JP6201690B2

JP6201690B2 - 車両情報投影システム

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Publication number: JP6201690B2
Application number: JP2013245739A
Authority: JP
Inventors: 武志谷内田; 広川　拓郎; 拓郎広川
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2013-11-28
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-11-28
Also published as: JP2015101311A

Description

本発明は、所定の表示画像を投影し、車両の乗員前方側に虚像を視認させる車両情報投影システムに関する。

従来の車両情報投影システムとして、特許文献１に開示されるような投影装置であるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ−ＵｐＤｉｓｐｌａｙ）装置を用いたものが知られている。このようなＨＵＤ装置は、車両のフロントガラスに表示画像を投影することで、視認者（乗員）に、車両の外界の実景とともに所定の情報を示す虚像を視認させるものであり、車両の案内経路を表す表示画像の形状や大きさや、表示させる位置を調整し、実景である車線に対応づけて表示することで、乗員は実景を視認しながら少ない視線移動だけで経路を確認することができるものである。

特開２０１１−１２１４０１号公報

しかしながら、特許文献１のような実景に対応させて虚像を視認させるＨＵＤ装置において、ＨＵＤ装置が搭載された車両が、図９（ａ）に示すように急減速した場合、車両の前方側が下向き（図９におけるＹ軸のマイナス方向）に下がってしまう（前傾姿勢になってしまう）ため、図９（ｂ）に示すように外景の特定対象Ｗに対して虚像Ｖが下向き（Ｙ軸のマイナス方向）にずれて視認者が視認してしまうおそれがあり、さらに、図１０（ａ）に示すように急加速した場合、車両の前方側が上向き（図１０におけるＹ軸のプラス方向）に上がってしまう（後傾姿勢になってしまう）ため、外景の特定対象Ｗに対して虚像Ｖが上向き（Ｙ軸のプラス方向）にずれて視認者に視認されてしまうおそれがあり、これら車両の外景の特定対象Ｗに対して虚像Ｖがずれてしまうこと（誤表示）により、視認者が違和感を覚えるおそれがあった。

また自車両の傾きが大きくなった場合、特定対象Ｗと、これを指示する虚像Ｖとの位置ズレが増大し、特定対象Ｗに虚像Ｖが対応しなくなり、虚像Ｖを視認することでユーザが違和感を覚えるおそれがあった。

本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、車両の外景の特定対象に対応させて表示させる虚像の位置ずれ（誤表示）を抑制し、視認者に違和感なく情報を認識させることができる車両情報投影システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る車両情報投影システムは、車両の外にある特定対象の位置を推定する車外状況推定手段と、
前記特定対象に関する重畳画像を生成する表示器と、
前記表示器を制御する表示制御手段と、
前記表示器が生成した前記重畳画像を前記車両の乗員前方の投影対象に向けるリレー光学系と、
前記車外状況推定手段により推定された前記特定対象の位置に応じて、前記重畳画像が表示される位置を第１の表示領域内で調整する画像位置調整手段と、
前記車両の挙動を検出する挙動検出手段と、を備え、
前記表示制御手段は、前記挙動検出手段にて検出した車両挙動に基づき、前記第１の表示領域に対して前記特定対象が移動した上方向又は下方向を指示する代替画像を前記第１の表示領域に表示させるものである。

本発明によれば、車両の外景の特定対象に対応させて表示させる虚像の位置ずれ（誤表示）を抑制し、視認者に違和感なく情報を認識させることができる。

本発明の第一実施形態における車両情報投影システムの構成を説明する図である。上記実施形態における車両の乗員が視認する景色を説明する図である。上記実施形態における車両の乗員が視認する景色を説明する図である。上記実施形態における画像の位置を調整する動作フロー図である。上記実施形態における表示の推移を説明する図である。上記実施形態におけるＨＵＤ装置の構成を説明する図である。上記実施形態におけるＨＵＤ装置の構成を説明する図である。第二実施形態における画像の位置を調整する動作フロー図である。従来技術の問題点を説明する図である。従来技術の問題点を説明する図である。

（第一実施形態）
本発明の車両情報投影システム１の第一実施形態について、図１〜図７を参照して説明する。なお、以下では、車両情報投影システム１の構成の理解を容易にするため、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ座標系を用いて適宜説明する。ここでは、虚像Ｖを視認する乗員３から見て左右方向に沿った軸をＸ軸、上下方向に沿った軸をＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸と直交し、虚像Ｖを視認する乗員３の視線方向に沿った軸をＺ軸としている。また、図中、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸を示す矢印の向く方向を、矢印が示す軸の＋（プラス）方向、その反対側を−（マイナス）方向として、適宜、説明する。

図１に第一実施形態に係る車両情報投影システム１のシステム構成を示す。
本実施形態に係る車両情報投影システム１は、第１の虚像Ｖ１を表す第１表示光Ｎ１と、第２の虚像Ｖ２を表す第２表示光Ｎ２とを自車両２のフロントガラス２ａに投影し、第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２を自車両２の乗員（視認者）３に視認させる投影装置であるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１００と、自車両２に関する車両情報、及び自車両２の周辺の車外状況などを取得する情報取得部２００と、情報取得部２００から入力される情報に基づき、ＨＵＤ装置１００の表示を制御する表示コントローラ４００と、から構成される。

ＨＵＤ装置１００は、第１表示光Ｎ１を出射する第１投影手段１０と、第２表示光Ｎ２を出射する第２投影手段２０と、を筐体４０内に配置したものであり、筐体４０に設けられた透過部４０ａから第１表示光Ｎ１と第２表示光Ｎ２をフロントガラス２ａの遠方表示領域（第１表示領域）Ｅ１と近傍表示領域（第２表示領域）Ｅ２へ出射する。
フロントガラス２ａの遠方表示領域Ｅ１に反射した第１表示光Ｎ１は、図１に示すように、結像距離が比較的長く、乗員３から離れた位置に第１の虚像Ｖ１を視認させる。
また、フロントガラス２ａに反射した第２表示光Ｎ２は、第１の虚像Ｖ１に比べて結像距離が短く、第１の虚像Ｖ１より乗員３側に第２の虚像Ｖ２を視認させる。具体的に例えば、第１投影手段１０により投影される虚像（第１の虚像Ｖ１）は、乗員３から１５ｍ以上離れた位置にあるかのように視認され（結像距離１５ｍ以上）、第２投影手段２０により投影される虚像（第２の虚像Ｖ２及び後述する補助虚像Ｖ３）は、乗員３から２．５ｍ程度離れた位置にあるかのように視認される。

以下に、図２，３を用いて、乗員３が視認する第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２について説明する。図２は、乗員３が自車両２の運転席で視認するフロントガラス２ａに投影された第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２の様子を説明する図であり、第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２は、自車両２のステアリング２ｂの上側（Ｙ軸のプラス側）に配設されるフロントガラス２ａに投影される。本実施形態におけるＨＵＤ装置１００は、第１の虚像Ｖ１が表示される領域（遠方表示領域Ｅ１）が、第２の虚像Ｖ２が表示される領域（近傍表示領域Ｅ２）より上側に配置されるように第１表示光Ｎ１及び第２表示光Ｎ２をそれぞれ出射する。図３は、後述する第１の虚像Ｖ１として衝突警告画像Ｊ１ｃを表示している様子を示す図である。

フロントガラス２ａの遠方表示領域（第１の表示領域）Ｅ１に投影される第１の虚像Ｖ１としては、図２，３に示すように、目的地までの経路を自車両２の外界の車線Ｗａ（特定対象）に重畳させて経路誘導する案内経路画像Ｊ１ａ，後述するステレオカメラ２０１ａにより白線Ｗｂ（特定対象）を認識し、自車両２が車線を逸脱しそうになった場合、白線Ｗｂ近傍に重畳させて白線Ｗｂの存在を認識させて車線逸脱を抑制する、または単に白線Ｗｂ近傍に重畳させて白線Ｗｂの存在を認識させる白線認識画像Ｊ１ｂ，後述するステレオカメラ２０１ａにより自車両２の車線上にある特定対象（前方車両Ｗｃや障害物）を認識し、これら認識された車線上の物体の近傍に重畳させて注意を促し、衝突を抑制する衝突警告画像Ｊ１ｃ，前方車両Ｗｃに追従するように自車両２の速度を制御するアダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ：ＡｄａｐｔｉｖｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ）を使用する際に、前方車両Ｗｃとして認識する車両に重畳させ、乗員３に追従する前方車両Ｗｃを認識させる前方車両ロック画像（図示しない），前方車両Ｗｃと自車両２との距離に関する指標を前方車両Ｗｃと自車両２との間の車線に重畳させ、車間距離を乗員に認識させる車間距離画像（図示しない）などであり、自車両２の外界の実景の車線Ｗａ、白線Ｗｂ、前方車両Ｗｃ、障害物などの特定対象に合わせて表示される重畳画像Ｊ１である。

フロントガラス２ａの近傍表示領域（第２の表示領域）Ｅ２に投影される第２の虚像Ｖ２としては、後述する車速センサ２０４や車両ＥＣＵ３００から出力された自車両２の速度情報や回転数情報や燃費情報など自車両２の運行状態に関する運行状態画像Ｊ２ａ，後述するＧＰＳコントローラ２０３から自車両２の現在位置を認識し、ナビゲーションシステム２０２から自車両２が現在走行している車線に基づく規制情報（制限速度など）を読み出し、自車両２の現在位置に基づく規制情報に関する規制画像Ｊ２ｂ，自車両２の異常を乗員３に認識させる車両警告画像（図示しない）などであり、自車両２の外界の実景の特定対象に合わせて表示しない近傍画像Ｊ２である。

情報取得部２００は、自車両２の前方を撮像し、自車両２の前方の状況を推定する前方情報取得部２０１と、自車両２の経路案内を行うナビゲーションシステム２０２と、ＧＰＳコントローラ２０３と、車速センサ２０４と、を備え、それぞれが取得した情報を後述する表示コントローラ４００に出力するものである。
ちなみに、本願の特許請求の範囲に記載の車外状況推定手段は、本実施形態における前方情報取得部２０１，ナビゲーションシステム２０２，ＧＰＳコントローラ２０３などから構成されるが、自車両２の前方の状況を推定できるものであれば、これらに限定されるものではなく、ミリ波レーダーやソナー、または道路交通情報通信システムなどの外部通信装置と自車両２との間で通信を行うことによって、自車両２の前方の状況を推定するものであってもよい。また、本願の特許請求の範囲に記載の挙動検出手段は、本実施形態における前方情報取得部２０１，車速センサ２０４などから構成される。

前方情報取得部２０１は、自車両２の前方の情報を取得するものであり、本実施形態では、自車両２前方側を撮像するステレオカメラ２０１ａと、このステレオカメラ２０１ａで取得された撮像データを解析する撮像画像解析部（図示しない）と、を有する。

ステレオカメラ２０１ａは、自車両２が走行する道路を含む前方領域を撮像するものであり、撮像画像解析部がステレオカメラ２０１ａで取得された撮像データをパターンマッチング法により画像解析することで、道路形状に関する情報（車線Ｗａ，白線Ｗｂ，停止線，横断歩道，道路の幅員，車線数，交差点，カーブ，分岐路等）や道路上の物体に関する情報（前方車両Ｗｃや障害物）を解析することができ、さらに三角測量の原理に基づく画像解析により白線Ｗｂ，停止線，交差点，カーブ，分岐路，前方車両Ｗｃ，障害物等の特定対象と自車両２との間の距離を算出することができる。

すなわち、本実施形態において、前方情報取得部２０１は、ステレオカメラ２０１ａで撮像した撮像データから解析した、道路形状に関する情報、道路上の前方車両Ｗｃなどの障害物に関する情報、及び撮像された特定対象と自車両２との距離に関する情報などを表示コントローラ４００に出力する。

ナビゲーションシステム２０２は、地図データを記憶する記憶部を有し、ＧＰＳコントローラ２０３からの位置情報に基づいて、現在位置近傍の地図データを記憶部から読み出し、案内経路を決定し、この案内経路に関する情報を表示コントローラ４００に出力し、ＨＵＤ装置１００に案内経路画像Ｊ１ａなどを表示させることにより、乗員３により設定された目的地までの経路案内を行うものである。また、ナビゲーションシステム２０２は、地図データを参照することにより、自車両２の前方の施設（特定対象）の名称・種類、及び自車両２と施設との距離を表示コントローラ４００に出力する。

また、地図データには、道路に関する情報（道路の幅員，車線数，交差点，カーブ，分岐路等）や制限速度などの道路標識に関する規制情報，車線が複数存在する場合の各車線についての情報（どの車線がどこに向かう車線か）などが、位置データに対応付けられて記憶されており、ナビゲーションシステム２０２は、ＧＰＳコントローラ２０３からの位置情報に基づいて、現在位置近傍の地図データを読み出し、表示コントローラ４００に出力する。

ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）コントローラ２０３は、人工衛星などからＧＰＳ信号を受信し、このＧＰＳ信号をもとにして自車両２の位置の計算を行い、計算された自車両位置をナビゲーションシステム２０２に出力するものである。

車速センサ２０４は、自車両２の速度を検出し、この自車両２の速度情報を表示コントローラ４００に出力するものである。表示コントローラ４００は、車速センサ２０４から入力される速度情報に基づき、ＨＵＤ装置１００に自車両２の車速を示す運行状態画像Ｊ２ａを表示させる。また、後述する表示コントローラ４００は、車速センサ２０４から入力される速度情報に基づき、自車両２の加速度を求めることができ、この算出された加速度により自車両２の挙動を推定し、この自車両２の挙動に基づき、第１の虚像Ｖ１の位置を調整することができる（画像位置調整処理）。この『画像位置調整処理』の詳細については後述することとする。

車両ＥＣＵ３００は、自車両２を総合的に制御するＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）であり、自車両２に搭載される様々なセンサ（図示しない）などから出力される信号に基づき、ＨＵＤ装置１００に表示させる表示画像を決定し、この表示画像の指示データを後述する表示コントローラ４００に出力することで、表示コントローラ４００がＨＵＤ装置１００に所望の表示画像を投影させる。

表示コントローラ４００は、ＨＵＤ装置１００における後述する第１投影手段１０、第２投影手段２０、アクチュエータ３０ａの動作を制御し、フロントガラス２ａの所定の位置に第１表示光Ｎ１及び第２表示光Ｎ２を投影させるものであり、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）やメモリなどを備える回路で構成されるＥＣＵであり、入出力部４０１と、表示制御手段４０２と、画像メモリ４０３、記憶部４０４とを含み、ＨＵＤ装置１００、情報取得部２００及び車両ＥＣＵ３００とＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）バス通信等により信号の伝達を行う。

入出力部４０１は、情報取得部２００及び車両ＥＣＵ３００と通信可能に接続され、情報取得部２００から自車両２の車外における特定対象の有無や特定対象の種類や位置などを示す車外状況情報、自車両２の速度などの挙動を示す車両挙動情報、自車両２と車外の特定対象との距離を示す距離情報などを入力する。

表示制御手段４０２は、情報取得部２００から入力される車外状況情報に基づき、画像メモリ４０３から画像データを読み出し、第１投影手段１０に表示させる重畳画像Ｊ１，代替画像Ｊ３と、第２投影手段２０に表示させる近傍画像Ｊ２とを生成し、ＨＵＤ装置１００（第１投影手段１０及び第２投影手段２０）に出力する。

表示制御手段４０２は、後述する第１表示手段１１や第２表示手段２１が有する表示素子１１ａやこの表示素子１１ａを照明する光源１１ｂを駆動するドライバーなどを含み、第１表示手段１１に重畳画像Ｊ１を表示させ、第２表示手段２１に近傍画像Ｊ２を表示させるものである。
表示制御手段４０２は、第１表示手段１１や第２表示手段２１の表示素子１１ａや光源１１ｂを制御することにより、重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）及び近傍画像Ｊ２（第２の虚像Ｖ２）の輝度や明度を調整することができ、これにより第１の虚像Ｖ１及び第２の虚像Ｖ２の視認性を調整することができる。これら画像の視認性（輝度、明度）は、従来の車両情報投影システムにおいては、図示しない照度センサから入力される乗員３の周辺の照度情報や、図示しない調整スイッチからの操作信号に基づき調整されるのみであるが、本発明の車両情報投影システム１に係る表示制御手段４０２は、後述する『画像位置調整処理』において、自車両２の挙動が大きいと判定した場合、特定対象に対応する重畳画像Ｊ１の輝度や明度を低下（非表示も含む）させ、自車両２から一定距離以内にある特定対象に対応する重畳画像Ｊ１を表示態様の異なる代替画像Ｊ３に表示切り替えさせる。

ちなみに、重畳画像Ｊ１の生成において、表示制御手段４０２は、前方情報取得部２０１から入力される道路形状に関する情報、道路上の物体に関する情報、及び撮像された特定対象との距離に関する情報から、表示形態や表示する位置を決定し、実景の特定対象（経路誘導する分岐路，車線Ｗａ，前方車両Ｗｃや障害物Ｗｃ）に対応する位置に第１の虚像Ｖ１が視認されるように重畳画像Ｊ１を生成する。表示制御手段４０２は、具体的に例えば、ナビゲーションシステム２０２から入力される案内経路に関する情報に基づく自車両２の経路誘導をする案内経路画像Ｊ１ａ，前方情報取得部２０１から入力される車両前方情報に基づく車線の存在を認識させる白線認識画像Ｊ１ｂ，及び前方車両Ｗｃまたは障害物に対する注意を促す衝突警告画像Ｊ１ｃなどを生成し、これら生成した重畳画像Ｊ１を第１投影手段１０に出力し、情報取得部２００または車両ＥＣＵ３００から入力される情報に基づき、速度情報など自車両２の運行状態に関する運行状態画像Ｊ２ａ，制限速度などの規制情報に関する規制画像Ｊ２ｂなどを生成し、これら生成した近傍画像Ｊ２を表示制御手段４０２に出力する。

また、表示制御手段４０２は、自車両２の挙動を推定し、この自車両２の挙動に基づき、第１の虚像Ｖ１が乗員３によって視認される位置、視認性、表示態様を調整する。以下に、図４の動作フローに基づき、本実施形態における『画像位置補正処理』について説明する。

表示制御手段４０２は、まず、ステップＳ１０において、所定時間毎に情報取得部２００（車速センサ２０４）から速度情報（車両挙動情報）を入力し、この速度情報の時間変化から自車両２の加速度Ａを算出する（ステップＳ２０）。

次に、表示制御手段４０２は、ステップＳ２０において算出した加速度Ａと予め記憶部４０４に記憶しておいた閾値Ａｔｈとを比較する（ステップＳ３０）。そして、加速度Ａが閾値Ａｔｈ以下の場合（ステップＳ３０でＹＥＳ）、表示制御手段４０２は、ステップＳ４０において、記憶部４０４に予め記憶させておいた第１の画像位置補正テーブルデータのうちステップＳ２０で算出した加速度Ａに対応した位置補正量Ｄを読み出し、この位置補正量Ｄに基づき後述する第１投影手段１０が表示する重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）の位置を調整して表示する（ステップＳ５０）。このように、車両用計器の速度検出部として搭載される車速センサ２０４からの速度情報に基づき加速度Ａを求め、この加速度Ａから重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）の位置を調整する位置補正量Ｄを求めて、位置を調整することができるので、専用の検出センサを追加することなく、第１の虚像Ｖ１の位置を調整することができる。

また、加速度Ａが閾値Ａｔｈより大きい場合（ステップＳ３０でＮＯの場合）、表示制御手段４０２は、ステップＳ６０において、特定対象に対応する重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）を非表示（視認性低下も含む）に設定する。そして、表示制御手段４０２は、ステップＳ７０において、代替画像Ｊ３の表示が必要かどうか判定する。具体的には、表示制御手段４０２は、危険度が高い衝突警告画像Ｊ１ｃに関する代替画像Ｊ３を必要と判定する。

代替画像Ｊ３が必要である場合（ステップＳ７０においてＹＥＳ）、表示制御手段４０２は、代替画像Ｊ３の画像データを生成する。代替画像Ｊ３は、図５（ｂ）に示すような矢印形状の画像であり、この矢印の指示方向は、第１の表示領域Ｅ１に対して特定対象（前方車両Ｗｃ）が相対的に移動した方向である。すなわち、自車両２が急加速して自車両２が後傾し、特定対象が第１の表示領域Ｅ１に対して下側（Ｙ軸のマイナス方向）にずれてしまった場合、代替画像Ｊ３は、前方車両Ｗｃがある下側（Ｙ軸のマイナス方向）を指示するように生成される。

その後、第１表示手段１１は、表示制御手段４０２の制御のもと、ステップＳ５０において、それまで表示されていた重畳画像Ｊ１を消去し、必要とされる代替画像Ｊ３を表示する。

また、表示制御手段４０２は、ステップＳ５０において、重畳画像Ｊ１の位置調整が行われる場合、または、重畳画像Ｊ１が非表示にされる場合、または、代替画像Ｊ３が表示される場合のいずれの場合においても、実景の特定対象に対応した位置に第１の虚像Ｖ１として視認される重畳画像Ｊ１以外の近傍画像Ｊ２（運行状態映像Ｊ２ａ、規制画像Ｊ２ｂなど）は、表示を継続する。斯かる構成により、自車両２の姿勢が変化した場合においても特定の領域内（近傍表示領域Ｅ２内）で自車両２が情報を認識しつづけることができる。さらに、表示制御手段４０２は、自車両２の車両姿勢に応じて、特定対象が近傍画像Ｊ２と重なって視認されるおそれがある場合、ステップＳ５０で近傍画像Ｊ２の表示位置を近傍表示領域Ｅ２内で移動させてもよい。

以上の画像位置補正処理の一具体例を、図５を用いて説明する。図５（ａ）は、自車両２の車両姿勢が通常状態である場合の乗員３が視認する景色を示しており、図５（ｂ）は、自車両２の車両姿勢が急加速などで後傾になり、画像位置補正処理が実行された場合の乗員３が視認する景色を示している。図５（ａ）に示す通常状態では、白線Ｗｂを示す白線認識画像Ｊ１ｂ、及び前方車両Ｗｃを示す衝突警告画像Ｊ１ｃが第１の虚像Ｖ１として視認され、運行状態画像Ｊ２ａ及び規制画像Ｊ２ｂが第２の虚像Ｖ２として視認される。自車両２が急加速して自車両２が後傾し、特定対象が第１の表示領域Ｅ１に対して下側（Ｙ軸のマイナス方向）にずれてしまった場合、代替画像Ｊ３は、図５（ｂ）に示すように、前方車両Ｗｃがある下側（Ｙ軸のマイナス方向）を指示するように表示され、白線Ｗｂを示す白線認識画像Ｊ１ｂ、及び前方車両Ｗｃを示す衝突警告画像Ｊ１ｃは非表示となり、運行状態画像Ｊ２ａ及び規制画像Ｊ２ｂは表示を継続する。なお、運行状態画像Ｊ２ａは、自車両２の姿勢変化により、特定対象が第１の表示領域Ｅ１に対して下側（近傍表示領域Ｅ２側）にずれてしまうことにより、前方車両Ｗｃと重なって視認される恐れがあるため、表示位置が移動される。

以上が、本実施の形態に係る車両情報投影システム１のシステム構成であり、これより、本実施形態のＨＵＤ装置１００の構成の一例を図６，７を用いて説明する。図６は、本実施形態におけるＨＵＤ装置１００のＸＺ平面における概略断面図であり、図７は、本実施形態におけるＨＵＤ装置１００のＹＺ平面における概略断面図である。

本実施形態におけるＨＵＤ装置１００は、上述したように、第１の虚像Ｖ１に係る第１表示光Ｎ１をフロントガラス２ａの遠方表示領域（第１の表示領域）Ｅ１に投影する第１投影手段１０と、第２の虚像Ｖ２に係る第２表示光Ｎ２をフロントガラス２ａの近傍表示領域（第２の表示領域）Ｅ２に投影する第２投影手段２０と、第１表示光Ｎ１及び第２表示光Ｎ２をフロントガラス２ａに向ける凹面鏡３０と、筐体４０と、を備える。

第１投影手段１０は、図６に示すように、重畳画像Ｊ１を表示面に表示する第１表示手段１１、折り返しミラー１２、コリメートレンズ１３、平行ミラー１４と、を備え、重畳画像Ｊ１を示す第１表示光Ｎ１を後述する凹面鏡３０に向けて出射し、この凹面鏡３０により第１表示光Ｎ１がフロントガラス２ａの所定の領域に投影（反射）され、フロントガラス２ａの遠方表示領域Ｅ１において、第１の虚像Ｖ１を乗員３に視認させるものである。

第１表示手段１１は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などから構成される表示素子１１ａと、この表示素子１１ａを背面から照明する光源１１ｂなどから構成されており、表示コントローラ４００から出力される信号に基づき、所望の重畳画像Ｊ１を表示素子１１ａの表示面に表示するものである。なお、第１表示手段１１は、透過型のＬＣＤではなく、自発光型の有機ＥＬディスプレイや、反射型のＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）、反射型及び透過型のＬＣＯＳ（登録商標：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＯｎＳｉｌｉｃｏｎ）等で構成されてもよい。

第１投影手段１０において、第１表示手段１１が表示する表示画像Ｊ（重畳画像Ｊ１または代替画像Ｊ３）を示す画像光Ｌは、折り返しミラー１２によって反射され、コリメートレンズ１３に入射する。画像光Ｌはコリメートレンズ１３によって、平行化される（コリメートレンズ１３が平行光Ｍを出射する）。コリメートレンズ１３から出射した平行光Ｍは、平行ミラー１４に入射する。平行ミラー１４のうち、一方の反射面は、入射した光の一部を反射し一部を第１表示光Ｎ１として透過する半透過ミラー１４ａであり、もう一方の反射面は反射のみをする反射ミラー１４ｂである。平行ミラー１４に入射した平行光Ｍは、平行ミラー１４内で反射を繰り返しつつ、一部の平行光Ｍは平行ミラー１４から複数の第１表示光Ｎ１として出射する（半透過ミラー１４ａを複数の第１表示光Ｎ１が透過する）。第１表示光Ｎ１は、コリメートレンズ１３により、平行化された光なので、第１表示光Ｎ１を乗員３が両眼で視認することにより、第１表示手段１１が表示した重畳画像Ｊ１は、乗員３から遠方にあるように視認される（第１の虚像Ｖ１）。本実施形態における第１投影手段１０においては、このコリメートレンズ１３から出射される平行光Ｍを平行ミラー１４間で複数回反射させることで、第１表示光Ｎ１をＸ軸方向に複製して出射させることができるので、乗員３の両眼がＸ軸方向に移動しても広範囲で第１の虚像Ｖ１を視認することができる。

第２投影手段２０は、表示コントローラ４００から入力される信号に基づき、表示画像Ｊ（近傍画像Ｊ２）を表示する第２表示手段２１を有する。この第２表示手段２１は、図７に示すように、後述する筐体４０の開口４０ｂから、近傍画像Ｊ２を示す第２表示光Ｎ２を後述する凹面鏡３０に向けて出射し、この凹面鏡３０により第２表示光Ｎ２がフロントガラス２ａの所定の領域に投影（反射）され、フロントガラス２ａの近傍表示領域Ｅ２において、第２の虚像Ｖ２を乗員３に視認させるものである。

凹面鏡３０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、第１投影手段１０から出射される第１表示光Ｎ１と、第２投影手段２０から出射される第２表示光Ｎ２と、をフロントガラス２ａに向けて反射する。凹面鏡３０で反射した第１表示光Ｎ１（第２表示光Ｎ２）は、筐体４０の透過部４０ａを透過して、フロントガラス２ａに向かう。フロントガラス２ａに到達し、反射された第１表示光Ｎ１（第２表示光Ｎ２）は、フロントガラス２ａの前方位置の遠方表示領域Ｅ１に重畳画像Ｊ１に係る第１の虚像Ｖ１を表示し、近傍表示領域Ｅ２に近傍画像Ｊ２に係る第２の虚像Ｖ２を表示する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、第１の虚像Ｖ１（第２の虚像Ｖ２）と、フロントガラス２ａの前方に実際に存在する外景（特定対象を含む）等の双方を、乗員３に視認させることができる。なお、凹面鏡３０は拡大鏡としての機能を有し、第１表示手段１１（第２表示手段２１）に表示された重畳画像Ｊ１（近傍画像Ｊ２）を拡大してフロントガラス２ａ側へ反射する。すなわち、乗員３に視認される第１の虚像Ｖ１（第２の虚像Ｖ２）は第１表示手段１１（第２表示手段２１）が表示する重畳画像Ｊ１（近傍画像Ｊ２）が拡大した像である。

筐体４０は、第１投影手段１０、第２投影手段２０、凹面鏡３０を収納するものであり、それぞれを位置決め固定する。筐体４０は、凹面鏡３０が反射する第１表示光Ｎ１と第２表示光Ｎ２とをフロントガラス２ａに出射するための透過部４０ａを有する。また、筐体４０は、第２投影手段２０が出射する第１表示光Ｎ１を凹面鏡３０側へ透過する開口４０ｂを有する。

以上が、本実施形態におけるＨＵＤ装置１００の構成であるが、本発明の車両情報投影システム１に用いられるＨＵＤ装置（投影装置）は、上記の例に限られない。上記実施形態において、第１投影手段１０により形成される第１の虚像Ｖ１は、第１表示手段１１に表示される表示画像Ｊの画像光Ｌがコリメートレンズ１３により平行光Ｍとされることで、第２投影手段２０により形成される第２の虚像Ｖ２より遠方に視認されるものであったが、第１投影手段１０は、コリメートレンズ１３による遠方表示の手法を用いなくてもよく、第１表示手段１１が出射する画像光Ｌがフロントガラス２ａに到達するまでの光路長を、第２表示手段２１が出射する画像光Ｌがフロントガラス２ａに到達するまでの光路長より長くすることで、第１の虚像Ｖ１と第２の虚像Ｖ２とが視認される距離に差を設けてもよい。なお、ＨＵＤ装置１００は、上記実施形態の構成以外の公知の技術および投影装置を適用して構成されてもよい。

また、上記実施形態においては、第１の虚像Ｖ１の結像距離が第２の虚像Ｖ２の結像距離が長く設定されていたが、これに限らず、第１の虚像Ｖ１の結像距離が第２の虚像Ｖ２の結像距離とは、略同等であってもよい。また、この場合、第１の表示領域Ｅ１に表示される第１の虚像Ｖ１に関わる重畳画像Ｊ１と、第２の表示領域Ｅ２に表示される第２の虚像Ｖ２に関わる近傍画像Ｊ２とを共通の表示手段（例えば、上記実施形態における第２投影手段２０のみ）で生成してもよい。

また、投影対象は、自車両２のフロントガラス２ａに限定されず、板状のハーフミラー、ホログラム素子等により構成されているコンバイナであってもよい。

また、第１の虚像Ｖ１と第２の虚像Ｖ２が同一の投影対象上に投影されていなくてもよく、一方はフロントガラス２ａに投影され、他方は、上記コンバイナに投影されるように構成してもよい。

以上説明したように、第一実施形態における車両情報投影システム１は、自車両２の外にある特定対象の位置を推定する情報取得部２００（前方情報取得部２０１，ナビゲーションシステム２０２，ＧＰＳコントローラ２０３）と、特定対象に関する重畳画像Ｊ１（近傍画像Ｊ２）を生成する第１表示手段１１（第２表示手段２１）と、第１表示手段１１（第２表示手段２１）が生成した表示画像を自車両２の乗員３前方のフロントガラス２ａに向ける凹面鏡３０と、情報取得部２００により推定された特定対象の位置に応じて、表示画像が投影される位置を、凹面鏡３０を駆動することで調整するアクチュエータ３０ａと、を具備したＨＵＤ装置１００と、自車両２の挙動を検出する情報取得部２００（車速センサ２０４）と、を備え、情報取得部２００にて検出した車速から加速度を算出し、この加速度から自車両２の挙動を推定し、この自車両２の挙動に基づき、重畳画像Ｊ１（近傍画像Ｊ２）を異なる表示画像に変更するものであり、このように、車両姿勢の変化により、乗員３が視認する第１の虚像Ｖ１と特定対象との相対位置が、特定の位置関係からずれてしまう場合、通常表示画像（重畳画像Ｊ１）とは異なる形状の代替画像Ｊ３表示することができるため、乗員３が第１の虚像Ｖ１の位置ずれを認識することを防止することができ、乗員３に第１の虚像Ｖ１の位置ずれによる違和感を与えない商品性のあるヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に変形例の一例を示す。

（第二実施形態）
上記実施形態においては、自車両２の挙動を、車速センサ２０４の車速情報から自車両２の加速度を求めることにより推定していたが、これに限らず、ステレオカメラ２０１ａにて撮像される特定対象の位置の時間推移に基づき、自車両２の挙動を推定してもよい。具体的には、図８の動作フローに基づき『画像位置調整処理』を行う。

表示制御手段４０２は、まず、ステップＳ１０ａにおいて、所定時間毎に前方情報取得部２０１（ステレオカメラ２０１ａ）から特定対象の位置情報（車両挙動情報）を入力し、この位置情報の時間変化から特定対象の移動量Ｃを算出する（ステップＳ２０ａ）。なお、特定対象の移動量Ｃは、Ｙ軸方向の移動量であり、ステレオカメラ２０１ａの撮像方向における上下方向の移動量であり、この特定対象の移動量Ｃから自車両２のＹ軸方向の傾きを推定することができる。

次に、表示制御手段４０２は、ステップＳ２０ａにおいて算出した移動量Ｃと予め記憶部４０４に記憶しておいた閾値Ｃｔｈとを比較する（ステップＳ３０ａ）。そして、移動量Ｃが閾値Ｃｔｈ以下の場合（ステップＳ３０ａでＹＥＳ）、表示制御手段４０２は、ステップＳ４０ａにおいて、記憶部４０４に予め記憶させておいた第１の画像位置補正テーブルデータのうちステップＳ３０ａで算出した移動量Ｃに対応した位置補正量Ｄを読み出し、この位置補正量Ｄに基づき後述する第１投影手段１０が表示する重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）の位置を調整して表示する（ステップＳ５０ａ）。このように、ステレオカメラ２０１ａが撮像する特定対象の位置ずれに基づき、第１の虚像Ｖ１の位置を補正することにより、正確に第１の虚像Ｖ１の位置を補正することができる。

また、移動量Ｃが閾値Ｃｔｈより大きい場合（ステップＳ３０ａでＮＯ）、表示制御手段４０２は、ステップＳ６０ａにおいて、特定対象に対応する第１の虚像Ｖ１を非表示（視認性低下も含む）に設定する。そして、表示制御手段４０２は、ステップＳ７０ａにおいて、代替画像Ｊ３の表示が必要かどうか判定する。

代替画像Ｊ３が必要である場合（ステップＳ７０ａにおいてＹＥＳ）、表示制御手段４０２は、代替画像Ｊ３の画像データを生成する。

その後、第１表示手段１１は、表示制御手段４０２の制御のもと、ステップＳ５０ａにおいて、それまで表示されていた重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）を消去し、必要とされる代替画像Ｊ３を表示する。

なお、上記実施形態において、車両挙動に基づいて反射型の光学部材である凹面鏡（リレー光学系）３０を回転させることで、重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）が投影される位置を調整していたが、これに限られず、第１投影手段１０から出射される第１表示光Ｎ１を、レンズなどの屈折型の光学部材を回転および／または移動させることで、重畳画像Ｊ１（第１の虚像Ｖ１）が投影される位置を調整するものであってもよい。

また、上記実施形態のＨＵＤ装置１００において、第１投影手段１０が出射する第１表示光Ｎ１と、第２投影手段２０が出射する第２表示光Ｎ２とを、共通の凹面鏡（リレー光学系）３０により、フロントガラス２ａの方向へ向けて出射させていたが、別々のリレー光学系により、第１表示光Ｎ１と第２表示光Ｎ２とをフロントガラス２ａに向けて出射させてもよい。

また、上記実施形態のＨＵＤ装置１００は、第１投影手段１０及び第２投影手段２０の投影手段を複数有していたが、第２投影手段２０を省略してもよい。

また、表示コントローラ４００は、上述した以外に、ジャイロセンサ、サスストロークセンサ、ブレーキペダルセンサ、アクセルペダルセンサなどの出力信号から自車両２の挙動を推定して、第１の虚像Ｖ１の位置補正量Ｄを算出してもよい。

１車両情報投影システム、１００ＨＵＤ装置（投影装置）、１０第１投影手段、１１第１表示手段、２０第２投影手段、２１第２表示手段、３０凹面鏡（リレー光学系）、３０ａアクチュエータ（画像位置調整手段）、２００情報取得部（車外状況推定手段）、４００表示コントローラ（画像位置調整手段）、Ｅ１遠方表示領域（第１表示領域）、Ｅ２近傍表示領域（第２表示領域）、Ｊ１重畳画像、Ｊ２近傍画像、Ｊ３代替画像、Ｌ画像光、Ｎ１第１表示光Ｎ２第２表示光、Ｖ１第１の虚像Ｖ２第２の虚像

Claims

車両の外にある特定対象の位置を推定する車外状況推定手段と、
前記特定対象に関する重畳画像を生成する表示器と、
前記表示器を制御する表示制御手段と、
前記表示器が生成した前記重畳画像を前記車両の乗員前方の投影対象に向けるリレー光学系と、
前記車外状況推定手段により推定された前記特定対象の位置に応じて、前記重畳画像が表示される位置を第１の表示領域内で調整する画像位置調整手段と、
前記車両の挙動を検出する挙動検出手段と、を備え、
前記表示制御手段は、前記挙動検出手段にて検出した車両挙動に基づき、前記第１の表示領域に対して前記特定対象が移動した上方向又は下方向を指示する代替画像を前記第１の表示領域に表示させる、
ことを特徴とする車両情報投影システム。
前記挙動検出手段は、前記車両の加速度を検出可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両情報投影システム。
前記挙動検出手段は、前記車両の外景における前記特定対象を撮像可能な撮像手段を有し、前記撮像手段にて撮像された前記特定対象の位置に基づき、前記車両挙動を検出する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両情報投影システム。