JP2004168230A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の目の位置から表示する虚像までの距離が異なる虚像を、可動機構なしで切り替え表示可能とすることを目的とする。
【解決手段】運転パラメータ検出装置８からのヘッドアップディスプレイ表示画像用データが表示制御回路２に入力される。表示体１は表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃを互いに上下に距離をとってほぼ水平に配置し、表示板は表示領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３以外は透明な領域として構成する。表示制御回路２は、各表示板を制御して、複数の表示板に表示画像を表示する。表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃの下方にバックライト光源７を設け、バックライト光源７の光が上方の表示板に到達して各表示板の出射光が、ルーバー４１を通過して、コンバイナ５に入射する。情報を表示する表示板を切り替えることにより、運転者の目の位置から虚像が表示される位置までの距離を、可動機構なしで可変とすることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用表示装置に関し、特に運転情報を虚像による遠方表示によって運転者に表示する車両用表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平６−１４４０８２号公報
運転者の運転中の視線移動を極力少なくする遠方表示方式の車両用表示装置としてヘッドアップディスプレイ装置が公知である。
例えば特開平６−１４４０８２号公報には、反射面をフロントガラス下部に設けられた第１の反射体および第１の反射体より上部であって、第１の反射体とは異なる傾斜角の第２の反射体とで構成し、プロジェクタが映像を回動可能なミラーに投影し、このミラーをモータで駆動することによって、表示画像の投影する反射体を切り替える車両用表示装置が記載されている。
そして、低速走行時は第１の反射体を使用し前方の低い位置に投影し、高速走行時は第２の反射体を使用し前方の高い位置に投影し、虚像による表示画像の表示位置を車両の速度に応じ切り替え可能とし、また運転者がみる虚像までの距離を可変としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように運転者の目の位置からヘッドアップディスプレイが表示する虚像までの距離を可変に投影するには、反射体と表示体の距離を可変にするためにミラーをモータで駆動するという可動機構を設ける必要があり装置が複雑になるという問題があった。
また、同時に異なる距離に複数の虚像を提示できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記の問題点を解決するために、可動機構のない構造で、運転者の目の位置からヘッドアップディスプレイが表示する虚像までの距離を可変にでき、また、虚像までの距離が異なる複数の虚像を同時に表示できる車両用表示装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、インストルメントパネル内の表示体から投影される表示画像をフロントガラス内面の反射体にて反射し、虚像として遠方表示する車両用表示装置において、前記表示体は、前記反射体までの光路距離を異ならせた複数の表示板で構成され、前記虚像を異なる位置に提示するものとした。
【０００６】
【発明の効果】
本発明は、反射体までの光路距離の異なる複数の表示板を用い虚像を表示するので、情報を表示する表示板を切り替えることにより、運転者の目の位置から虚像が表示される位置までの距離を、可動機構なしで可変とすることができる。
また必要に応じて、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に、複数の虚像を同時に提示できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の第１の実施例を説明する。
図１は第１の実施例の車両用表示装置のブロック構成と、運転者の見る虚像位置を示す図である。
運転パラメータ検出装置８からのヘッドアップディスプレイ（以下ＨＵＤと略す）表示画像用データが表示制御回路２に入力される。表示制御回路２は、インストルメントパネル４に設置された表示体１を制御して、表示画像をフロントガラス２１の内側に設けたコンバイナ５に投影する。
【０００８】
インストルメントパネル４の開口部にはルーバー４１が設けられており、表示体１はインストルメントパネル４内に液晶表示装置を用いた表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃをほぼ水平にし、互いの表示板間に上下に距離をとって配置し構成され、表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃは表示領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３以外は透明な領域である。
表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃの下方にバックライト光源７を設け、バックライト光源７の光が上方の表示板に到達して各表示板の出射光が、ルーバー４１を通過して、コンバイナ５に入射するような構成となっている。
【０００９】
本実施例の作用を以下に説明する。
運転パラメータ検出装置８の表示画像データ、たとえば速度データはデジタル値またはアナログ表示メータのイメージの形で表示制御回路２に出力され、表示制御回路２はそれを表示板１１ａ、１１ｂまたは１１ｃの表示領域Ｄ１、Ｄ２またはＤ３に表示する。
【００１０】
表示板１１ａ、１１ｂまたは１１ｃから出射されたＨＵＤ表示光Ｌ１、Ｌ３またはＬ５はコンバイナ５で反射して反射光Ｌ２、Ｌ４またはＬ６として運転者の眼２２に入射し、運転者は眼２２からの距離のことなる虚像Ｘ１、Ｘ２またはＸ３としてみる。
図１に示すように表示領域Ｄ１の表示画像は、反射光Ｌ２の経路のコンバイナ５の向こう側（車両の前方方向）に、表示領域Ｄ１からコンバイナ５までの光路距離分延長した位置に虚像Ｘ１として提示される。同様に虚像Ｘ２、Ｘ３がコンバイナ５から表示領域Ｄ２またはＤ３の光路距離分コンバイナ５の向こう側に、反射光のＬ４、Ｌ６の経路の延長した位置に提示される。
【００１１】
これにより車両の速度データの運転者への表示は、運転者の前方視野の妨げとならないフロントガラスの下方部に、運転者の眼２２から距離が異なる虚像Ｘ１、Ｘ２またはＸ３として表示可能となる。
車速によって表示制御回路２が自動的に判断して、表示画像を例えば高速時は虚像Ｘ１として、低速時は虚像Ｘ２として表示する。
また、ルーバー４１は、表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃの直接光や表示板１１ｃ表面での外光の反射光が運転者の眼２２に入射することを防止する。
本実施例において、コンバイナ５は本発明の反射体を構成する。
【００１２】
以上のように第１の実施例によれば、コンバイナ５までの光路距離の異なる表示板を用いて表示できるので、可動機構のない簡単な構成で、運転者の眼の位置から虚像が表示される位置までの距離を可変とすることが可能となる。
【００１３】
なお、表示制御回路２を手動操作する手動スイッチを、ステアリングホイールに設け、運転者が表示画像を虚像Ｘ１、Ｘ２またはＸ３の位置の中で運転者の眼２２の位置から見た前景の視野の中で適当な高さになるように、手動スイッチにより表示板１１ａ、１１ｂ、または１１ｃを選択する構成としてもよい。
【００１４】
本実施例では、車両の速度データを例にその表示を表示板１１ａ、１１ｂ、または１１ｃのいずれかで表示する構成としたが、運転パラメータ検出装置８の表示画像データとして方向指示器表示状態またはエンジン回転数を、速度データの表示する表示板と異なる表示板に表示し、運転者の眼２２の位置からの距離の異なる虚像として同時に表示してもよい。
これにより、必要に応じて運転者の眼２２の位置からの距離の異なる虚像を同時に表示できる。
【００１５】
次に図２は、本発明に係わる車両用表示装置の第２の実施例を示す図である。この実施例においては、表示体１の上方の所定の距離に凸レンズ１２を配置してある。したがって、表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの出射光はレンズ１２を介してコンバイナ５に投影される。
【００１６】
本実施例では、図３に示すようにレンズ１２と表示板１１上の表示画像との距離ａを、レンズ１２の焦点距離ｆより小さくする。その場合、虚像は式（１）に従いレンズ１２から距離ｂの位置に倍率ｍ＝ｂ／ａで表示される。
１／ａ＋１／ｂ＝１／ｆ ・・・・（１）
その他の構成は、第１の実施例と同じである。第１の実施例と同一部分には図１と同一符号が付与されている。
【００１７】
本実施例によれば、表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃの表示画像とレンズ１２の距離ａを、レンズの焦点距離ｆより小さい距離に設定することにより、運転者からみた虚像の距離を第１の実施例よりも遠くに表示することができる。
その結果、運転者が前景を見る時の眼の焦点と虚像Ｘ１、Ｘ２またはＸ３を見る時の眼の焦点の差を小さくでき、運転者にとって遠近調節量が緩和されるので、前景を見ながら楽にＨＵＤの表示する虚像を見ることができる。つまり、眼への負担の少ない、老眼の運転者に好適な表示が可能となる。
【００１８】
次に図４は、第２の実施例の変形例を示す図である。この実施例においては、表示体１の左方（車両前進方向）の所定の距離に凹面鏡１３を配置してある。したがって、表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃからの出射光は凹面鏡１３に反射してコンバイナ５に投影される。その他の構成は第１の実施例と同じである。第１の実施例と同一部分には、図１と同一符号が付与されている。
表示板１１ａ、１１ｂ、１１ｃと凹面鏡１３の距離は、凹面鏡１３の焦点距離よりも小さい値に設定することにより、第２の実施例の場合と同様に、コンバイナ５に表示される表示画像の虚像を、第１の実施例の場合よりも遠方に表示することができる。
本変形例の効果も第２の実施例と同様である。
【００１９】
次に図５は、本発明に係わる車両用表示装置の第３の実施例を示す図である。この実施例においては、表示制御回路２’に運転者の眼２２の位置を検出する眼の位置検出装置９の出力が入力される。また、ナビゲーション装置６からの表示画像用データが表示制御回路２’に入力される。
【００２０】
運転席の左前上方に設けられているルームミラー４２のミラー角度調節機構部には角度検出器４３が設けられ、左右方向および上下方向のミラーの角度を検出し眼の位置検出装置９に入力する。
その他の構成は第１の実施例と同じである。第１の実施例と同一部分には、図１と同一符号が付与されている。
【００２１】
本実施例では、ナビゲーション装置６からの詳細な経路誘導情報、例えば現在位置近傍の道路地図、走行方向の表示または文章による誘導情報は表示板１１ｃの表示領域Ｄ３に表示され、コンバイナ５の下部に投影され、虚像Ｘ３として表示される。
ナビゲーション装置６からの誘導指標、例えば直進、左折、右折などの矢印指標は、運転者が前景を見ながら運転の妨げにならない所定の俯角θ１で見えるように、表示制御回路２’が表示板１１ａまたは１１ｂを選択してコンバイナ５に虚像Ｘ１またはＸ２として表示する。
【００２２】
図６に眼の位置検出装置を用いて運転者の眼の位置を計測、算出する方法を、図７に算出された眼の位置から適切な表示板を選択する方法を説明する。
図６の（ａ）は運転席上方から見たルームミラーと運転者の眼の位置関係を示す図である。図６の（ｂ）は運転席を左側から見たルームミラーと運転者の眼の位置関係を示す図である。
【００２３】
運転者が座席の座面位置および背もたれ角度などを調整して、運転姿勢で着座し、図６の（ａ）、（ｂ）に示すようにルームミラー４２のミラー部が水平に真後ろを運転者に表示するように、左右、上下方向を回動調節する。
これによって、角度検出部４３は、ミラー部の向いている左右方向の角度αと上下方向の角度βを検出する。
【００２４】
図６の（ａ）の距離Ｘはルームミラー４２と運転席の左右方向中心線との左右方向のずれ距離を示し、予め所定の距離に定められている。角度αが計測されたことから、ルームミラー４２から運転者の眼の位置２２までの車両前後方向の水平距離Ｙは、Ｙ＝Ｘ／ｔａｎ（２α）で求まる。
同様に、図６の（ｂ）の高さＺはルームミラー４２と運転者の眼２２の高さの差を示し、Ｚ＝Ｙ×ｔａｎ（２β）で求まる。
【００２５】
コンバイナ５の所定の位置に定めた基準点を、運転席の左右方向中心線上のコンバイナ５の下端とすると、運転者の眼２２の位置のルームミラー４２からの高さの差Ｚと、前後方向の距離Ｙが求まれば、基準点２３とルームミラー４２の相対位置関係は予めわかっているので、図７に示す運転者の眼２２の基準点２３からの高さＨ、車両前後方向の距離Ｌは容易に得られる。
ここでコンバイナ５の角度γは予めわかっていることから、運転者が前景を見るときに、コンバイナ５に表示させる適切な所定の俯角をθ１と定めれば、俯角θ１の視線がコンバイナ５と交わる点（表示位置Ｓ）に対応する高さ位置Ｈ１が求まり、表示制御回路２’はＨ１の位置に表示するに適した表示板１１ａまたは１１ｂを選択できる。
【００２６】
所定の俯角θ１の代わりに、運転者の眼２２の位置から路面上に垂線を下ろし、その位置から車両前方の所定距離Ｌ０を定めて、運転者がその位置を見るときのコンバイナ５上の位置に表示するようにＨ１を算出してもよい。
この場合、θ１＝ｔａｎ^−１（ＨＧ／Ｌ０）でθ１が求まる。ここでＨＧは図７に示す路面から運転者の眼の位置までの高さである。
【００２７】
これら一連の眼の位置計測および角度θ１または距離Ｌ０の設定は、表示制御回路２’の作動開始時に自動的に行われる。
眼の位置検出装置９がこれらＹ、Ｚ、Ｈ、Ｌ、ＨＧの算出を行い、表示制御回路２’がＨ、Ｌ、γ、θ１またはＨ、Ｌ、γ、ＨＧ、Ｌ０のデータよりＨ１の算出、表示板１１ａまたは１１ｂの選択を行う。
ここで本実施例の角度検出器４３と眼の位置検出装置９は、本発明の眼の位置検出手段を、表示制御回路２’は表示制御手段を構成する。
【００２８】
以上のように本実施例によれば、反射体であるコンバイナ５に提示する虚像を前景に重ねて表示するときに、運転者の眼の位置を計測して、適切な表示位置つまり運転者の眼２２から所定の俯角θ１位置または所定の前方距離Ｌ０の路面を見たときに対応したコンバイナ５上の位置に虚像Ｘ１またはＸ２を表示するように、表示制御回路２’が表示板１１ａまたは１１ｂを選択するので、運転者の前景監視を妨げないで、小さな視線移動で見ることができる位置にＨＵＤの表示画像を表示できる。
これによって、図５に示すように眼の位置２２が運転者の体格の差異により異なるとき、表示制御回路２’が適切な表示位置への切り替えを可能としている。
【００２９】
図８は、第３の実施例の変形例を示す図である。
本変形例においては、角度検出器４３の代わりに近赤外線照明４４とカメラ４５がインストルメントパネル４に運転者の顔に向けて設置されており、カメラコントローラ４６に接続している。
【００３０】
カメラコントローラ４６は眼の位置検出装置９’に接続し、カメラ４５の画像を入力する。眼の位置検出装置９’は画像処理を行いカメラ画像中の眼の高さ座標とカメラ４５の設置位置、設置角度から運転者の眼２２の位置のコンバイナ５の基準点２３に対する位置を検出し、そのデータを表示制御回路２’に入力する。
その他の構成は第３の実施例と同じである。第３実施例と同一部分には図５と同一符号が付与されている。
【００３１】
本変形例における眼の位置を検出する方法を説明する。表示制御回路２’の作動開始時に自動的にカメラコントローラ４６を操作して近赤外線照明４４によって運転者の顔を照射し、カメラ４５によって図９の（ａ）のようなカメラ画像を得る。
取得したカメラ画像は眼の位置検出装置９’に送られ、眼の位置検出装置９’は画像処理によってカメラ画像中の図９の（ａ）に示す角膜反射像の中の輝度の高い部分つまり瞳の部分を抽出し、図９の（ｂ）のような画像を得る。
【００３２】
眼の位置検出装置９’は、図９の（ｂ）の画像中の瞳の画面上の高さ方向の座標を読み取り、カメラ４５の設定位置、設定角度とから自動的に決まるカメラ画像の縦座標とコンバイナ５の基準点２３との相対関係から、運転者の眼２２の位置が求まる。
運転者の眼２２のコンバイナ５の基準点２３からの位置が求まれば、第３の実施例と同様に表示制御回路２’によりコンバイナ５への虚像の表示位置が算出、選択できる。
【００３３】
本変形例の近赤外線照明４４、カメラ４５、カメラコントローラ４６および眼の位置検出装置９’は、本発明の眼の位置検出手段を構成する。
本変形例によれば、運転者の体格の差異による適切な表示位置の差異を表示制御回路２’が対応して適切な表示が可能としている。
【００３４】
第３の実施例において、表示体１の上方に凸レンズを配して、第２の実施例との組み合わせとしてもよい。
その場合、第２の実施例同様第１の実施例の場合よりも遠方に虚像を提示することが可能であり、運転者が前景を見ながらＨＵＤの表示像を見るときの焦点調整の負担を減じることができる。
【００３５】
次に図１０は、第４の実施例を示す図である。
図１０は車両の運転席の車両操縦装置であるステアリングホイール５１、ブレーキペダル５２ａ、アクセルペダル５２ｂと、運転席シートの座面５３、背もたれ５４を示す。
これらは運転者の眼２２の位置が、図中のアイレンジＳＥで示したような狭い範囲になるように、運転者の体格に応じて座席シートの座面５３および背もたれ５４、ステアリングホイール５１およびブレーキペダル５２ａ、アクセルペダル５２ｂの前後位置、高さ位置を調節可能な構成としている。
【００３６】
本実施例によれば、運転者の体格などの差により、運転者の目の高さまたは眼の位置からコンバイナ５までの距離などが変わり、運転者がヘッドアップディスプレイで表示する虚像を見るときの前景に対する位置が大きく変わるのを、運転席のシートを調整し、同時にステアリングホイール、ペダル位置も調整するので、運転者の体格の差異にかかわらず所望の狭いアイレンジ範囲に運転者の眼の位置を設定できる。
その結果、運転者が前景に重ねて所定の俯角の範囲に、コンバイナ５に表示された虚像を見るとき、運転者によらず所定の狭い領域に対応するコンバイナ５の領域面積を設定することができ、コンバイナ５の面積および表示板の面積を小さくできる。
【００３７】
第１の実施例から第４の実施例において、表示板１１ａ〜１１ｃを液晶表示装置とし、後方にバックライト光源７を配置する構成としたが、これに限定されるものではない。蛍光表示管、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）のような自ら発光する表示素子を用いてバックライト光源を省略した構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す図である。
【図２】第２の実施例の構成を示す図である。
【図３】第２の実施例の虚像の提示距離と倍率を説明する図である。
【図４】第２の実施例の変形例を示す図である。
【図５】第３の実施例の構成を示す図である。
【図６】第３の実施例の眼の位置の計測方法を説明する図である。
【図７】第３の実施例の作用を説明する図である。
【図８】第３の実施例の変形例を示す図である。
【図９】第３の実施例の変形例の眼の位置の計測方法を説明する図である。
【図１０】第４の実施例の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 表示体
２、２’ 表示制御回路
４ インストルメントパネル
５ コンバイナ
６ ナビゲーション装置
７ バックライト光源
８ 運転パラメータ検出装置
９、９’ 眼の位置検出装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 表示板
１２ レンズ
１３ 凹面鏡
２１ フロントガラス
２２ 運転者の眼
２３ 基準点
４１ ルーバー
４２ ルームミラー
４３ 角度検出器
４４ 近赤外線照明
４５ カメラ
４６ カメラコントローラ
５１ ステアリングホイール
５２ａ ブレーキペダル
５２ｂ アクセルペダル
５３ 座面
５４ 背もたれ

Claims (4)

1. インストルメントパネル内の表示体から投影される表示画像をフロントガラス内面の反射体にて反射し、虚像として遠方表示する車両用表示装置において、
   前記表示体は、前記反射体までの光路距離を異ならせた複数の表示板で構成され、
   前記虚像を異なる位置に提示することを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記表示体と前記フロントガラス内面の反射体との間の所定の位置に凸レンズあるいは凹面鏡を配置したことを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 運転者の眼の位置を検出する眼の位置検出手段と、
   前記表示板に表示する情報を制御する表示制御手段とを備え、
   前記表示制御手段は、前記虚像が前景の重畳したい所定の位置に表示されるように、前記眼の位置に対応して、表示する前記表示板を切り替え制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用表示装置。
4. 運転者のシート位置を移動させて所望の位置に設定する設定手段を備え、
   前記設定手段により着座状態の運転者の眼の位置を所定の範囲に設定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の車両用表示装置。

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