JP2017013671A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に振動等が生じても、ユーザに与える表示の違和感を低減することを可能とする。【解決手段】表示画像を表示する表示器を備え、前記表示画像を示す表示光Ｌをフロントガラス３に照射してユーザ４に前記表示画像の虚像Ｖを自車両２前方の実景と重ねて視認可能とするＨＵＤ装置１００である。前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、前記対象物の位置に関する位置情報を入力する入出力部５３０と、入出力部５３０が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部５００と、を備えてなる。【選択図】図１

Description

本発明は、視認者に実景とともに表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head Up Display）装置は、自車両前方の風景に重畳画像を重ねて表示することで、実景に情報などを付加・強調した拡張現実（ＡＲ：Augmented Reality）を生成し、車両を運転するユーザの視線移動を極力抑えつつ、所望の情報を的確に提供することで、安全で快適な車両運行に寄与することができるものである。

ヘッドアップディスプレイ装置が表示する画像の一つとして、車両前方に存在する特定の対象物に重畳させて強調する強調画像があり、ユーザに対象物の存在を認識させるものが、特許文献１に記載されている。

特表２００４−５３５９７１号公報

しかしながら、車両が振動したり、加減速によって車両姿勢が変化したりすることなどによって、対象物と強調画像とがずれてしまい、ユーザに違和感を与えてしまう可能性があった。特に、対象物として帯状の車線の区画線（白線）と重畳して区画線と同様の帯状の強調画像を表示する場合、車両の振動等によって区画線と強調画像とが重なった状態からズレが生じると区画線と強調画像との一体感が急に失われてユーザにとっては違和感が大きい表示となる。

したがって、本発明は、車両に振動等が生じても、ユーザに与える表示の違和感を低減す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。

上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示画像を表示する表示器を備え、前記表示画像を示す表示光を透過反射部に照射して視認者に前記表示画像の虚像を車両前方の実景と重ねて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、
前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部と、
前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように前記表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部と、を備えてなることを特徴とする。

本発明によれば、車両に振動等が生じても、ユーザに与える表示の違和感を低減することができる。

本発明の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ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ヘッドアップディスプレイ装置を示す概略断面図である。 上記実施形態における車両のユーザが視認する実景を説明する図である。 上記実施形態における表示処理を示すフロー図である。 上記実施形態における表示画像の例を示す図である。

本発明のヘッドアップディスプレイシステム１（以下、ＨＵＤシステムと記載）の実施形態について、図１を参照して説明する。

ＨＵＤシステム１は、自車両２に搭載されるものであり、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）１００と、前方情報取得部２００と、視点位置検出部４００と、前方情報取得部２００及び視点位置検出部４００から情報を入力し、ＨＵＤ装置１００を制御する表示制御部５００と、これらを信号授受可能に接続するネットワーク部６００と、を備える。

ＨＵＤ装置１００は、自車両２のインパネ内に配置され、図２に示すように、表示器１１と、平面鏡１２と、凹面鏡１３と、アクチュエータ１４と、筐体１５と、表示制御部５００と、から構成されている。ＨＵＤ装置１００は、表示器１１が表示した表示画像Ｍを表す表示光Ｌを、リレー光学系を構成する平面鏡１２と凹面鏡１３とで反射させ、自車両２のフロントガラス３（透過反射部の一例）に照射することで、ユーザ４（視認者、主に運転者）に自車両２前方の実景と重ねて表示画像Ｍの虚像Ｖを視認させることができる。

表示器１１は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶表示器や有機ＥＬ（Electroluminescence）表示器からなり、その表示面に表示画像Ｍを表示し、表示画像Ｍを示す表示光Ｌを平面鏡１２に向けて出射する。なお、表示器１１はプロジェクタと表示面を構成するスクリーンとを備えるものであってもよい。

平面鏡１２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る。平面鏡１２は、表示器１１が出射した表示光Ｌを、凹面鏡１３に向けて反射させる。

凹面鏡１３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る。凹面鏡１３は、平面鏡１２で反射した表示光Ｌをさらに反射させ、フロントガラス３に向けて出射する。なお、凹面鏡１３は、拡大鏡としての機能を有し、表示器１１に表示された表示画像Ｍを拡大してフロントガラス３側へ反射する。すなわち、ユーザが視認する虚像Ｖは、表示器１１に表示された表示画像Ｍが拡大された像である。

アクチュエータ１４は、モータ（図示しない）と、モータの動力を凹面鏡１３に伝達する歯車などの動力伝達部材（図示しない）と、これらモータと動力伝達部材及び凹面鏡１３を支持する支持基体と、を備え、凹面鏡１３を回転軸線ＡＸ周りに回転させるものである。アクチュエータ１４は、凹面鏡１３を回転軸線ＡＸ周りに回転させるための動力を発生させるものであり、例えばステッピングモータからなる。アクチュエータ１４は、後述する表示制御部５００の制御の下で凹面鏡１３を回転軸線ＡＸ周りに回転させる。アクチュエータ１４は、凹面鏡１３を回転させることで凹面鏡１３の角度を調整し、表示光Ｌの照射位置を調整したり、外光が凹面鏡１３によって表示器１１に向かうように反射されない角度に調整したりすることが可能である。

筐体１５は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成される上ケース１５１と、下ケース１５２とから構成され、これら上ケース１５１と下ケース１５２を係合することで、平面鏡１２、凹面鏡１３、及びアクチュエータ１４を内部に収納し、外部に表示器１１、及び表示制御部５００が実装された制御基板が取り付けられる。
上ケース１５１は、フロントガラス３に対向する部分に、表示光Ｌを通過させる開口部１５１ａを有し、この開口部１５１ａは、透光性カバー１５１ｂに覆われている。また、上ケース１５１は、開口部１５１ａの平面鏡１２に近接する箇所に遮光壁１５１ｃを有し、開口部１５１ａ（透光性カバー１５１ｂ）から入射する外光が平面鏡１２側または表示器１１側へ進行することを防止する。
下ケース１５２は、筐体１５の内部に収納する平面鏡１２、凹面鏡１３、アクチュエータ１４、及び外部に取り付ける表示器１１、制御基板を係合する係合部（図示しない）をそれぞれ有し、各部材をそれぞれ位置決め固定する。また、下ケース１５２は、表示器１１が表示する表示画像Ｍが平面鏡１２に臨むように開口した表示口１５２ａを有する。筐体１５内は、表示光Ｌが通過する光路が設けられているが、これらの光路は、ＨＵＤ装置１００のサイズを小さく抑えるため、及び筐体１５内に侵入してくる外光の量を抑えるために、極力小さくすることが望ましい。

前方情報取得部２００は、自車両２の前方に存在する特定の対象物を検出するものであり、本実施形態では、自車両２の前方側を撮像するステレオカメラ２１０と、このステレオカメラ２１０で取得された撮像データを解析する前方画像解析部２２０と、を有する。

ステレオカメラ２１０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、前方画像解析部２２０がステレオカメラ２１０で取得された撮像データを、公知の画像処理、パターンマッチング法などにより画像解析することで、道路形状に関する情報（車線，白線，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）や道路上の対象物（車道外側線Ｗ１、車道中央線Ｗ２等）に関する情報を解析することができ、さらに撮像された対象物と自車両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２００は、ステレオカメラ２１０で撮像した撮像データから解析した道路上の特定の対象物に関する情報、及び撮像された対象物と自車両２との距離に関する情報などを後述する表示制御部５００に出力する。

なお、前方情報取得部２００は、前方に存在する対象物を検出するため、単眼カメラ、赤外線カメラ、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波センサ、または公知のセンサを適用してもよい。また、前方情報取得部２００は、前述したような自車両２に設けるセンサではなく、図示しない通信手段を介して路上の通信インフラや他車などと通信することで、自車両２の前方に存在する対象物を検出してもよい。

視点位置検出部４００は、ユーザ４の視点位置（視線の上下及び左右方向の位置）を検出するものであり、本実施形態では、ユーザ４を撮像する赤外線カメラ４１０と、この赤外線カメラ４１０で取得された撮像データを解析する視点画像解析部４２０と、を有する。

赤外線カメラ４１０は、ユーザ４の目を撮像するものであり、視点画像解析部４２０が赤外線カメラ４１０で取得された撮像データを、公知の画像処置、パターンマッチング法などにより画像解析することで、ユーザ４の視点位置を解析して、ユーザ４の視点位置に関する情報を後述する表示制御部５００に出力する。なお、ユーザ４が図示しない入力手段を操作することで、自らの視点位置に合うように虚像Ｖの表示位置を調整するようにしてもよく、このような場合、視点位置検出部４００を省略してもよい。

表示制御部５００は、１つもしくは複数のマイクロプロセッサ，マイクロコントローラ，ＡＳＩＣ，ＦＰＧＡ，任意の他のＩＣなどを有する処理部５１０と、書き換え可能なＲＡＭ，読み出し専用のＲＯＭ，消去不能なプログラム読み出し専用のＥ^２ＰＲＯＭ，不揮発性メモリであるフラッシュメモリなどのプログラムやデータを記憶することができる１つまたは複数のメモリを有する記憶部５２０と、ネットワーク部６００に接続された入出力部５３０と、を備える。

ネットワーク部６００は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス通信等であり、表示制御部５００を、ＨＵＤ装置１００，前方情報取得部２００，視点位置検出部４００，車両ＥＣＵ５及び図示しないナビゲーションシステム（車載機器）と信号を授受可能に接続する。

処理部５１０は、前方情報取得部２００から入力される対象物の位置に関する情報と、視点位置検出部４００から入力されるユーザ４の視点位置に関する情報に基づき、ＨＵＤ装置１００に表示させる表示画像Ｍの表示位置を演算して、ＨＵＤ装置１００を制御する。このように、対象物の位置とユーザ４の視点位置とに基づいて、表示画像Ｍの表示位置を設定することにより、ユーザ４の体格の違いや姿勢の違いがあった場合でも、実景における対象物に対する所望の位置に虚像Ｖを表示させることができる。

入出力部（位置情報入力部、速度入力部）５３０は、前方情報取得部２００などとネットワーク部６００を介して通信可能に接続されている。処理部５１０は、入出力部５３０を介して、対象物の位置に関する情報やユーザ４の視点位置に関する情報や車両ＥＣＵ５からの自車両２の走行速度情報などを入力し、これら入力情報に基づいてＨＵＤ装置１００を制御する。

図３を用いて、ユーザ４が視認する実景と虚像Ｖとの様子を説明する。図３は、自車両２の運転席からユーザ４が前方視認した際の風景の一例を示した図である。表示画像Ｍの虚像Ｖは、実景中の特定の帯状対象物（車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２）に対して所定の位置関係を持って表示される帯状強調画像の虚像（以下、帯状強調虚像という）Ｖ１，Ｖ２を含む。図３に示す帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２は、それぞれ走行車線側の車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２を強調して車線逸脱を抑制する車線幅認識画像である。帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２は、それぞれが対象物である車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２の近傍であって、車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２に対して走行車線中央側に位置する位置関係となるように表示される。また、帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２は、自車両２の走行速度に応じて、車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２との間隔Ｓ１，Ｓ２が変化するように表示される。図３に示す例は、図３（ｂ）の例が、図３（ａ）の例に対して自車両２の走行速度が大きい場合を示しており、図３（ｂ）における間隔Ｓ２は、図３（ａ）における間隔Ｓ１よりも大きくなっている。このようにした理由については後で述べる。

次に、図４に基づいて、ＨＵＤシステム１におけるＨＵＤ装置１００の表示処理について説明する。表示制御部５００は、イグニッション（ＩＧＮ）スイッチがオフ状態からオン状態となったと判定すると、ステップＳ１以降の処理を開始する。

まず、ステップＳ１において、表示制御部５００は、前方情報取得部２００からの帯状対象物（車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２など）の位置に関する情報（位置情報）、帯状対象物の形状に関する情報、帯状対象物と自車両２との距離に関する情報、視点位置検出部４００からのユーザ４の視点位置情報、及び車両ＥＣＵ５からの走行速度情報などの各種情報を取得する。表示制御部５００は、帯状対象物の位置情報を表示器１１の表示面上の座標に変換した上でこの位置情報を保持する。

次に、ステップＳ２において、表示制御部５００は、前方情報取得部２００において帯状対象物を検出したか否かを判断する。具体的にはステップＳ１において帯状対象物の位置情報を取得した場合に帯状対象物を検出したと判断する。表示制御部５００は、帯状対象物を検出したと判断した場合（ステップＳ２でＹＥＳ）はステップＳ３に移行し、帯状対象物を検出していないと判断した場合（ステップＳ２でＮＯ）はステップＳ１に戻って帯状対象物が検出されるまで繰り返し各種情報を取得する。なお、前方情報取得部２００において帯状対象物を検出する具体的方法としては、ステレオカメラ２１０が撮像した自車両２の前方風景画像を２値化処理あるいはエッジ検出処理し、出力されたエッジ画像をハフ変換することで前方風景画像中の直線部を検出する。検出された直線部のうち、路面上の帯状対象物であると推定できる角度のものを帯状対象物として検出する。

ステップＳ３において、表示制御部５００は、前方情報取得部２００において検出した帯状対象物を強調する帯状強調画像Ｍ１，Ｍ２（図５参照）を生成する。具体的には、ステップＳ１で取得した帯状対象物の形状に関する情報に基づいて、帯状対象物の形状に応じた帯状強調画像Ｍ１，Ｍ２を生成する。なお、角度や形状（直線状、破線状など）が異なる複数種類の帯状強調画像からなるデータテーブルを用意し、取得した帯状対象物の形状に最も近似する帯状強調画像を読み出してもよい。

次に、ステップＳ４において、表示制御部５００は、ステップＳ１で取得した自車両２の走行速度情報に基づいて、帯状強調画像Ｍ１，Ｍ２の表示位置修正量を決定する。具体的には、表示制御部５００は、記憶部５２０に保有している表示位置修正量データテーブルに基づいて走行速度の値に対応する表示器１１の表示面上での表示位置修正量を読み出す。なお、表示位置修正量データテーブルにおいて、表示位置修正量は走行速度の値が大きくなるのに伴ってその値も大きくなる関係となっている。

次に、ステップＳ５において、表示制御部５００は、図５に示すように、ステップＳ４で決定した表示位置修正量に基づいてステップＳ３で生成した帯状強調画像Ｍ１，Ｍ２の位置を修正して表示画像Ｍを生成する。具体的には、表示画像Ｍ全体における帯状強調画像Ｍ１，Ｍ２の位置をその虚像Ｖ１，Ｖ２が帯状対象物である車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２とちょうど重なる位置（図５の点線で示す位置）を基準位置として表示位置修正量の分だけ走行車線の中央側（表示画像Ｍの左右中央方向）に移動させる。なお、表示器１１からフロントガラス３までの表示光Ｌの反射回数によっては、表示画像Ｍは左右が反転した画像となる場合がある。

次に、ステップＳ６において、表示制御部５００は、ステップＳ５において生成した表示画像Ｍの画像データを表示器１１に出力して、その表示面に表示画像Ｍを表示させる。表示器１１の表示面に表示された表示画像Ｍを示す表示光Ｌは、リレー光学系を経てフロントガラス３に照射され、ユーザ４に表示画像Ｍの虚像Ｖ（帯状強調画像Ｍ１，Ｍ２の虚像である帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２）が視認される。

表示制御部５００は、以上の処理をＩＧＮスイッチがオン状態からオフ状態になったと判定されるまで繰り返し実行する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、図３に示すように、帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２を帯状対象物である車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２に対して走行車線中央側に位置するように表示することができる。帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２は、自車両２に振動等が生じていない場合にも常に車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２とは重なっておらず、自車両２に振動等によって帯状強調画像Ｖ１，Ｖ２にズレが生じてもユーザ４は車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２との関係性が失われたように感じにくい。したがって、帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２を帯状対象物に重畳させて表示する場合と比べて、自車両２に振動等が生じても、ユーザ４が感じる表示の違和感を低減することができる。
また、ＨＵＤ装置１００は、図３に示すように、自車両２の走行速度に応じて、帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２と車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２との間隔Ｓ１，Ｓ２が変化する（走行速度が大きいほど間隔Ｓ１，Ｓ２が大きくなる）。したがって、自車両２の走行速度が速くなった場合に実際の車線よりも幅の狭い仮想ラインを提示でき、ユーザ４に安全運転を促すことができる。

本実施形態におけるＨＵＤ装置１００は、表示画像Ｍを表示する表示器１１を備え、表示画像Ｍを示す表示光Ｌをフロントガラス３に照射してユーザ４に表示画像Ｍの虚像Ｖを自車両２前方の実景と重ねて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、表示画像Ｍは、その虚像（帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２）が前記実景中の帯状の対象物（車道外側線Ｗ１，車道中央線Ｗ２）に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像Ｍ１，Ｍ２を含み、前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部（入出力部５３０）と、前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように表示器１１に強調画像Ｍ１．Ｍ２を表示させる表示制御部５００と、を備えてなる。

これによれば、自車両２に振動等が生じても、帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２についてユーザ４に与える表示の違和感を低減することができる。

また、ＨＵＤ装置１００は、自車両２の走行速度を入力する速度入力部（入出力部５３０）を備え、表示制御部５００は、前記速度入力部が入力した前記走行速度に応じて、その虚像と前記対象物との間隔Ｓ１，Ｓ２が変化するように表示器１１に強調画像Ｍ１，Ｍ２を表示させる。
これによれば、帯状強調虚像Ｖ１，Ｖ２によって自車両２の走行速度に応じた実際の車線よりも幅の狭い仮想ラインを提示でき、ユーザ４に安全運転を促すことができる。

なお、本発明は、以上の実施形態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。例えば、ＨＵＤ装置１００は、表示光Ｌをフロントガラス３に照射するものであったが、透過反射部は、板状のハーフミラーやホログラム素子などによって構成される専用のコンバイナ部材であってもよい。

１ ＨＵＤシステム（ヘッドアップディスプレイシステム）
２ 自車両
３ フロントガラス
４ ユーザ
５ 車両ＥＣＵ
１１ 表示器
１００ ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
２００ 前方情報取得部
４００ 視点位置検出部
５００ 表示制御部
５３０ 入出力部（位置情報入力部、速度入力部）
Ｌ 表示光
Ｍ 表示画像
Ｍ１ 帯状強調画像
Ｍ２ 帯状強調画像
Ｖ 虚像
Ｖ１ 帯状強調虚像
Ｖ２ 帯状強調虚像
Ｗ１ 車道外側線（対象物）
Ｗ２ 車道中央線（対象物）

Claims (2)

1. 表示画像を表示する表示器を備え、前記表示画像を示す表示光を透過反射部に照射して視認者に前記表示画像の虚像を車両前方の実景と重ねて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、
   前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部と、
   前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように前記表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部と、を備えてなることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記車両の走行速度を入力する速度入力部を備え、
   前記表示制御部は、前記速度入力部が入力した前記走行速度に応じて、その虚像と前記対象物との間隔が変化するように前記表示器に前記強調画像を表示させる、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。

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