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技術 車両用ヘッドアップディスプレイ装置

出願人 クラリオン株式会社
発明者 森田学
出願日 2015年1月20日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-008897
公開日 2016年7月25日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2016-132383
状態 特許登録済
技術分野 計器板 その他の光学系・装置、色の干渉・色の制御
主要キーワード 投射画像光 クロソイド 縮小補正 信号機付き 擬似信号 オイラー 車線表示 画像補正後
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年7月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

搭乗者の負担を低減させるようにする。

解決手段

画像光投射する投射装置10と、投射装置10から投射された画像光を投射面12に反射させて投射面12に画像光に基づく虚像15を表示させる反射ミラー11とを備え、反射ミラー11は、その曲率が変化するように形成されている。

概要

背景

本技術分野の背景技術として、特開2009−150947号公報(特許文献1)がある。この公報には、「光源と、光源からの光を2次元走査する走査手段と、走査光結像するスクリーンと、スクリーン上の映像投影する投影手段とを含む車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、該スクリーンの位置を可変とする可動機構を備える。」と記載されている。

概要

搭乗者の負担を低減させるようにする。画像光投射する投射装置10と、投射装置10から投射された画像光を投射面12に反射させて投射面12に画像光に基づく虚像15を表示させる反射ミラー11とを備え、反射ミラー11は、その曲率が変化するように形成されている。

目的

本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、搭乗者の負担を低減させることができる車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

車両内に設置された投射面画像光投射して、画像光に基づく虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、画像光を投射する投射装置と、前記投射装置から投射された画像光を前記投射面に反射させる反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーは、その曲率が変化するように形成されていることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項2

前記反射ミラーは、その一端部から他端部にかけて徐々に曲率が変化することを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項3

前記投射装置は、画像光を前記反射ミラーの曲率が変化する範囲の全域にわたって投射することを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項4

前記反射ミラーは、曲率が大きい領域から反射される投射画像光を前記投射面の上方に反射することを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項5

前記反射ミラーは、ハーフミラーにより形成され、前記反射ミラーは、前記投射面として機能することを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項6

前記投射装置は、前記反射ミラーの焦点距離より短い位置に配置されることを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項7

前記投射装置から投射する画像を補正する画像補正部を備えていることを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

請求項8

前記画像補正部は、前記投射装置から投射する画像を台形補正するものであることを特徴とする請求項1に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

技術分野

0001

本発明は、車両に搭載される車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

背景技術

0002

本技術分野の背景技術として、特開2009−150947号公報(特許文献1)がある。この公報には、「光源と、光源からの光を2次元走査する走査手段と、走査光結像するスクリーンと、スクリーン上の映像投影する投影手段とを含む車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、該スクリーンの位置を可変とする可動機構を備える。」と記載されている。

先行技術

0003

特開2009−150947号公報

発明が解決しようとする課題

0004

前記特許文献1に記載の発明においては、ヘッドアップディスプレイ装置により表示される虚像が、虚像の上下位置に関わらず、車両の搭乗者視点から虚像までの距離が一定になってしまうという問題がある。
そのため、搭乗者の視線と垂直な面に虚像が投影されたように見え、あたかも仮想的なスクリーンが空中に浮かんでいるかのように視認され、搭乗者の前方の風景が虚像で隠されたように感じてしまうという問題がある。さらに、前方の風景と虚像とが分離した状態で視認されるため、風景を視認した状態から虚像を視認する場合に、搭乗者が焦点を合わせる負担があり、快適性に劣るという問題がある。
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、搭乗者の負担を低減させることができる車両用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。

課題を解決するための手段

0005

前記目的を達成するために、本発明は、車両内に設置された投射面画像光投射して、画像光に基づく虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、画像光を投射する投射装置と、前記投射装置から投射された画像光を前記投射面に反射させる反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーは、その曲率が変化するように形成されていることを特徴とする。

発明の効果

0006

本発明によれば、搭乗者の負担を低減させることができる。

図面の簡単な説明

0007

本実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。
ヘッドアップディスプレイ装置の制御構成を示すブロック図である。
(a)は画像補正前の画像と虚像の関係を示す説明図、(b)は画像補正後の画像と虚像の関係を示す説明図である。
投射装置の変形例を示す概略構成図である。
本実施形態による虚像の例を示す説明図である。
従来装置による虚像の例を示す説明図である。
本実施形態の変形例を示す概略構成図である。

実施例

0008

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置の実施形態を示す概略図である。

0009

図1に示すように、車両用ヘッドアップディスプレイ装置1は、車両内におけるフロントウインドシールド2の下方の所定の位置に設けられ、ヘッドアップディスプレイ装置1は、投射装置10を備えている。また、ヘッドアップディスプレイ装置1は、投射装置10から投射される画像光を反射する反射ミラー11を備えている。また、フロントウインドシールド2の所定箇所には、例えば、ハーフミラーの機能を有するシール貼付したり、あるいは、ハーフミラーの機能を有するように適切な加工を施すことにより、明確に虚像15を視認できるようにした投射面12が形成されている。
そして、ヘッドアップディスプレイ装置1は、投射装置10から投射された画像光を反射ミラー11を介して、フロントウインドシールド2の投射面12に画像光を投射することにより、投射面12の前方に虚像15を表示させるように構成されている。

0010

また、本実施形態においては、反射ミラー11の側面における断面形状は、反射ミラー11の一端側から他端側に向けて曲率が徐々に変化する自由曲面形状とされている。この反射ミラー11の曲面形状としては、例えば、オイラー螺旋コルニュ螺旋またはクロソイドとも呼ばれる)の形状を有するように形成されている。ただし、反射ミラー11の曲面形状は、これに限定されるものではなく、反射ミラー11の一端側から他端側に向けて曲率が徐々に変化する形状であれば、どのような形状であってもよい。
また、反射ミラー11の平面における断面形状は、球面形状や非球面形状に形成されている。
さらに、反射ミラー11の外周縁部分は、投射された画像光の歪みを補正するために曲率が小さくなるように形成されている。なお、画像光を投射する際に、反射ミラー11の外周縁部分における画像の歪みを考慮して画像光を補正して投射することができる場合には、必ずしも反射ミラー11の外周縁部分の曲率を小さくしなくてもよい。

0011

ここで、投射装置10から画像光が反射ミラー11に投射されて虚像15を表示する場合には、以下の関係式が成り立つ。
1/a+1/b=1/f
ここで、aは、投射装置10から反射ミラー11までの距離、bは反射ミラー11から虚像15が結像する位置までの距離、fは反射ミラー11の焦点距離(曲率の1/2)である。
また、反射ミラー11の曲率が大きくなれば、反射ミラー11の焦点距離が短くなり、焦点距離が短いほど、虚像15の大きさは大きくなる。
これらのことから、投射装置10から反射ミラー11の曲率が大きい箇所に投射した画像光は、焦点距離が短いため、投射面12に反射された際に、投射面12からの距離が長い位置で虚像15を表示することになる。一方、投射装置10から反射ミラー11の曲率が小さい箇所に投射した画像光は、焦点距離が長いため、投射面12に反射された際に、投射面12からの距離が短い位置で、虚像15を表示することになる。

0012

また、投射装置10からの画像光の投射位置と、反射ミラー11による反射位置とは、1対1で対応している。すなわち、投射装置10から投射される画像光は、反射ミラー11の曲率が変化する範囲の全域にわたって投射されるように構成されている。
このように構成することにより、投射装置10から画像光が投射される位置によって、反射ミラー11の曲率が異なることになり、反射ミラー11により反射され投射面12に投射されて表示される虚像15の表示位置および大きさが変化することになる。
したがって、投射装置10からの画像光の投射位置を制御することにより、反射ミラー11への投射位置を変更することができ、これにより、投射面12における虚像15の表示位置を変化させることが可能となる。このように投射装置10からの画像光の投射位置を任意に変更することにより、投射面12における表示位置を変化させることができ、投射面12に形成される虚像15の表示位置を遠くに大きくあるいは近く小さくに表示させることが可能となる。

0013

また、投射装置10は、反射ミラー11の焦点距離より近い位置に設置することが好ましい。これは、反射ミラー11の焦点距離より遠い位置に投射装置10を設置すると、投射装置10から投射される画像が上下逆に反転してしまうためである。
そして、反射ミラー11は、焦点位置すなわち曲率が箇所によって変化するものであるため、最も短い焦点位置より近い位置に投射装置10を設置することが好ましい。ただし、投射装置10を反射ミラー11の焦点距離より遠い位置に設置した場合でも、投射装置10から投射される画像を上下反転した状態で投射すればよいので、何ら問題はない。

0014

また、一般に、車両の搭乗者16がフロントウインドシールド2の上部から視認する対象は、搭乗者16の目から遠方に位置する建物、山、空、遠くの道路などである。そのため、フロントウインドシールド2の上部における車外の風景を視認しているときの搭乗者16の目の焦点は、遠方に位置する対象を視認する際の焦点に合わせられている蓋然性が高い。
一方、フロントウインドシールド2の下部から視認する対象は、搭乗者16の目から近傍に位置する車両のボンネットや、車両の前方を走行する他の車両の後部、近くの道路などである。そのため、フロントウインドシールド2の下部における車外の風景を視認しているときの搭乗者16の目の焦点は、近傍に位置する対象を視認する際の焦点に合わせられている蓋然性が高い。

0015

したがって、本実施形態においては、反射ミラー11の大きい曲率の部分が投射面12の上方に反射するとともに、反射ミラー11の小さい曲率の部分が投射面12の下方に反射するように配置されている。このように配置することにより、大きくかつ遠くに表示される虚像15が投射面12の上方に表示され、小さくかつ近くに表示される虚像15が投射面12の下方に表示されることになる。
これにより、車両の搭乗者16が、遠方に位置する対象を視認している状態で、投射面12の上方の前方遠くに表示された虚像15を視認することになるため、目の焦点を合わせるための負荷が軽減され、快適性が向上する。また、近傍に位置する対象を視認している状態で、投射面12の下方の前方近くに表示された虚像15を視認することになるため、同様に、目の焦点を合わせるための負荷が軽減され、快適性が向上する。
なお、このような反射ミラー11の配置に限定されるものではなく、大きくかつ遠くに表示される虚像15を投射面12の下方に表示するとともに、小さくかつ近くに表示される虚像15を投射面12の上方に表示するようにしてもよい。

0016

次に、本実施形態における制御構成について、図2を参照して説明する。
車両用ヘッドアップディスプレイ装置1の投射装置10は、ランプLEDなどの光源20と、虚像15として表示すべき画像を形成する画像形成部21と、画像形成部21が出力する画像光の焦点調整や画像の拡大または縮小などの各種調整を施して、画像光として投射する投射光学系22と、を備えている。
画像形成部21としては、例えば、光透過型液晶表示装置や、光源20からのビーム光MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーガルバノミラーポリゴンミラーあるいは、これらの走査手段を複数組み合わせて用いた走査手段により二次元状に走査させて画像を形成する二次元走査型表示装置などが用いられる。

0017

また、制御部23は、CPU、CPUにより実行される制御プログラム、制御プログラムに関するデータを記憶するROM、ワーキングエリアとして機能するRAM、その他の周辺回路周辺機器を備え、車両用ヘッドアップディスプレイ装置1の各部を中枢的に制御する。
制御部23が備える各機能ブロックの機能は、CPUがプログラム読み出して実行するなど、ハードウェアソフトウェアとの協働により実現される。

0018

ナビゲーション管理部24は、車両に搭載された車載ナビゲーション装置25と接続され、車載ナビゲーション装置25から、適宜、ナビゲーションに関する情報を取得する。そして、ナビゲーション管理部24は、車載ナビゲーション装置25がナビゲーションしている間、適切なタイミングで、適切なナビゲーションに関する情報を、制御部23に出力する。
例えば、ナビゲーション管理部24は、右折または左折すべき交差点に対して、車両が所定の距離まで近づいたことを検出した場合、その旨の情報や右折または左折する方向の情報などを制御部23に出力する。また、例えば、ナビゲーション管理部24は、目的地に対して、車両が所定の距離まで近づいたことを検出した場合、その旨の情報を制御部23に出力する。このほか、ナビゲーション管理部24がナビゲーションに関する情報を出力するタイミング、出力するべき情報は、事前に定められている。

0019

さらに、制御部23は、投射装置10に送る画像を制御する表示制御部26と、投射装置10に送る画像データを補正する画像補正部27とを備えている。
表示制御部26は、ナビゲーション管理部24から送られるナビゲーション情報に基づいて、投射装置10における画像情報を生成するものである。また、表示制御部26は、画像情報の投射面12に対する投射位置などの表示制御情報も生成するものである。

0020

また、画像補正部27は、表示制御部26から送られる画像情報、表示制御情報に基づいて投射装置10に送る画像情報の補正を行う。画像補正部27は、例えば、画像情報の拡大・縮小補正投射画像歪み補正などの各種補正を行う。

0021

また、本実施形態においては、反射ミラー11の曲率が連続して変化するように形成されており、反射ミラー11の曲率により表示される画像の拡大率が異なることから、図3(a)に示すように、画像情報に基づいてそのまま画像を表示させると、画像の形状が台形化してしまう。そのため、本実施形態においては、図3(b)に示すように、画像補正部27は、表示すべき画像が台形化した際に正常な画像となるように、逆台形状の画像に補正して投射装置10に送ることが好ましい。
このように構成することにより、台形状に変化した場合でも、適正に画像を表示させることが可能となる。
なお、画像の台形化は、反射ミラー11の曲率により変わってくるので、反射ミラー11に投射される画像光の投射位置に応じて、補正量を変えることが好ましい。

0022

また、投射装置10は、例えば、反射ミラー11の任意の位置に対して画像光を投射させるようにしてもよい。また、投射装置10を複数の領域に分割し、これら各領域から画像光を投射させるようにしてもよい。例えば、投射装置10を反射ミラー11の大きい曲率の領域に投射する領域と、中程度の曲率の領域に投射する領域と、小さい曲率の領域に投射する領域と、に分割し、投射装置10の各領域から、それぞれ対応する反射ミラー11のそれぞれ対応する領域に画像光を投射する。これにより、反射ミラー11の曲率、すなわち、虚像15の表示位置に応じた表示を各領域ごとに行うことが可能となる。さらに、図4に示すように、投射装置10を、反射ミラー11の大きい曲率の領域に投射する装置10aと、中程度の曲率の領域に投射する装置10bと、小さい曲率の領域に投射する装置10cとによる、3つの装置10a,10b,10cにより構成するようにしてもよい。

0023

次に、本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置1の動作について説明する。
本実施形態においては、車両に搭載された車載ナビゲーション装置25に接続されたナビゲーション管理部24により、ナビゲーションに関する情報を取得し、ナビゲーション管理部24は、車載ナビゲーション装置25がナビゲーションしている間、適切なタイミングで、適切なナビゲーションに関する情報を、制御部23に出力する。そして、制御部23は、必要なナビゲーション情報に基づいて表示制御部26により、投射装置10における画像情報および表示制御情報を生成し、表示制御部26から送られる画像情報、表示制御情報に基づいて、画像補正部27により、投射装置10に送る画像情報の画像情報の拡大・縮小補正、投射画像の歪み補正などの各種補正を行う。

0024

その後、画像補正部27により補正された画像情報に基づいて、投射装置10を動作させることにより、画像形成部21により画像を形成するとともに、投射光学系22により、焦点などを調整して反射ミラー11に投射する。
反射ミラー11に投射された画像光は、投射位置に応じた曲率により拡大または縮小されて反射され、投射面12に投射される。これにより、車両の搭乗者16がハーフミラーに投射された画像を虚像15として視認することができる。

0025

次に、本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置1による表示例について説明する。
図5は本実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置1による表示例を示す説明図であり、図6は従来のヘッドアップディスプレイ装置による表示例を示す説明図である。
図5に示すように、フロントウインドシールド2には、投射面12としての機能する表示領域30が形成されるものであり、この表示領域30に所定の虚像15を表示するものである。図5においては、走行する先に信号機付きの交差点が存在する道路を走行中の例を示している。
この例によれば、投射装置10から反射ミラー11の曲率の小さい領域に画像光を投射することにより、表示領域30の下方に、例えば、当該道路の制限速度表示の虚像15aが表示される。また、投射装置10から反射ミラー11の曲率の小さい領域から中程度の曲率の領域に画像光を投射することにより、表示領域30の下方から中間位置にかけて車線表示の虚像15bが表示される。投射装置10から反射ミラー11の曲率の大きい領域に画像光を投射することにより、表示領域30の上方に、交差点において右折を促す走行指示表示の虚像15cが表示される。

0026

一方、図6に示すように、従来のヘッドアップディスプレイ装置による表示では、表示領域30において表示される虚像15の遠近感が均一になってしまい、車両の搭乗者16が、遠方に位置する対象を視認している状態で表示領域30を視認した場合、目の焦点を表示領域30に合わせる必要がある。そのため、搭乗者16の負荷が増大する可能性がある。
これに対して、本実施形態においては、表示領域30の下方から上方にかけて、遠近感のある虚像15a,15b,15cを表示させることができる。すなわち、搭乗者16が遠方を視認している状態で、視認させる虚像15a,15b,15cを表示領域30の上方であって遠方に表示させるとともに、搭乗者16が近傍を視認している状態で視認させる虚像15a,15b,15cを表示領域30の下方であって近傍に表示させることができる。そのため、搭乗者16が目の焦点を合わせるための負荷を低減させることが可能となる。

0027

なお、前記表示例は単なる例示にすぎず、その他、車載ナビゲーション装置25により取得される情報であれば、どのような情報を表示させるようにしてもよい。例えば、右折または左折すべき交差点までの距離表示、交差点名や交差点の左折不可といった交差点情報表示、交差点における擬似信号表示、目的地までの距離表示などを、表示領域30における表示位置などを考慮して任意に表示させることができる。

0028

以上説明したように、本実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置1においては、画像光を投射する投射装置10と、投射装置10から投射された画像光を投射面12に反射させる反射ミラー11と、を備え、反射ミラー11は、その曲率が変化するように形成しているので、投射装置10から画像光が投射される位置によって、投射面12に投射されて表示される虚像15の表示位置および大きさを変化させることができ、これにより、投射面12に形成される虚像15の表示位置を遠くに大きくあるいは近くに小さく表示させるといった適切な表示を行うことが可能となる。その結果、投射面12に表示される虚像15を周囲の風景に溶け込ませることができ、搭乗者16が目の焦点を合わせるための負荷を低減させることができ、快適性を向上させることができる。

0029

また、本実施形態によれば、反射ミラー11は、その一端部から他端部にかけて徐々に曲率が変化する。
この構成によれば、投射装置10から画像光が投射される位置によって、投射面12に投射されて表示される虚像15の表示位置および大きさを徐々に変化させることができ、これにより、投射面12に形成される虚像15の表示位置を遠くに大きくあるいは近くに小さく表示させるといった適切な表示を行うことが可能となる。

0030

また、本実施形態によれば、投射装置10は、画像光を反射ミラー11の曲率が変化する範囲の全域にわたって投射する。
この構成によれば、投射装置10から画像光が投射される位置によって、投射面12に投射されて表示される虚像15の表示位置および大きさを変化させることができる。

0031

また、本実施形態によれば、反射ミラー11は、曲率が大きい領域から反射される投射画像光を投射面の上方に反射する。
この構成によれば、投射面12の上方に反射された際に、投射面12からの距離が長い位置で虚像15を表示させることができる。

0032

また、本実施形態によれば、反射ミラー11は、ハーフミラーにより形成され、反射ミラー11は、投射面として機能する。
この構成によれば、反射ミラー11が投射面12を兼ねるので、部品点数を低減させることができる。

0033

また、本実施形態によれば、投射装置10は、反射ミラー11の焦点距離より短い位置に配置される。
この構成によれば、投射装置10から投射される画像を正立して表示させることができる。

0034

また、本実施形態によれば、投射装置10から投射する画像を補正する画像補正部27を備えている。
この構成によれば、正しい形状の画像を表示させることができる。

0035

また、本実施形態によれば、画像補正部27は、投射装置10から投射する画像を台形補正するものである。
この構成によれば、台形状に変化した画像を正しく表示させることができる。

0036

なお、前記実施形態においては、投射装置10の画像を反射ミラー11を介して投射面12に投射させる構成としたが、これに限定されるものではない。
例えば、図7に示すように、反射ミラー11にハーフミラーとしての機能を持たせるとともに、反射ミラー11を搭乗者16から視認できる位置に設置し、この反射ミラー11を投射面12として用いるようにしてもよい。
このような構成によれば、投射装置10から投射面12である反射ミラー11に直接画像光を投射するで、前記実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、1つの反射ミラー11を設置すればよいので、部品点数の低減および設置スペースの低減を図ることができる。

0037

また、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に沿って種々の変更が可能である。

0038

1車両用ヘッドアップディスプレイ装置
2フロントウインドシールド
10投射装置
11反射ミラー
12投射面
15虚像
16搭乗者
20光源
21画像形成部
22投射光学系
23 制御部
24ナビゲーション管理部
25車載ナビゲーション装置
26表示制御部
27画像補正部
30 表示領域

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