JP2014210537A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】見栄え向上を図ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】本発明のヘッドアップディスプレイ装置１は、車両のフロントウィンドシールド２に表示器３の表示画像を投影する凹面鏡４（投影手段）と、フロントウィンドシールド２に設けられて表示画像を反射する反射手段２ａと、凹面鏡４の投影方向を調整する調整手段６ａと、凹面鏡４（投影手段）と反射手段２ａとの間に位置するインストルメントパネル７が具備する開口部７ａと、開口部７ａに車両の前後方向に移動可能に設けられて表示画像を透過する開口８ａを有するベゼル８（蓋部）と、ベゼル８を投影方向に応じて移動させる制御を行う制御手段６ｂと、を含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両のフロントウィンドシールド（フロントガラス）を用いて運転者に必要な情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両のインストルメントパネル内に設置された表示器が、インストルメントパネルに設けた開口部を介してフロントウィンドシールドの内側の反射面に画像を照射して、反射面の反射に基づいて適宜ユーザに対して情報を提供するヘッドアップディスプレイ装置がある。この場合、この開口部を介してインストルメントパネル内が外部から見えてしまうことは意匠性の観点から好ましくない。そこで、意匠性や見栄えを考慮して開口部を適宜遮蔽する技術として、例えば特許文献１に記載されるように、表示器の不使用時にこの開口部を閉塞するシャッター部を具備することが提案されている。

特開２００３−２３７４１１号公報

ところが、上述したヘッドアップディスプレイ装置においては、表示器の使用時においてはユーザの視線の高さや好みに合わせて画像の照射方向を調整することが必要で、開口部を全照射方向に対応可能な大きさとしているため、見栄え向上を図ることが依然として困難であるという問題があった。

そこで本発明は、見栄え向上を図ることが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。

上記の問題を解決するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、車両のフロントウィンドシールドに表示画像を投影する投影手段と、前記フロントウィンドシールドに設けられて前記表示画像を反射する反射手段と、前記投影手段の投影方向を調整する調整手段と、前記投影手段と前記反射手段との間に位置するインストルメントパネルが具備する開口部と、当該開口部に前記車両の前後方向に移動可能に設けられて前記表示画像を透過する開口を有する蓋部と、当該蓋部を前記投影方向に応じて移動させる制御を行う制御手段とを、含むことを特徴とする。

ここで、前記表示画像の表示高さを調整する表示高さ調整手段と、運転者の視線位置を検知する視線検知手段とを含み、前記調整手段は前記投影方向を前記表示高さ調整手段からの表示高さ情報と前記視線検知手段からの視線位置情報の少なくともいずれかに基づいて調整することとし、前記反射手段に投影された前記表示画像が鉛直方向の上方に移動するにつれて、前記制御手段は前記蓋部を前記車両の後方側に移動させることとしてもよい。さらに、前記制御手段が前記開口の開口量を制御するとともに、前記制御手段は前記反射手段に投影された前記表示画像が鉛直方向の上方に移動するにつれて、前記開口量を大きくすることとしてもよい。なお、前記反射手段に投影された前記表示画像が鉛直方向の上方に移動するとは、前記投影手段の前記投影方向が車両の車幅方向左方から見た場合に時計回りに変位することを指す。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、投影方向に応じて開口を移動させることによって、開口の大きさを小さくして、見栄えや意匠性を高めることができる。

本発明に係る実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１の概略構成を示す模式ブロック図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１のウィンドシールド２に対する照射態様とウィンドシールドガラス２による反射に基づく虚像Ｆの態様を示す模式図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１のインストルメントパネル７とベゼル８により構成される開口８ａの態様を示す模式断面図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１における制御内容の詳細を示すフローチャートである。 実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１における開口８ａに対応する従来技術の開口１０８ａの態様を示す模式図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１における制御内容の変形例を示すフローチャートである。 本発明に係る実施例２のヘッドアップディスプレイ装置１の概略構成を示す模式ブロック図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイ装置１のインストルメントパネル７とベゼル８１、８２により構成される開口８０ａの態様を示す模式断面図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイ装置１における制御内容の詳細を示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお図２、図３中におけるＦは車両前方を、Ｕは鉛直上方を、Ｒは車幅方向の右方を示している。

本実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように、車両のフロントウィンドシールド２に表示器３の表示画像を投影する凹面鏡４（投影手段）と、フロントウィンドシールド２に設けられて表示画像を反射する反射手段２ａと、凹面鏡４の投影方向を凹面鏡アクチュエータ５により調整するＨＵＤユニットＥＣＵ６（Electronic Control Unit）の機能としての調整手段６ａを含む。

さらにヘッドアップディスプレイ装置１は、凹面鏡４と反射手段２ａとの間に位置する図２に示すインストルメントパネル７が具備する開口部７ａと、開口部７ａに車両の前後方向に移動可能に設けられて表示画像を透過する開口８ａを有する枠状のベゼル８（蓋部）と、ベゼル８を投影方向に応じて移動させる制御を行うＨＵＤユニットＥＣＵ６の機能としての制御手段６ｂを、含む。

フロントウィンドシールド２は車両の前方側のガラスであり、室内側の表示画像が投影される領域の面に例えばコンバイナを設ける等の適宜の手段により反射手段２ａが形成されている。

表示器３は、例えばＬＥＤ素子を複数含むＬＥＤアレイやバックライト付きのＴＦＴ画面により構成され、例えば車速や夜間の歩行者像などの所望の表示画像を凹面鏡４に対して照射する。凹面鏡４は投射された表示画像を拡大反射して開口８ａを通過させてフロントウィンドシールド２の反射手段２ａに投影する機能を有する。

凹面鏡アクチュエータ５は、例えばブラシレスモータと周知のギヤ機構の組合せにより構成され、凹面鏡４の図示しない回転軸に駆動連結されて、ＨＵＤユニットＥＣＵ６の調整手段６ａの調整指令に基づいて、凹面鏡４の角度θを調整する。なお本実施例１では角度θは図２において鉛直方向上方に対する時計回りの角度であり投影方向と同義としている。もちろん水平方向を基準とした角度を用いてもよい。

ＨＵＤユニットＥＣＵ６は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびそれらを相互に接続するデータバスと、入出力インターフェース等から構成され、ＲＯＭに格納されたプログラムに従い、ＣＰＵが以下に述べる所定の処理を行う。ＨＵＤユニットＥＣＵ６は上述した調整手段６ａと、制御手段６ｂを構成する。

ベゼル８は、インストルメントパネル７の開口部７ａに図示しない前後方向に延びるガイド機構を介して車両の前後方向に摺動可能に設けられる蓋部である。ベゼル８は凹面鏡４により投影される表示画像を透過する開口８ａを含む。なお、ガイド機構は例えば開口部７ａ側に設けられる左右一対のガイドとベゼル８側に設けられる左右一対のレールとの組合せにより構成される。なお左右方向は車幅方向である。

表示高さ調整スイッチ９（表示高さ調整手段）は例えば車両の運転席のメータ近傍に設けられて、表示器３の生成する表示画像が凹面鏡４により投影され反射手段２ａに反射されることに基づいて結像された虚像の表示高さを運転者の選択に基づいて調整するものである。表示高さ調整スイッチ９は、ＨＵＤユニットＥＣＵ６に対して、選択内容としての虚像すなわち表示画像の表示高さを含む表示高さ情報を出力する。

視線検知カメラ１０（視線検知手段）は、例えば、運転席のフロント側のインストルメントパネル７やルーフ下部に後方に向けて設けられるＣＭＯＳカメラである。視線検知カメラ１０により撮像された画像データは内蔵されたマイクロコンピュータにおいて、例えば周知のエッジ検出やパターンマッチング等の所定の画像処理が施され、運転者の視線位置及び視線方向を含む視線位置情報が検出される。視線検知カメラ１０のマイクロコンピュータは、検出結果である視線位置情報をＨＵＤユニットＥＣＵ６に対して出力する。

ベゼル位置制御アクチュエータ１１は、例えばブラシレスモータと周知のギヤ機構の組合せにより構成され、ベゼル８の有する図示しない例えばラック機構に駆動連結されて、ＨＵＤユニットＥＣＵ６の制御手段６ｂの位置制御指令に基づいて、ベゼル８の前後方向の位置Ｐを制御する。

以下に図２を用いて、表示器３から運転者の眼ＥＹＥＢＯＸに至る光路について詳細に説明する。図２は開口８ａを含む車幅方向に垂直な断面における各構成要素の相対位置を示している。ＥＹＥＢＯＸとは運転者が虚像を視認可能な領域を示す。図２中楕円Ａは統計上の例えば９９％の人の視線が分布する範囲を示し、ＥＹＥＢＯＸ１はその範囲の中で一番高い位置のＥＹＥＢＯＸを示し、ＥＹＥＢＯＸ２はその範囲の中で一番低い位置のＥＹＥＢＯＸを示す。図２中の１２はＨＵＤユニットの外形を示す。

表示器３から車両の前方に照射された表示画像は、凹面鏡４によりウィンドシールド２の反射手段２ａに向けて投影され、高い位置のＥＹＥＢＯＸ１に対応する虚像Ｆ１を結像するにあたっては図２中の破線で示すような光路が用いられる。表示画像は開口部７ａの後方側に位置する斜線領域７ａｒの開口８ａ（１）を通過して、反射手段２ａに表示画像が到達させる。つまり、角度θを鉛直方向に対して車両後方側に傾斜させるつまり投影方向を車両の後方に寝かせるよう調整手段６ａは凹面鏡アクチュエータ５を制御する。調整手段６ａによる凹面鏡アクチュエータ５の制御はフィードフォワード制御でも例えばホール素子を用いて角度θを検出した上でのフィードバック制御でもよい。

また、低い位置のＥＹＥＢＯＸ２に対応する虚像Ｆ２を結像するにあたっては図２中の一点鎖線で示す光路が用いられる。表示画像は開口部７ａの前方側に位置する斜線領域７ａｆで示す開口８ａ（２）を通過して、反射手段２ａに表示画像が到達させる。つまり、角度θを鉛直方向に沿う側に傾斜させるつまり投影方向をほぼ鉛直方向上方に指向させるよう調整手段６ａは凹面鏡アクチュエータ５を制御する。

ここで高い位置のＥＹＥＢＯＸ１に対応する虚像Ｆ１を結像するための図２の破線で示す光路を選択する場合には、開口部７ａの後方側の斜線領域７ａｒのみを開口すればよく、低い位置のＥＹＥＢＯＸ２に対応する虚像Ｆ２を結像するための図２の一点鎖線で示す光路を選択する場合には、開口部７ａの前方側の斜線領域７ａｆのみを開口すればよい。なお、後方側の斜線領域７ａｒの前後方向長さＬｒはウィンドシールド２が鉛直方向に対して上部が車両後方に傾斜しているため、幾何学的な性質により前方側の車線領域７ａｆよりも長くなる。虚像Ｆ１と虚像Ｆ２の間に位置する虚像については破線で示す光路と一点鎖線で示す光路の間に位置する光路が適宜用いられる。

そこで本実施例１では、ベゼル８の開口８ａの前後方向の長さＬを斜線領域７ａｆの長さＬｆと斜線領域７ａｒの長さＬｒのうち長い方である斜線領域７ａｒの長さＬｒにマージンを含めた長さとし、ベゼル８を前後方向に、光路つまり投影方向に合わせて制御手段６ｂの制御に基づいて移動させるものとしている。制御手段６ｂによるベゼル位置アクチュエータ１１の制御もフィードフォワード制御でも例えばホール素子を用いて位置Ｐを検出した上でのフィードバック制御でもよい。以下ベゼル８の移動形態についてより詳細に説明する。

図３は、ベゼル８とインストルメントパネル７の開口部７ａとの相対位置関係を示している。図３（ａ）はベゼル８が車両の前方Ｆ側に移動された場合の相対位置関係を示しており、図３（ｂ）はベゼル８が車両の後方側に移動された場合の相対位置関係を示している。つまり図３（ａ）に示すベゼル８の位置は、図２に示した開口８ａ（２）を実現するベゼル８の位置を示し、図３（ｂ）に示すベゼル８の位置は開口８ａ（１）を実現するベゼル８の位置を示す。

また、本実施例１の調整手段６ａは投影方向を表示高さ調整スイッチ９（表示高さ調整手段）からの表示高さ情報と視線検知カメラ１０（視線検知手段）からの視線位置情報の少なくともいずれかに基づいて調整することとし、反射手段２ａに投影される表示画像が鉛直方向上方に移動する、つまり、投影方向が車両の後方側に傾斜するにつれて、制御手段６ｂはベゼル８を車両の後方側に移動させることとしている。

次に本実施例１のＨＵＤユニットＥＣＵ６の制御内容について図４に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１に示すように、調整手段６ａは、視線検知カメラ１０から視線位置情報を取得し、ステップＳ２において、虚像位置調整つまり凹面鏡４の角度θの調整を行う。

ステップＳ３において調整手段６ａは視線位置に虚像位置が合致したか否かを判定し、肯定であればステップＳ４にすすみ、否定であればステップＳ２を再度行う。ステップＳ４において、調整手段６ａは表示高さ調整スイッチ９が運転者によりオンとされたか否かを判定し肯定であればステップＳ５にすすんで、表示高さ調整スイッチ９からの表示高さ情報に基づいて虚像位置の調整を行い、否定であれば虚像位置の調整は行わない。

ステップＳ５の処理が終了した後は、ステップＳ６にすすみ、制御手段６ｂは、ステップＳ５の処理終了後の凹面鏡４の角度θからベゼル８の前後方向の位置Ｐをウィンドシールド２の幾何学的形状から定まる第一所定関数に基づいて演算し、ステップＳ７にすすんでベゼル８の位置Ｐに移動させる制御を行う。

ステップＳ４の否定処理が終了した後は、ステップＳ８にすすみ、制御手段６ｂは、ステップＳ４の否定処理終了後の凹面鏡４の角度θからベゼル８の前後方向の位置Ｐをウィンドシールド２の幾何学的形状とウィンドシールド２と凹面鏡４との位置関係等から定まる第一所定関数に基づいて演算し、ステップＳ９にすすんでベゼル８の位置Ｐに移動させる制御を行う。

以上述べた本実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１によれば以下に述べる作用効果を得ることができる。つまり、本実施例１であれば開口８ａを照射方向に合わせて必要最小限の大きさとすることができる。すなわち、従来技術であれば、インストルメントパネル７の開口部７ａに対応するベゼル１０８の開口１０８ａは、凹面鏡４の投影方向の全てにおいて表示画像を透過させる必要があることから、開口部７ａとほぼ同等の大きさとする必要があり、開口１０８ａからインストルメントパネル７の内部が見えてしまい意匠性を高めることが難しいところを本実施例１では意匠性を高めることができる。

なお上述した実施例１では虚像位置の調整を視線位置情報と表示高さ情報の双方を用いて調整することとしたが、図６に示すように表示高さ情報のみに基づいて調整することもできる。

実施例１においては投影方向に合わせてベゼル８の前後方向の位置Ｐのみを制御するものとしたが、ベゼル８を前後方向に二分割してそれぞれを独立に制御することにより、投影方向に合わせて開口の前後方向の長さも併せて制御することもできる。以下それについての実施例２について述べる。

実施例２のヘッドアップディスプレイ装置１は図７に示すように、前後一対のベゼル８１、８２を含み、それぞれを独立して制御可能なベゼル位置アクチュエータ１１１、１１２を含み、ＨＵＤユニットＥＣＵ６の制御手段６ｂがベゼル位置アクチュエータ１１１、１１２を統括的に制御する点が実施例１と相違する。

つまり実施例２では、図８に示すように、開口８０ａの後方側に位置するベゼル８１と、前方側に位置するベゼル８２を含んでおり、ベゼル８１とベゼル８２の前後方向の位置をそれぞれ独立して制御することにより、開口８０ａの前後方向の長さを、図８（ａ）に示す前方側の位置では長さＬ２とし、図８（ｂ）に示す後方側の位置では長さＬ１（Ｌ１＞Ｌ２）として開口量を制御することとしている。なお投影方向つまり凹面鏡４の角度θとは第二所定関係を有しており、反射手段２ａに投影される表示画像が鉛直方向上方に移動する、つまり、投影方向が車両の後方側に傾斜するにつれて、開口量を大きくするものとしている。

次に本実施例１のＨＵＤユニットＥＣＵ６の制御内容について図９に示すフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１〜ステップＳ５までの処理は図４に示したものと同様である。

ステップＳ５の処理が終了した後は、ステップＳ６−１にすすみ、制御手段６ｂは、ステップＳ５の処理終了後の凹面鏡４の角度θからベゼル８１、８２の開口８０ａの長さつまり開口量とその開口量を実現しかつ凹面鏡４の角度θに対応する前後方向の位置Ｐ１、Ｐ２をウィンドシールド２の幾何学的形状とウィンドシールド２と凹面鏡４との位置関係等から定まる第二所定関数に基づいて演算し、制御手段６ｂは、ステップＳ７−１にすすんでベゼル８１、８２のそれぞれ独立した位置Ｐ１、Ｐ２に移動させる制御を行う。

ステップＳ４の否定処理が終了した後は、ステップＳ８−１にすすみ、制御手段６ｂは、ステップＳ４の否定処理終了後の凹面鏡４の角度θからベゼル８１、８２の開口８０ａの長さつまり開口量とその開口量を実現しかつ凹面鏡４の角度θに対応する前後方向のそれぞれの位置Ｐ１、Ｐ２をウィンドシールド２の幾何学的形状とウィンドシールド２と凹面鏡４との位置関係等から定まる第二所定関数に基づいて演算し、ステップＳ９−１にすすんでベゼル８１、８２をそれぞれの位置Ｐ１、Ｐ２に移動させる制御を行う。

以上述べた本実施例２のヘッドアップディスプレイ装置１によれば以下に述べる作用効果を得ることができる。つまり、実施例１と同様に開口８０ａを照射方向に合わせて必要最小限の大きさとすることができる。さらに、ベゼル８１、８２の前後方向の位置Ｐ１、Ｐ２に併せて、後方側に行くほど開口８０ａの長さを長くして、特にベゼル８１、８２が前方側に位置する場合の開口８０ａをより小さくすることができる。つまり、本実施例２では意匠性をさらに高めることができる。

以上本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。

例えば上述した実施例では投影方向を決定する投影手段は凹面鏡と凹面鏡アクチュエータにより構成しているが例えば表示器と表示器の角度を制御するアクチュエータに組合せに置換してもよく、その他の手段があればその他の手段を用いてもよい。

本発明は、見栄え向上、意匠性向上を図ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができるので、種々の自動車に適用可能であるとともに有用なものである。

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
２ フロントウィンドシールド（ガラス）
２ａ 反射手段
３ 表示器
４ 凹面鏡（投影手段）
５ 凹面鏡アクチュエータ
６ ＨＵＤユニットＥＣＵ
６ａ 調整手段
６ｂ 制御手段
７ インストルメントパネル
７ａ 開口部
８ ベゼル
８ａ 開口
９ 表示高さ調整スイッチ
１０ 視線検知カメラ
１１ ベゼル位置制御アクチュエータ
１２ ＨＵＤユニット
８１ ベゼル（後方側）
８２ ベゼル（前方側）
８０ａ 開口
１１１ ベゼル位置制御アクチュエータ（後方側）
１１２ ベゼル位置制御アクチュエータ（前方側）

Claims (4)

1. 車両のフロントウィンドシールドに表示画像を投影する投影手段と、前記フロントウィンドシールドに設けられて前記表示画像を反射する反射手段と、前記投影手段の投影方向を調整する調整手段と、前記投影手段と前記反射手段との間に位置するインストルメントパネルが具備する開口部と、当該開口部に前記車両の前後方向に移動可能に設けられて前記表示画像を透過する開口を有する蓋部と、当該蓋部を前記投影方向に応じて移動させる制御を行う制御手段とを、含むことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示画像の表示高さを調整する表示高さ調整手段と、運転者の視線位置を検知する視線検知手段とを含み、前記調整手段は前記投影方向を前記表示高さ調整手段からの表示高さ情報と前記視線検知手段からの視線位置情報の少なくともいずれかに基づいて調整することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記反射手段に投影された前記表示画像が鉛直方向の上方に移動するにつれて、前記制御手段は前記蓋部を前記車両の後方側に移動させることを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記制御手段が前記開口の開口量を制御するとともに、前記制御手段は前記反射手段に投影された前記表示画像が鉛直方向の上方に移動するにつれて、前記開口量を大きくすることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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