JP2019077394A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両走行中において運転者の視点移動を抑えるように画像情報を提供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。【解決手段】光による画像を表示する表示器４と、表示器４により表示された画像を反射するミラー５と、ミラー５により反射された画像が投影されるコンバイナ２と、を有し、コンバイナ２に投影された画像の虚像を車両前方で結像して画像情報を車両の運転者Ｄに提供する車両用のヘッドアップディスプレイ装置１であって、表示器４、ミラー５及びコンバイナ２を車体に対して移動させる機構を夫々備え、前方車両あるいは前方障害物との距離Ｌｄ及び車速Ｖに基づいて、表示器４、ミラー５を移動させて、車両の運転者Ｄから虚像の結像位置までの距離である焦点距離を変更させる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両に搭載され、例えば車両のフロントウインドの前方で結像する虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。ヘッドアップディスプレイ装置には、例えばウインドシールドに画像を投影するウインドシールド型、コンバイナに画像を投影するコンバイナ型等がある。特許文献１に記載されているヘッドアップディスプレイ装置は、ウインドシールド型であって、画像を表す光を投射する投射ユニット、投射ユニットから投射された光を反射させる反射鏡を備え、反射鏡によって反射された光を車両のウインドシールドに投影させる。

更に、特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置では、反射鏡を移動可能な構成にしており、当該反射鏡を移動することで、車両前方の虚像の結像位置までの距離である焦点距離の調整を可能にしている。

特開２０１６−１３３７７３号公報

特許文献１においては、車室内に視点調整スイッチを備えており、乗員による視点調整スイッチの操作に基づいて反射鏡の位置や角度を変更させることで、虚像の結像位置を変化させる。
しかしながら、このようなスイッチの操作により虚像の結像位置を変更させることは煩雑であり、特に車両走行中において、運転者の焦点移動が抑えられるように画像情報を提供することが望まれている。

そこで、本発明の目的は、車両走行中において運転者の焦点移動を抑えるように画像情報を提供できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、光による画像を表示する表示部と、前記表示部により表示された画像を反射する反射部と、前記反射部により反射された前記画像が投影される投影面部と、を有し、前記投影面部に投影された画像の虚像を車両前方で結像して画像情報を車両の運転者に提供する車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、前記表示部、前記反射部及び前記投影面部の少なくも１つを車体に対して移動させる移動部と、前記車両の状態または前記車両の周囲情報を検出する車両情報検出部と、前記車両の状態または前記車両の周囲情報に基づいて、前記表示部、前記反射部及び前記投影面部の少なくとも１つを移動するよう前記移動部を作動制御して、前記車両の運転者から前記虚像の結像位置までの距離である焦点距離を変更させる制御部と、を備えたことを特徴とする。

これにより、車両の状態または車両の周囲情報に基づいて、車両前方の虚像の結像位置までの焦点距離が変更されるので、車両走行中に運転者の焦点移動を抑えるように焦点距離を自動的に変更して、運転者に画像情報を提供することが可能となる。
その他の態様として、前記車両情報検出部は、前記車両の状態または前記車両の周囲情報として、前記車両の走行速度を検出し、前記制御部は、前記車両の走行速度が増加するに伴って前記焦点距離を大きくするように前記移動部を作動制御するとよい。

これにより、車両の走行速度が増加するに伴って運転者の視線が車両前方になることに合わせて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置により提供する画像の焦点距離が大きくなり、運転者が画像を視認する際の焦点移動を抑えることができる。
その他の態様として、前記車両情報検出部は、前記車両の状態または前記車両の周囲情報として、前記車両の前方を走行する前方車両と前記車両との車間距離を検出し、前記制御部は、前記車間距離が増加するに伴って前記焦点距離を大きくするように前記移動部を作動制御するとよい。

これにより、前方車両との車間距離が増加するに伴って、車両用ヘッドアップディスプレイ装置により提供する画像の焦点距離が大きくなるので、車両走行中に前方車両を視認する運転者が車両用ヘッドアップディスプレイ装置により提供される画像を視認する際に、焦点移動を抑制することができる。
その他の態様として、前記車両情報検出部は、前記車両の状態または前記車両の周囲情報として、前記車両の前方の障害物と前方車両との距離を検出し、前記制御部は、前記障害物と前方車両との距離が増加するに伴って前記焦点距離を大きくするように前記移動部を作動制御するとよい。

これにより、前方の障害物と車両との距離が増加するに伴って、車両用ヘッドアップディスプレイ装置により提供する画像の焦点距離が大きくなるので、車両走行中に前方の障害物を視認する運転者が車両用ヘッドアップディスプレイ装置により提供される画像を視認する際に、焦点移動を抑制することができる。
その他の態様として、前記移動部は、前記表示部と前記反射部との距離、または前記反射部と前記投影面部との距離を変化させることで、前記焦点距離を変更させるとよい。

これにより、車両用ヘッドアップディスプレイ装置により提供される画像を視認する際の運転者の焦点移動を変更することができる。

本発明によれば、車両走行中において運転者の焦点移動を抑えて画像情報を提供することができ、車両の走行安全性を向上させることができる。

本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 本実施形態におけるヘッドアップディスプレイコントロールユニットにおける焦点自動調整制御要領を示すフローチャートである。

以下、本発明を具体化したヘッドアップディスプレイ装置１（車両用ヘッドアップディスプレイ装置）の一実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１の概略構成図である。
本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、車両に搭載され、車両のフロントウインドＷの前方に虚像を結像させて、車両の運転者Ｄに対して画像情報を提供する装置である。

図１に示すように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、コンバイナ(投影面部)２を有するコンバイナ型のヘッドアップディスプレイ装置である。
ヘッドアップディスプレイ装置１は、投影ユニット３及びコンバイナ２を備えている。
投影ユニット３は、車両のダッシュボード内に収容されている。投影ユニット３は、表示器４（表示部）及びミラー５（反射部）を備えている。

表示器４は、例えば液晶式あるいはレーザ走査式のプロジェクタであり、車速、ナビゲーションシステムの進路表示等の運転者に必要な情報を、光による画像情報として出力する。
ミラー５は、表示器４に相対して配置され、表示器４から出力した光（画像）をコンバイナ２に向けて反射する。

コンバイナ２は、車両のダッシュボード上に配置され、表示器４から出力しミラー５で反射した光が投影されるスクリーンである。コンバイナ２は、樹脂等により板状に形成されており、透光性及び光反射性の双方を有している。コンバイナ２は、例えばダッシュボード上で立設する立設状態と、ダッシュボード内に収納したりダッシュボード上に倒したりした格納状態と、に切替可能に構成されている。

コンバイナ２に投影された画像は、虚像として車両前方に位置するように車両の運転者Ｄに視認される。
なお、車両には、車両の周囲情報として、前方車両との車間距離、あるいは車両と前方障害物との距離Ｌｄを検出する車間センサ６(車両情報検出部)を備えている。また、車両には、車両の走行速度を制御する車速制御装置７(車両情報検出部)を備えている。車速制御装置７は、例えば公知のオートクルーズ装置や自動追従走行装置等のように、車両の走行速度を制御する装置、あるいは少なくとも車両の状態として、車両の走行速度（車速Ｖ）を検出する機能を有する装置であればよい。また、車両の例えば運転席付近の操作パネルには、後述するヘッドアップディスプレイ装置１の焦点自動調整制御を実行するか否かを切り替える自動調整制御スイッチ８を備えている。

本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１における投影ユニット３には、コンバイナ２を移動させるコンバイナ駆動用機構１１（移動部）、表示器４を移動させる表示器駆動用機構１２（移動部）、ミラー５を移動させるミラー駆動用機構１３（移動部）、焦点距離制御演算ユニット１５（制御部）、駆動制御装置２０（制御部）を備えている。
コンバイナ駆動用機構１１は、コンバイナ２を車両前後方向にスライドさせて、ミラー５との相対位置を変更させる。また、コンバイナ駆動用機構１１は、コンバイナ２の車体に対する角度を変更する機能を有する。即ち、運転者からの視線に対する角度を制御することが可能である。

表示器駆動用機構１２は、表示器４を車両前後方向にスライドさせて、ミラー５との相対位置を変更することが可能である。
ミラー駆動用機構１３は、ミラー５を車両前後方向にスライドさせてコンバイナ２及び表示器４との相対位置を変更させる。また、ミラー駆動用機構１３は、ミラー５の車体に対する角度を変更する機能を有する。

なお、コンバイナ駆動用機構１１、表示器駆動用機構１２及びミラー駆動用機構１３には、夫々の作動状況、即ちコンバイナ２、表示器４及びミラー５の実際の移動位置を検出する機能を更に備えているとよい。
焦点距離制御演算ユニット１５は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される。焦点距離制御演算ユニット１５は、車間センサ６により検出された前方車両あるいは前方障害物との距離Ｌｄを入力するとともに、車速制御装置７より車速Ｖを入力し、焦点距離Ｌfを演算する。この焦点距離Ｌfは、車両の運転者Ｄがコンバイナ２に投影された画像（虚像）を視認する際の、画像の虚像の結像位置ＩＰまでの距離である。

駆動制御装置２０は、コンバイナ駆動用機構１１、表示器駆動用機構１２、ミラー駆動用機構１３の作動制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）及び中央演算処理装置（ＣＰＵ）等を含んで構成される。駆動制御装置２０は、車両の運転者Ｄがコンバイナ２に投影された画像（虚像）を視認した際の実際の焦点距離が、焦点距離制御演算ユニット１５において距離Ｌｄ及び車速Ｖに基づいて演算された焦点距離Ｌfとなるように、コンバイナ駆動用機構１１、表示器駆動用機構１２、ミラー駆動用機構１３を作動制御する。

図２は、焦点距離制御演算ユニット１５におけるヘッドアップディスプレイ装置１の焦点自動調整制御要領を示すフローチャートである。焦点距離制御演算ユニット１５は、車両電源ＯＮ時に図２に示す制御を繰り返し実行する。
図２に示すように、焦点距離制御演算ユニット１５は、始めにステップＳ１０では、自動調整制御スイッチ８がＯＮであるか否か、即ち自動調整設定があるか否かを判別する。自動調整制御スイッチ８がＯＮである（自動調整設定ありの）場合には、ステップＳ２０に進む。自動調整制御スイッチ８がＯＦＦである（自動調整設定なしの）場合には、本ルーチンを終了する。

ステップＳ２０では、焦点自動調整用パラメータを読み込む。詳しくは、車速制御装置７より車速Ｖを入力し、当該車速Ｖに基づいて設定する焦点距離Ｌfを演算する。例えば一般道において、車速Ｖ＝０ｋｍ/ｈの場合は焦点距離Ｌf＝２ｍ、Ｖ＝１０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝４ｍ、Ｖ＝２０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝１０ｍ、Ｖ＝３０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝２０ｍ、Ｖ＝４０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝３０ｍ、Ｖ＝５０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝４０ｍ、Ｖ＝６０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝５０ｍとすればよい。また、例えば高速道路において、車速Ｖ＝７０ｋｍ/ｈの場合は焦点距離Ｌf＝７０ｍ、Ｖ＝８０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝８０ｍ、Ｖ＝９０ｋｍ/ｈの場合はＬf＝９０ｍ、Ｖ＝１００ｋｍ/ｈの場合はＬf＝１００ｍとすればよい。なお、車速Ｖに基づいて焦点距離Ｌfを段階的に切替えてもよいし、車速Ｖ間について補間により連続的に焦点距離Ｌfを設定してもよい。また、一般道路と高速道路で焦点距離Ｌfが異なるように設定してもよい。そして、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、車両走行中である場合に繰り返し実行する焦点自動調整制御を開始させる。ここで設定する焦点距離Ｌfは、ステップＳ２０で演算した焦点距離Ｌｆとする。そして、ステップＳ４０に進む。
ステップＳ４０では、車速制御装置７から車速Ｖを入力する。そして、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ５０では、車間センサ６より車両と前方車両または前方障害物との距離Ｌｄを測定させて、当該距離Ｌｄを入力する。そして、ステップＳ６０に進む。なお、前方車両または前方障害物がなく、距離Ｌｄの測定が不能である場合には、そのままステップＳ６０に進む。
ステップＳ６０では、車両前方に障害物があるか否かを判別する。詳しくは、ステップＳ５０において、前方車両または前方障害物との距離Ｌｄが測定された場合には、車両前方に障害物等がありとしてステップＳ７０に進む。前方車両または前方障害物との距離Ｌｄが測定されない場合には、車両前方に障害物等がなしとして、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ７０では、ステップＳ５０で測定した距離Ｌｄが、現状の焦点距離Ｌｆと同一でないか否かを判別する。現状の焦点距離Ｌｆは、コンバイナ２、表示器４及びミラー５の実際の移動位置から演算される。前方車両または前方障害物との距離Ｌｄと現状の焦点距離Ｌｆとが同一でない場合には、ステップＳ８０に進む。前方車両または前方障害物との距離Ｌｄと現状の焦点距離Ｌｆとが同一である場合には、ステップＳ１２０に進む。なお、ここで、距離Ｌｄと現状の焦点距離Ｌｆとが所定の誤差内であれば、一致していると判定してもよい。

ステップＳ８０では、障害物に合わせて焦点距離Ｌｆ及び表示角度を制御する。詳しくは、焦点距離Ｌｆが前方車両または前方障害物との距離Ｌｄに一致するように、表示器駆動用機構１２及びミラー駆動用機構１３を作動制御する。また、距離Ｌｄに基づいて画像の表示位置（虚像の結像位置ＩＰ）が障害物に合った上下位置になるように、コンバイナ駆動用機構１１及びミラー駆動用機構１３を作動制御させる。そして、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ９０では、車速制御装置７から車速Ｖを入力する。そして、ステップＳ１００に進む。
ステップＳ１００では、車速Ｖに基づく焦点距離Ｌｓが、現状の焦点距離Ｌｆと同一でないか否かを判別する。車速に基づく焦点距離Ｌsと現状の焦点距離Ｌｆとが同一でない場合には、ステップＳ１１０に進む。車速に基づく焦点距離Ｌｆと現状の焦点距離Ｌｆとが同一である場合には、ステップＳ１２０に進む。なお、車速Ｖに基づく焦点距離Ｌｓについては、車速Ｖが増加するに伴って焦点距離Ｌｓが大きくなるように設定すればよい。なお、ここで、車速Ｖに基づく焦点距離Ｌsと現状の焦点距離Ｌｆとが所定の誤差内であれば、一致していると判定してもよい。

ステップＳ１１０では、車速Ｖに合わせて焦点距離Ｌｆ及び表示角度を制御する。詳しくは、車速Ｖが増加するに伴って焦点距離Ｌｆを増加させるように、表示器駆動用機構１２及びミラー駆動用機構１３を作動制御する。また車速Ｖが増加するに伴って画像の表示位置（虚像の結像位置ＩＰ）が上方に位置するようにコンバイナ駆動用機構１１及びミラー駆動用機構１３を作動制御させる。そして、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０は、車両走行中である場合にはステップＳ３０に戻って、ステップＳ３０〜ステップＳ１２０までの制御を繰り返し実行する。車両走行中でない場合には、本ルーチンを終了する。
以上のように制御することで、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１は、コンバイナ駆動用機構１１、表示器駆動用機構１２、ミラー駆動用機構１３を作動制御することで、コンバイナ２に投影された画像を運転者Ｄが視認した際の、虚像の結像位置を変更することができる。

例えば、コンバイナ２とミラー５との距離、あるいは表示器４とミラー５との距離を変更することで、運転者Ｄがコンバイナ２に投影された画像を視認した際の焦点距離、即ち虚像の結像位置ＩＰの車両前後方向位置が変更される。更に、コンバイナ２の角度やミラー５の角度を変更することで、運転者Ｄが視認する虚像の結像位置ＩＰの車両上下方向位置が変更される。このように、コンバイナ駆動用機構１１、表示器駆動用機構１２、ミラー駆動用機構１３を作動制御することで、画像の焦点距離Ｌｆ及び表示角度を制御することができる。

そして、本実施形態では、車両前方の車両あるいは障害物を検出しており、前方車両等がある場合には、画像の焦点距離Ｌｆを前方車両または前方障害物との距離Ｌｄと略一致させるように制御する。これにより、運転者Ｄは、前方車両等を視認しながら車両走行している場合に、焦点距離を大きく変更することなく、ヘッドアップディスプレイ装置１により提供される画像を視認することができる。これにより、車両走行中においてヘッドアップディスプレイ装置１により提供される画像情報を迅速に確認することができる。また、車両走行中に画像情報を視認している状態から前方車両等を視認する場合においても、焦点距離を大きく変更する必要がなく、前方車両等を迅速に視認することができる。このように、前方車両等とヘッドアップディスプレイ装置１により提供される画像情報とを焦点移動を抑えて視認することが可能となり、車両の走行安全性を向上させることができる。

また、車両前方に前方車両等がない場合には、車速Ｖに基づいてヘッドアップディスプレイ装置１による画像の焦点距離Ｌｆを変更するように制御される。車両の運転者Ｄは、通常、車速Ｖが大きくなるほどより車両前方の遠方を視認している。本実施形態では、車速Ｖが増加するに伴って、ヘッドアップディスプレイ装置１により提供する画像の焦点距離Ｌｆが大きくなるので、車両走行中において運転者が焦点を大きく移動させることなく画像を視認することができ、画像情報を迅速に得ることが可能となる。

また、車両の運転者Ｄは、車速Ｖが大きくなるほど車両前方の遠方を視認するに伴って、より上方を視認するようになる。本実施形態では、車速Ｖが大きくなるほど虚像が上方に位置するように画像の表示角を変更するので、車両走行中において運転者が視点を大きく移動させることなく画像を視認することができ、画像情報を迅速に得ることが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態における制御において、図２のステップＳ８０で前方の障害物に合わせてコンテンツを表示するとよい。車両に前方の障害物を撮影するカメラ等を備え、車両前方の障害物を撮影して、障害物の種類を特定し、当該障害物に合わせた情報をインターネット経由等で取得して、ヘッドアップディスプレイ装置１により表示するとよい。障害物の種類としては、例えば前方車両、落下物、歩行者、自転車、路面標示、雨、霧、路面状態（ウェット、ダート）に区別すればよい。

また、例えば、上記実施形態では、コンバイナ駆動用機構１１、表示器駆動用機構１２、ミラー駆動用機構１３を備えているが、少なくともいずれか１つ設けたものでもよく、画像の焦点距離Ｌｆを変更可能であればよい。
また、上記実施形態は、コンバイナ型のヘッドアップディスプレイ装置１であるが、車両のフロントウインドシールドに画像を投影するウインドシールド型のヘッドアップディスプレイ装置に本発明を適用してもよい。ウインドシールド型のヘッドアップディスプレイ装置では、コンバイナがなくフロントウインドシールドが固定されているので、例えば表示器駆動用機構１２及びミラー駆動用機構１３の作動制御により画像の焦点距離や表示角度を変更させればよい。

また、焦点距離や表示角度を変更する機構については、上記実施形態以外にも適宜変更可能である。本発明は、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置に広く適用することができる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置（車両用ヘッドアップディスプレイ装置）
２ コンバイナ（投影面部）
４ 表示器（表示部）
５ ミラー(反射部)
６ 車間センサ(車両情報検出部)
７ 車速制御装置(車両情報検出部)
１１ コンバイナ駆動用機構（移動部）
１２ 表示器駆動用機構（移動部）
１３ ミラー駆動用機構（移動部）
１５ 焦点距離制御演算ユニット（制御部）
２０ 駆動制御装置（制御部）

Claims (5)

1. 光による画像を表示する表示部と、前記表示部により表示された画像を反射する反射部と、前記反射部により反射された前記画像が投影される投影面部と、を有し、前記投影面部に投影された画像の虚像を車両前方で結像して画像情報を車両の運転者に提供する車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示部、前記反射部及び前記投影面部の少なくも１つを車体に対して移動させる移動部と、
   前記車両の状態または前記車両の周囲情報を検出する車両情報検出部と、
   前記車両の状態または前記車両の周囲情報に基づいて、前記表示部、前記反射部及び前記投影面部の少なくとも１つを移動するよう前記移動部を作動制御して、前記車両の運転者から前記虚像の結像位置までの距離である焦点距離を変更させる制御部と、
   を備えた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。
2. 前記車両情報検出部は、前記車両の状態または前記車両の周囲情報として、前記車両の走行速度を検出し、
   前記制御部は、前記車両の走行速度が増加するに伴って前記焦点距離を大きくするように前記移動部を作動制御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。
3. 前記車両情報検出部は、前記車両の状態または前記車両の周囲情報として、前記車両の前方を走行する前方車両と前記車両との車間距離を検出し、
   前記制御部は、前記車間距離が増加するに伴って前記焦点距離を大きくするように前記移動部を作動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記車両情報検出部は、前記車両の状態または前記車両の周囲情報として、前記車両の前方の障害物と前記車両との距離を検出し、
   前記制御部は、前記障害物と前記車両との距離が増加するに伴って前記焦点距離を大きくするように前記移動部を作動制御することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記移動部は、前記表示部と前記反射部との距離、または前記反射部と前記投影面部との距離を変化させることで、前記焦点距離を変更させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

Images