。

また、反射型偏光板６は、特定の第１の偏光方向を有する光については反射（非透過）するとともに、第１の偏光方向と異なる第２の偏光方向を有する光は透過させる性質を有する部材である。そして、本実施形態の反射型偏光板６では、第１の偏光方向を液晶ディスプレイ５から出力される光の偏光方向と同一方向に設計し、第２の偏光方向は第１の偏光方向に対してλ／２（１８０度）の位相差を有する偏光方向（即ち第１の偏光方向と直交する方向）に設計する。また、反射型偏光板６は、液晶ディスプレイ５と凹面鏡７とを結ぶ第１光路１９及び第２光路２０に沿って第１ミラー１３及び第２ミラー１４と凹面鏡７との間に配置される。そして、図３に示すように第１ミラー１３及び第２ミラー１４から第２方向で入射する第１光路１９及び第２光路２０に対して、凹面鏡７へ向かう第３方向に変更する光の反射手段として機能する。一方、凹面鏡７へと反射された光は後述のようにλ／４波長板１５を２回通過することによって偏光方向が最終的に第２の偏光方向へと変更されるので、凹面鏡７から入射する第１光路１９及び第２光路２０に対しては光の透過手段として機能する。

一方、凹面鏡７は、液晶ディスプレイ５に表示された映像を拡大して反射させて乗員９に視認させることによって、乗員９の前方に映像の虚像を生成する投影鏡である。尚、凹面鏡７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。

また、図３に示すように凹面鏡７は、反射型偏光板６から第３方向で入射する光路を、反射型偏光板６を透過してユーザの目の位置へ向かう第４方向に変更する。そして、特に本実施形態では、液晶ディスプレイ５、第１ミラー１３、第２ミラー１４、反射型偏光板６及び凹面鏡７の位置や角度を、第３方向と第４方向とが逆方向となるように設計する。尚、「逆方向」とは、１８０度異なる方向のみに限られず、１８０度異なる方向を含む一定範囲の幅を持った方向とする。例えば１７５度や１８５度異なる方向についても逆方向とする。

その結果、虚像の品質を向上させることが可能となる。例えば、よりハッキリとした鮮やかな虚像を乗員９に視認させることが可能となる。更に、虚像の品質を向上させる虚像生成距離Ｌに幅を持たせることが可能となる。従って、本実施形態のように虚像生成距離Ｌの異なる複数の位置に虚像を視認させる場合において、特に大きな効果がある。

また、λ／４波長板１５は、通過する光の偏光方向に対してλ／４（９０度）の位相差を与える平板形状を有する偏光素子である。本実施形態では、液晶ディスプレイ５と凹面鏡７とを結ぶ光路に沿って反射型偏光板６と凹面鏡７との間に、凹面鏡７とは別体に配置される。従って、図３に示すように、液晶ディスプレイ５から出力された光は、反射型偏光板６から凹面鏡７へと移動する間において先ずλ／４波長板１５を通過する。そして、その後に凹面鏡７で反射されて反射型偏光板６へと移動する間においてλ／４波長板１５を再度通過する。その結果、光の偏光方向に対してλ／４ずつ計λ／２（１８０度）の位相差を与える。従って、液晶ディスプレイ５から出力された段階では光の偏光方向が反射型偏光板６において反射対象（非透過対象）となる第１の偏光方向であったのが、λ／４波長板１５を２回通過することによって最終的には反射型偏光板６において透過対象となる第２の偏光方向へと変位する。

また、λ／４波長板１５は、透過する第１光路１９及び第２光路２０に対して垂直となる角度で配置される。更に、反射型偏光板６から第２方向で透過する光と、凹面鏡７から第３方向で透過する光の全てを含むサイズで且つできる限り小さいサイズとする。また、λ／４波長板１５は、液晶ディスプレイ５と反射型偏光板６とを結ぶ光路に重複しない範囲に配置される。

また、制御回路部１６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６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。

図６に示すように制御回路部１６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、後述の情報取得処理プログラム（図７参照）や虚像表示処理プログラム（図９参照）等が記録されたＲＯＭ３３、ＲＯＭ３３から読み出したプログラム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１６は、液晶ディスプレイ５と接続され、液晶ディスプレイ５の駆動制御を行う。

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１７は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるＣＡＮに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、ＨＵＤ１は、ＣＡＮを介して、各種車載器や車両機器の制御装置（例えば、ナビゲーション装置４８、ＡＶ装置４９等）と相互通信可能に接続される。それによって、ＨＵＤ１は、ナビゲーション装置４８やＡＶ装置４９等から取得した情報を表示可能に構成する。

また、ヒートシンク１８は、液晶ディスプレイ５の背面側に配置され、液晶ディスプレイ５の光源から発生する熱を放熱する放熱部材である。ここで、ヒートシンク１８は例えばアルミニウムや銅等から形成され、表面積が広くなるような形状（例えば剣山状や蛇腹状）に成型される。また、放熱効果をより高めるためにファンを設けても良い。また、ヒートシンク１８は液晶ディスプレイ５の背面側、即ち第１ミラー１３や第２ミラー１４とは液晶ディスプレイ５を挟んで反対側に配置される。また、ヒートシンク１８は液晶ディスプレイ５の液晶、第１ミラー１３及び第２ミラー１４よりも上方に位置する。従って、ヒートシンク１８によって放熱された熱が液晶ディスプレイ５の液晶やその他の光学部材に与える悪影響を減少させることができる。

続いて、前記構成を有するＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する情報取得処理プログラムについて図７に基づき説明する。図７は本実施形態に係る情報取得処理プログラムのフローチャートである。ここで、情報取得処理プログラムは車両のＡＣＣ電源(accessory power supply)がＯＮされた後に所定時間間隔で繰り返し実行され、虚像を表示する為に必要となる各種情報を取得するプログラムである。尚、以下の図７及び図９にフローチャートで示されるプログラムは、ＨＵＤ１が備えているＲＡＭ３２やＲＯＭ３３に記憶されており、ＣＰＵ３１により実行される。

先ず、情報取得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、車両の進行方向前方に車両の乗員に対して警告対象となる対象物（以下、警告対象物という）があるか否か判定する。ここで、警告対象物は例えば車両の乗員から所定距離以上（例えば５０ｍ以上）離れた位置にあって乗員からはっきりと視認することが難しい対象物、或いは車両の乗員の死角（例えば遮蔽物により遮蔽された位置）にあって乗員から一部しか視認できない対象物とする。また、『対象物』は、車両の乗員が走行するに際して注視すべき物とし、例えば、他車両、歩行者、２輪車等の障害物の他、標識、信号機等についても該当する。

また、車両の進行方向前方にある警告対象物の有無は、例えばフロントカメラ１１により撮像した撮像画像に対して画像処理を行うことによって検出しても良いし、ミリ波レーダ等のセンサを用いて検出しても良い。また、車車間通信や外部サーバとの通信によって取得しても良い。

そして、車両の進行方向前方に警告対象物があると判定された場合（Ｓ１：ＹＥＳ）には、Ｓ２へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方に警告対象物がないと判定された場合（Ｓ１：ＮＯ）には、当該情報取得処理プログラムを終了する。

Ｓ２においてＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方にあると判定された警告対象物の具体的な位置座標及び車両の乗員から警告対象物までの距離を取得する。尚、警告対象物の位置座標や距離は、例えばフロントカメラ１１により撮像した撮像画像に対して画像処理を行うことによって取得しても良いし、ミリ波レーダ等のセンサを用いて取得しても良い。また、車車間通信や外部サーバとの通信によって取得しても良い。

次に、Ｓ３においてＣＰＵ３１は、虚像を重畳させることとなる車両の進行方向前方の周辺環境の輝度分布を取得する。尚、周辺環境の輝度分布は、例えばフロントカメラ１１により撮像した撮像画像から取得しても良いし、輝度センサ等のセンサを用いて取得しても良い。

続いて、Ｓ４においてＣＰＵ３１は、車内カメラ１２の撮像画像に基づいて、乗員の視線開始点（目の位置）及び視線方向を検出する。車内カメラ１２は前記したように車両のダッシュボードや天井に設置され、撮像方向を運転席に向けて設置されており、撮像画像には運転者の顔が含まれることとなる。尚、視線開始点や視線方向の検出方法としては、例えば角膜反射法により計測された瞳孔の中心位置やプルキニエ像を用いて検出する方法がある。それらの方法は既に公知の技術であるので、詳細は省略する。

その後、Ｓ５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２で取得した警告対象物の位置座標と前記Ｓ４で取得した乗員の視線開始点を結ぶ表示ラインを生成する。例えば、図８に示すように車両の乗員９の進行方向前方に警告対象物５１があって、警告対象物５１の位置座標が（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、乗員９の視線開始点（目の位置）が（ｘ２，ｙ２，ｚ２）と検出されている場合には、（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を結ぶ直線が表示ライン５２として生成される。

次に、Ｓ６においてＣＰＵ３１は、車両に搭載された車速センサを介して、車両の現在車速を取得する。

その後、Ｓ７においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２〜Ｓ６において取得された各情報をフラッシュメモリ３４等に格納する。格納した情報は後述の虚像表示処理プログラム（図９）において使用される。尚、上記Ｓ１〜Ｓ７の処理は車両のＡＣＣ電源がオンされている間において所定間隔において実施され、前記Ｓ７では最新の取得した情報へと順次上書きされる。

続いて、ＨＵＤ１においてＣＰＵ３１が実行する虚像表示処理プログラムについて図９に基づき説明する。図９は本実施形態に係る虚像表示処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像表示処理プログラムは車両のＡＣＣ電源(accessory power supply)がＯＮされた後に実行され、車両の乗員に警告対象となる対象物を視認させる為の虚像を表示するプログラムである。

先ず、虚像表示処理プログラムではＳ１１において、ＣＰＵ３１は、車両の進行方向前方に車両の乗員に対して警告対象となる警告対象物があるか否か判定する。尚、詳細については前記Ｓ１と同様であるので説明は省略する。

そして、車両の進行方向前方に警告対象物があると判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、Ｓ１２へと移行する。それに対して、車両の進行方向前方に警告対象物がないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）には、警告対象物に対する虚像の表示を行うことなく当該虚像表示処理プログラムを終了する。

次に、Ｓ１２においてＣＰＵ３１は、本プログラムと並行して実施されている情報取得処理プログラム（図７）のＳ７においてフラッシュメモリ３４に格納された最新の情報を読み出す。尚、読み出される情報としては、警告対象物の位置座標、車両の乗員から警告対象物までの距離、周辺環境の輝度分布、乗員の視線開始点（目の位置）及び視線方向、表示ライン等がある。

続いて、Ｓ１３においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１２で取得した各情報やフロントカメラ１１により撮像した撮像画像に基づいて、車両の乗員が警告対象物を視認可能か否かを判定する。具体的には、面積比率で警告対象物の５０％以上が乗員から視認できる状況であれば、警告対象物を視認可能と判定する。尚、面積比率で警告対象物の５０％以上が乗員から視認できる状況であっても、警告対象物が車両の乗員から所定距離以上（例えば５０ｍ以上）離れた位置にある場合には、乗員から警告対象物がはっきりと視認することが難しいので、警告対象物を視認可能にないと判定しても良い。

そして、車両の乗員が警告対象物を視認可能であると判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）には、Ｓ２０へと移行する。それに対して、車両の乗員が警告対象物を視認可能にないと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）には、Ｓ１４へと移行する。

Ｓ１４においてＣＰＵ３１は、虚像を表示する為の各種設定を行う。具体的には、液晶ディスプレイ５への映像の表示位置、映像の表示輝度、映像のサイズを設定する。先ず、映像の表示位置は、第２領域２２（図４）内であって、表示ライン上に重複する位置に虚像を生成する為の位置とする。また、映像の表示輝度は、虚像を重畳する周辺環境の輝度よりも高い輝度とする。また、映像のサイズは、少なくとも警告対象物の全体を覆うサイズとする。

その後、Ｓ１５においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１４の設定に基づいて液晶ディスプレイ５の第２領域２２に虚像を生成する為の映像を出力する。例えば、警告対象物であることを示すアイコンの映像を出力する構成とする。尚、第２領域２２に表示された映像の虚像である第２虚像１０Ｂは、前述したように車両の乗員の近傍である２．５ｍ離れた位置に視認される（図５参照）。

その結果、図１０に示すように車両の進行方向前方にある警告対象物５１の全体に重畳する第２虚像１０Ｂが、車両の乗員から２．５ｍ離れた位置に視認されることとなる。尚、第２虚像１０Ｂが表示される位置は車両の乗員と警告対象物の間、即ち警告対象物よりも車両の乗員側となる。第２領域２２への映像の出力は、後述のＳ２２で第１領域２１への映像の出力が行われるまで継続して行われる。

続いて、Ｓ１６においてＣＰＵ３１は、車両の乗員の視線が表示ラインに接近しているか否か、即ち車両の乗員の視線が警告対象物の周辺に位置しているか否か判定される。尚、表示ラインは前述したように警告対象物の位置座標と乗員の視線開始点を結ぶラインである（図８）。従って、前記Ｓ１２で取得した最新の乗員の視線方向が表示ラインと所定角度差（例えば±３度）以内である場合に、車両の乗員の視線が表示ラインに接近していると判定される。

そして、車両の乗員の視線が表示ラインに接近している、即ち車両の乗員の視線が警告対象物の周辺に位置していると判定された場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）には、Ｓ２０へと移行する。それに対して、車両の乗員の視線が表示ラインに接近していない、即ち車両の乗員の視線が警告対象物の周辺に位置していないと判定された場合（Ｓ１６：ＮＯ）には、Ｓ１７へと移行する。

Ｓ１７においてＣＰＵ３１は、車両（即ち車両の乗員）から警告対象物までの距離が閾値以下であるか否か判定される。尚、閾値は緊急停止制御無しに車両が停止できる最短の停止距離とし、前記Ｓ１２で取得した車両の現在車速に基づいて算出される。

そして、車両から警告対象物までの距離が閾値以下であると判定された場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）には、警告対象物への警告に緊急を要すると判定してＳ２０へと移行する。それに対して、車両から警告対象物までの距離が閾値より長いと判定された場合（Ｓ１７：ＮＯ）には、警告対象物への警告に現時点では緊急を要していないと判定してＳ１８へと移行する。

Ｓ１８においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ１５で液晶ディスプレイ５の第２領域２２に表示された映像を点滅表示する。その結果、車両の乗員に視認される第２虚像１０Ｂも点滅表示されることとなり、車両の乗員の視線を第２虚像１０Ｂの方向へと誘導し易くすることが可能となる。

その後、Ｓ１９においてＣＰＵ３１は、本プログラムと並行して実施されている情報取得処理プログラム（図７）のＳ７においてフラッシュメモリ３４に格納された最新の情報を新たに読み出す。尚、読み出される情報としては、警告対象物の位置座標、車両の乗員から警告対象物までの距離、周辺環境の輝度分布、乗員の視線開始点（目の位置）及び視線方向、表示ライン等がある。その後、Ｓ１４へと移行する。

一方、Ｓ２０においてＣＰＵ３１は、警告対象物が存在することを報知する警告音を車両内のスピーカから出力する。それによって、車両の乗員が警告対象物に気付いていない場合であっても、警告対象物に気付かせることが可能となる。

次に、Ｓ２１においてＣＰＵ３１は、虚像を表示する為の各種設定を行う。具体的には、液晶ディスプレイ５への映像の表示位置、映像の表示輝度、映像のサイズを設定する。先ず、映像の表示位置は、第１領域２１（図４）内であって、表示ライン上に重複する位置に虚像を生成する為の位置とする。また、映像の表示輝度は、前記Ｓ１４で設定された輝度よりも暗い輝度とし、虚像を重畳する周辺環境の輝度と同程度の輝度とする。また、映像のサイズは、前記Ｓ１４で設定されたサイズよりも小さいサイズとし、警告対象物の一部のみを覆うサイズとする。

その後、Ｓ２２においてＣＰＵ３１は、前記Ｓ２１の設定に基づいて液晶ディスプレイ５の第１領域２１に虚像を生成する為の映像を出力する。尚、出力する映像の内容はＳ１５で表示された映像と同一の映像であっても良いし、異なる映像としても良い。例えば、前記Ｓ１５では黄色のアイコンの映像を出力し、Ｓ２２では赤いアイコンの映像を出力しても良い。また、前記Ｓ１５において液晶ディスプレイ５の第２領域２２に映像を表示していた場合には、第１領域２１への映像の出力に伴って第２領域２２の映像は消去する。尚、第２領域２２から第１領域２１へと映像の出力を切り替えるタイミングは、前記Ｓ１６やＳ１７でＹＥＳと判定された直後であっても良いし、前記Ｓ１６やＳ１７でＹＥＳと判定されてから所定時間経過した後であっても良い。尚、第１領域２１に表示された映像の虚像である第１虚像１０Ａは、前述したように車両の乗員の遠方である２０ｍ離れた位置に視認される（図５参照）。

その結果、図１１に示すように車両の進行方向前方にある警告対象物５１の一部のみに重畳する第１虚像１０Ａが、車両の乗員から２０ｍ離れた位置に視認されることとなる。そして、本実施形態では図１０に示す第２虚像１０Ｂから図１１に示す第１虚像１０Ａへと切り替えて表示することによって、車両の乗員と警告対象物とを結ぶ表示ラインに沿って警告対象物の方向へと虚像の位置を移動する案内を行うことが可能となる。その結果、ユーザの視線を虚像によって警告対象物へと誘導することが可能となる。それによって、警告対象物をユーザに確実に視認させることが可能となる。第１領域２１への映像の出力は、基本的に警告対象物がその後に車両の前方から消失するまで行われる。

また、本実施形態では図１０に示す第２虚像１０Ｂでは警告対象物５１の全体に重畳して虚像を表示しているが、図１１に示す第１虚像１０Ａでは警告対象物５１の一部のみに重畳して虚像を表示する。その結果、車両の乗員の視線が警告対象物５１の周辺に無い状況では、できる限り虚像を大きいサイズで表示することによって、乗員の視線を警告対象物５１の周辺に導き易くすることが可能となる。一方で、乗員の視線が警告対象物５１の周辺に位置した後には虚像のサイズをできる限り小さくすることにより、虚像によって警告対象物５１の視認が阻害されることなく、確実に警告対象物５１を視認させることが可能となる。

更に、本実施形態では図１０に示す第２虚像１０Ｂでは周辺環境よりも高い輝度で虚像を表示しているが、図１１に示す第１虚像１０Ａでは周辺環境と同程度の輝度で虚像を表示する。その結果、車両の乗員の視線が警告対象物５１の周辺に無い状況では、できる限り高い輝度で虚像を表示することによって、乗員の視線を警告対象物５１の周辺に導き易くすることが可能となる。一方で、乗員の視線が警告対象物５１の周辺に位置した後には虚像の輝度を周辺環境に近づけることにより、虚像によって警告対象物５１の視認が阻害されることなく、確実に警告対象物５１を視認させることが可能となる。

尚、液晶ディスプレイ５には、上記警告対象物に対する警告の映像に加えて、車両２に関する情報や乗員９の運転の支援の為に用いられるその他の情報についても表示しても良い。例えばナビゲーション装置４８で設定された案内経路（走行予定経路）や案内経路に基づく案内情報（車両の進行方向を示す矢印等）、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等がある。

以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、車両の乗員に対して警告対象となる警告対象物がある場合に、乗員から警告対象物の間であって、警告対象物の少なくとも一部と重畳して乗員に視認される位置に虚像を表示し（Ｓ１５）、その後に乗員の視線が警告対象物の周辺に位置した場合には、乗員と警告対象物とを結ぶ方向に沿って警告対象物の方向へと虚像の位置を移動する（Ｓ２１、Ｓ２２）ので、車両の乗員の視線が警告対象物から離れた位置にある場合であっても、乗員の視線に応じて虚像の位置を移動させることによって、乗員の視線を虚像によって警告対象物へと誘導することが可能となる。それによって、警告対象物を乗員に確実に視認させることが可能となる。

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８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８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８自身ではなくフロントウィンドウ８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。

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。

また、本実施形態では液晶ディスプレイ５に対する映像の表示位置を第２領域２２から第１領域２１へと切り替える（即ち、液晶ディスプレイ５と乗員とを結ぶ光路の光路長を第１光路長から第１光路長よりも長い第２光路長へと切り替える）ことによって、警告対象物の方向へと虚像の位置を移動させる構成としているが、液晶ディスプレイ５と乗員とを結ぶ光路の光路長を徐々に長くすることによって、警告対象物の方向へと虚像の位置を移動させる構成としても良い。例えば、液晶ディスプレイ５や光路を折り返すミラーの位置をモータ等の駆動源を用いて移動可能に構成し、液晶ディスプレイ５やミラーを移動することによって光路長を徐々に変更する構成が実現可能である。また、光路長を徐々に長くするのに伴って、液晶ディスプレイ５に表示する映像の表示サイズを徐々に小さく変更し、輝度は周辺環境に近づくように徐々に下げる制御を行うのが望ましい。

また、本実施形態では虚像を表示する位置を車両の乗員から２．５ｍ離れた位置から２０ｍ離れた位置へと移動させることとしているが、乗員と警告対象物とを結ぶ方向に沿って警告対象物の方向へと虚像が移動するのであれば、虚像を表示する位置は適宜変更可能である。例えば乗員から２．５ｍ離れた位置から４０ｍ離れた位置へと移動させても良い。

また、本実施形態では、警告対象物を車両の乗員の死角（例えば遮蔽物により遮蔽された位置）にあって乗員から一部しか視認できない対象物としているが、乗員から全く視認できない対象物や、全体を視認できても他の理由（例えば逆光等）により視認し難い対象物についても警告対象物に含めても良い。

また、本発明に係る虚像表示装置を具体化した実施例について上記に説明したが、虚像表示装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。

例えば、第１の構成は以下のとおりである。
映像表示面（５）に表示された映像をユーザに視認させることによって前記映像の虚像をユーザに視認させる虚像表示装置（１）であって、ユーザ（９）に対して警告対象となる対象物（５１）の位置を取得する位置取得手段（３１）と、ユーザから前記対象物の間であって、前記対象物の少なくとも一部と重畳してユーザに視認される位置に虚像を表示する虚像表示手段（３１）と、ユーザの視線を検出する視線検出手段（３１）と、前記虚像表示手段により虚像が表示された後であって、ユーザの視線が前記対象物の周辺に位置した場合に、ユーザと前記対象物とを結ぶ方向に沿って前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する虚像位置変更手段（３１）と、を有する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザの視線が警告対象となる対象物から離れた位置にある場合であっても、ユーザの視線に応じて虚像の位置を移動させることによって、ユーザの視線を虚像によって警告対象となる対象物へと誘導することが可能となる。それによって、警告対象となる対象物をユーザに確実に視認させることが可能となる。

また、第２の構成は以下のとおりである。
前記位置取得手段（３１）は、ユーザ（９）から所定距離以上離れた位置にある対象物又はユーザの死角にある対象物の位置を、ユーザに対して警告対象となる対象物の位置として取得する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザから遠方にあったり遮蔽物に遮蔽されるなどの理由でユーザが視認することが困難な対象物がある場合において、最終的に対象物をユーザに確実に視認させることが可能となる。

また、第３の構成は以下のとおりである。
前記虚像位置変更手段（３１）は、前記映像表示面（５）とユーザ（９）とを結ぶ光路の光路長を第１光路長から第１光路長よりも長い第２光路長へと切り替えることによって、前記対象物（５１）の方向へと前記虚像の位置を移動する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の表示位置をユーザの近傍から遠方へと切り替えることによって、ユーザの視線を虚像によって警告対象となる対象物へと誘導することが可能となる。

また、第４の構成は以下のとおりである。
前記虚像位置変更手段（３１）は、前記映像表示面（５）とユーザ（９）とを結ぶ光路の光路長を徐々に長くすることによって、前記対象物（５１）の方向へと前記虚像の位置を移動する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の表示位置をユーザの近傍から遠方へと徐々に移動することによって、ユーザの視線を虚像によって警告対象となる対象物へと誘導することが可能となる。

また、第５の構成は以下のとおりである。
ユーザ（９）から前記対象物（５１）までの距離を取得する距離取得手段（３１）を有し、前記虚像位置変更手段（３１）は、ユーザの視線が前記対象物の周辺に位置する前であっても、ユーザから前記対象物までの距離が閾値以下となった場合には、前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、警告対象物への警告が緊急性を有する場合においては、迅速にユーザの視線を警告対象となる対象物へと誘導することが可能となる。

また、第６の構成は以下のとおりである。
前記虚像位置変更手段（３１）によって前記虚像の位置を移動するのに伴って、ユーザに視認される前記虚像のサイズを小さく変更するサイズ変更手段（３１）を有する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザの視線が対象物の周辺に位置した後には虚像のサイズを小さくすることにより、虚像によって対象物の視認が阻害されることなく、確実に対象物を視認させることが可能となる。

また、第７の構成は以下のとおりである。
前記虚像表示手段（３１）は、前記対象物（５１）の全体に重畳してユーザに視認される初期サイズで前記虚像を表示し、前記サイズ変更手段（３１）は、前記虚像のサイズを前記初期サイズから前記対象物の一部のみに重畳してユーザに視認されるサイズへと変更する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザの視線が対象物の周辺に無い状況では、できる限り虚像を大きいサイズで表示することによって、ユーザの視線を対象物の周辺に導き易くすることが可能となる。一方で、ユーザの視線が対象物の周辺に位置した後には虚像のサイズをできる限り小さくすることにより、虚像によって対象物の視認が阻害されることなく、確実に対象物を視認させることが可能となる。

また、第８の構成は以下のとおりである。
前記虚像が重畳する周辺環境の輝度を取得する輝度取得手段（３１）を有し、前記虚像表示手段（３１）は、前記周辺環境の輝度よりも高い初期輝度で前記虚像を表示し、前記虚像位置変更手段によって前記虚像の位置を移動するのに伴って、前記虚像の輝度を前記初期輝度から前記周辺環境の輝度に近づける輝度変更手段（３１）を有する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザの視線が対象物の周辺に無い状況では、周辺環境よりも高い輝度で虚像を表示することによって、ユーザの視線を対象物の周辺に導き易くすることが可能となる。一方で、ユーザの視線が対象物の周辺に位置した後には虚像の輝度を周辺環境に近づけることにより、虚像によって対象物の視認が阻害されることなく、確実に対象物を視認させることが可能となる。

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
５ 液晶ディスプレイ
６ 反射型偏光板
７ 凹面鏡
８ フロントウィンドウ
９ 乗員
１０Ａ 第１虚像
１０Ｂ 第２虚像
１１ フロントカメラ
１２ 車内カメラ
１３ 第１ミラー
１４ 第２ミラー
１９ 第１光路
２０ 第２光路
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ フラッシュメモリ
５１ 警告対象物
５２ 表示ライン

Claims (8)

1. 映像表示面に表示された映像をユーザに視認させることによって前記映像の虚像をユーザに視認させる虚像表示装置であって、
   ユーザに対して警告対象となる対象物の位置を取得する位置取得手段と、
   ユーザから前記対象物の間であって、前記対象物の少なくとも一部と重畳してユーザに視認される位置に虚像を表示する虚像表示手段と、
   ユーザの視線を検出する視線検出手段と、
   前記虚像表示手段により虚像が表示された後であって、ユーザの視線が前記対象物の周辺に位置した場合に、ユーザと前記対象物とを結ぶ方向に沿って前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する虚像位置変更手段と、を有する虚像表示装置。
2. 前記位置取得手段は、ユーザから所定距離以上離れた位置にある対象物又はユーザの死角にある対象物の位置を、ユーザに対して警告対象となる対象物の位置として取得する請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記虚像位置変更手段は、前記映像表示面とユーザとを結ぶ光路の光路長を第１光路長から第１光路長よりも長い第２光路長へと切り替えることによって、前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記虚像位置変更手段は、前記映像表示面とユーザとを結ぶ光路の光路長を徐々に長くすることによって、前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する請求項１又は請求項２に記載の虚像表示装置。
5. ユーザから前記対象物までの距離を取得する距離取得手段を有し、
   前記虚像位置変更手段は、ユーザの視線が前記対象物の周辺に位置する前であっても、ユーザから前記対象物までの距離が閾値以下となった場合には、前記対象物の方向へと前記虚像の位置を移動する請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の虚像表示装置。
6. 前記虚像位置変更手段によって前記虚像の位置を移動するのに伴って、ユーザに視認される前記虚像のサイズを小さく変更するサイズ変更手段を有する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の虚像表示装置。
7. 前記虚像表示手段は、前記対象物の全体に重畳してユーザに視認される初期サイズで前記虚像を表示し、
   前記サイズ変更手段は、前記虚像のサイズを前記初期サイズから前記対象物の一部のみに重畳してユーザに視認されるサイズへと変更する請求項６に記載の虚像表示装置。
8. 前記虚像が重畳する周辺環境の輝度を取得する輝度取得手段を有し、
   前記虚像表示手段は、前記周辺環境の輝度よりも高い初期輝度で前記虚像を表示し、
   前記虚像位置変更手段によって前記虚像の位置を移動するのに伴って、前記虚像の輝度を前記初期輝度から前記周辺環境の輝度に近づける輝度変更手段を有する請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の虚像表示装置。

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