JP6833790B2 - 表示装置、表示制御方法、およびプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置、表示制御方法、およびプログラムに関する。
従来、フロントウインドシールドに運転者向けの情報に関する画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ（Head Up Display）装置と称する）が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＨＵＤ装置を用いて、フロントウインドシールドの所定の位置に、障害物や注意喚起、進行方向を示す各種マークを車両前方の風景と重ねて表示させることで、運転者は、運転時の視線の方向を前方に維持しながら、表示される各種情報を把握することができる。
特開２０１７−９１１１５号公報
ここで、ＨＵＤ装置に表示される画像の表示位置は、車両の状況に応じて変化させることが考えられる。しかしながら、位置調整のためのアクチュエータの駆動制御において、特段の工夫がなされていない場合、耐久性が損なわれる場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、耐久性を向上させることができる表示装置、表示制御方法、およびプログラムを提供することを目的の一つとする。
この発明に係る表示装置、表示方法、およびプロブラムは、以下の構成を採用した。
（１）：この発明の一態様に係る表示装置は、画像を含む光を出力する投光装置と、前記光の経路上に設けられ、所定の位置から前記光が虚像として形成される位置までの距離を調節可能な光学機構と、前記光学機構を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡と、前記光学機構における前記距離を調節するアクチュエータと、前記投光装置および前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、車両の速度に基づいて、前記アクチュエータを駆動させ、前記投光装置から投射させる光の投射面における投射位置を調節する、表示装置である。
（２）：上記（１）の態様において、前記制御装置は、前記車両の速度が大きくなるほど前記距離を長くし、前記車両の速度が小さくなるほど前記距離を短くするように、前記アクチュエータを駆動するものである。
（３）：上記（１）または（２）の態様において、前記制御装置は、前記車両の速度が大きくなるほど観者の視線位置を通る水平面と、前記視線位置から前記光が虚像として形成される位置までの線分とがなす角度を小さくし、前記車両の速度が小さくなるほど前記角度を大きくするように、前記アクチュエータを駆動するものである。
（４）：上記（１）〜（３）のうち何れか一つの態様において、前記制御装置は、前記車両を運転者の操作による前記車両の挙動が所定の条件を満たす場合に、前記アクチュエータの駆動制御に関する応答性を更に低くする、ものである。
（５）：上記（４）の態様において、前記所定の条件は、前記車両の速度変動の大きさが第１閾値以上、または前記車両の前走車両との車間距離が第２閾値以下である。
（６）：この発明の一態様に係る表示制御方法は、画像を含む光を出力する投光装置と、前記光の経路上に設けられ、所定の位置から前記光が虚像として形成される位置までの距離を調節可能な光学機構と、前記光学機構を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡と、前記光学機構における前記距離を調節するアクチュエータと、前記投光装置および前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備える表示装置が、前記表示装置が搭載された車両の速度を取得し、取得した前記車両の速度に基づいて、前記アクチュエータを駆動させ、前記投光装置から投射させる光の投射面における投射位置を調節する、表示制御方法である。
（７）：この発明の一態様に係るプログラムは、画像を含む光を出力する投光装置と、前記光の経路上に設けられ、所定の位置から前記光が虚像として形成される位置までの距離を調節可能な光学機構と、前記光学機構を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡と、前記光学機構における前記距離を調節するアクチュエータと、前記投光装置および前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備える表示装置に、前記表示装置が搭載された車両の速度を取得させ、取得した前記車両の速度に基づいて、前記アクチュエータを駆動させ、前記投光装置から投射させる光の投射面における投射位置を調節する、プログラムである。
（１）〜（７）の態様によれば、耐久性を向上させることができる。
実施形態に係る表示装置１００が搭載された車両Ｍの車室内の構成を例示した図である。 実施形態の操作スイッチ１３０について説明するための図である。 表示装置１００の部分構成図である。 表示制御装置１５０を中心とした表示装置１００の構成例を示す図である。 車両挙動情報１５８ａの内容の一例を示す図である。 風景に重畳される虚像ＶＩの一例を示す図である。 車速変動に対する車速フィルタを用いた様子を示す図である。 実施形態の表示装置１００により実行される処理の流れを示すフローチャートである。
以下、図面を参照し、本発明の表示装置、表示制御方法、およびプログラムの実施形態について説明する。実施形態の表示装置は、例えば、車両（以下、車両Ｍと称する）に搭載され、風景に重畳させて画像を視認させる装置である。表示装置は、ＨＵＤ装置と称することができる。一例として、表示装置は、車両Ｍのフロントウインドシールドに画像を含む光を投光することで、観者に虚像を視認させる装置である。観者は、例えば運転者であるが、運転者以外の乗員であってもよい。また、表示装置は、車両Ｍのフロントウインドシールドに取り付けられた光透過性を有する表示装置（例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electro-Luminescence）によって実現されてもよいし、人が身体に装着するデバイスが有する透明な部材（バイザー、眼鏡のレンズ等）に投光し、または光透過性の表示装置が取り付けられたものであってもよい。以下の説明では、表示装置は、車両Ｍに搭載され、フロントウインドシールドに画像を含む光を投光する装置であるものとする。
以下の説明において、適宜、ＸＹＺ座標系を用いて位置関係等を説明する。
［全体構成］
図１は、実施形態に係る表示装置１００が搭載された車両Ｍの車室内の構成を例示した図である。車両Ｍには、例えば、車両Ｍの操舵を制御するステアリングホイール１０と、車外と車室内とを区分するフロントウインドシールド（反射体の一例）２０と、インストルメントパネル３０とが設けられる。フロントウインドシールド２０は、光透過性を有する部材である。表示装置１００は、例えば、運転席４０の前方のフロントウインドシールド２０の一部に設けられる表示可能領域Ａ１に画像を含む光を投射する（投光する）ことで、運転席に着座した運転者に虚像ＶＩを視認させる。
表示装置１００は、例えば、運転者の運転を支援するための情報を画像化した像を、虚像ＶＩとして運転者に視認させる。運転者の運転を支援するための情報には、例えば、車両Ｍの速度、駆動力配分比率、エンジン回転数、運転支援機能の動作状態、シフト位置、標識認識結果、交差点位置等の情報が含まれる。運転支援機能には、例えば、予め設定された目的地まで車両Ｍを誘導するための方向指示機能、ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）、ＬＫＡＳ（Lane Keep Assist System）、ＣＭＢＳ（Collision Mitigation Brake System）、およびトラフィックジャムアシスト機能等が含まれる。また、運転支援機能には、例えば、車両Ｍに搭載された電話の着信や発信、通話を管理する電話機能が含まれてもよい。
また、車両Ｍには、表示装置１００の他に、第１表示部５０−１や第２表示部５０−２が設けられてよい。第１表示部５０−１は、例えば、インストルメントパネル３０における運転席４０の正面付近に設けられ、運転者がステアリングホイール１０の間隙から、或いはステアリングホイール１０越しに視認可能な表示装置である。また、第２表示部５０−２は、例えば、インストルメントパネル３０の中央部に取り付けられる。第２表示部５０−２は、例えば、車両Ｍに搭載されるナビゲーション装置（不図示）により実行されるナビゲーション処理に対応する画像、またはテレビ電話における相手の映像等を表示する。また、第２表示部５０−２は、テレビ番組を表示したり、ＤＶＤを再生したり、ダウンロードされた映画等のコンテンツを表示してもよい。
また、車両Ｍには、表示装置１００による表示のオン／オフの切り替え指示や、虚像ＶＩの位置を調節する指示を受け付ける操作スイッチ（操作部の一例）１３０が設けられる。操作スイッチ１３０は、例えば、運転席４０に着座した運転者が大きく体勢を変えることなく操作可能な位置に取り付けられている。操作スイッチ１３０は、例えば、第１表示部５０−１の前方に設けられていてもよく、ステアリングホイール１０のボス部に設けられていてもよく、ステアリングホイール１０とインストルメントパネル３０とを連結するスポークに設けられていてもよい。
図２は、実施形態の操作スイッチ１３０について説明するための図である。操作スイッチ１３０は、例えば、メインスイッチ１３２と、調節スイッチ１３４および１３６とを含む。メインスイッチ１３２は、表示装置１００のオン／オフを切り替えるスイッチである。
調節スイッチ１３４は、例えば、運転者の視線位置Ｅ１から表示可能範囲Ａ１を透過した空間にあるように視認される虚像ＶＩの位置を、鉛直方向Ｚに関して上側（以下、上方向と称する）に移動させる指示を受け付けるためのスイッチである。運転者は、調節スイッチ１３４を押し続けることで、表示可能範囲Ａ１内で虚像ＶＩの視認位置を上方向に継続して移動させることができる。
調節スイッチ１３６は、前述した虚像ＶＩの位置を鉛直方向Ｚに関して下側（以下、下方向と称する）に移動させる指示を受け付けるためのスイッチである。運転者は、調節スイッチ１３６を押し続けることで、表示可能範囲Ａ１内で虚像ＶＩの視認位置を下方向に継続して移動させることができる。
また、調節スイッチ１３４は、虚像ＶＩの位置を上方向に移動させるのに代えて（または加えて）、視認される虚像ＶＩの輝度を上げるためのスイッチであってもよい。また、調節スイッチ１３６は、虚像ＶＩの位置を下方向に移動するのに代えて（または加えて）、視認される虚像ＶＩの輝度を下げるためのスイッチであってもよい。調節スイッチ１３４、１３６が受け付ける指示の内容は、何らかの操作に基づいて切り替えられてもよい。何らかの操作とは、例えば、メインスイッチ１３２の長押し操作である。また、操作スイッチ１３０は、図２に示す各スイッチに加えて、例えば、表示内容を選択するスイッチや、専ら表示される虚像の輝度を調節するスイッチを含んでよい。
図３は、表示装置１００の部分構成図である。表示装置１００は、例えば、表示器（画像生成装置の一例）１１０と、表示制御装置１５０とを備える。表示制御装置１５０と、光学系コントローラ１７０と、ディスプレイコントローラ１７２とを合わせたものが「制御装置」の一例である。表示器１１０は、例えば、筐体１１５内に、投光装置１２０と、光学機構１２２と、平面鏡１２４と、凹面鏡１２６と、透光カバー１２８とを収納する。これらの他、表示装置１００は、各種センサやアクチュエータを備えるが、これらについては後述する。また、表示器には、光学機構１２２がない構成であってもよい。
投光装置１２０は、例えば、光源１２０Ａと、表示素子１２０Ｂとを備える。光源１２０Ａは、例えば、冷陰極管であり、運転者に視認させる虚像ＶＩに対応する可視光を出力する。表示素子１２０Ｂは、光源１２０Ａからの可視光の透過を制御する。表示素子１２０Ｂは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）型の液晶表示装置（ＬＣＤ）である。また、表示素子１２０Ｂは、複数の画素のそれぞれを制御して、光源１２０Ａからの可視光の色要素ごとの透過程度を制御することで、虚像ＶＩに画像要素を含ませ、虚像ＶＩの形態（見え方）を決定付ける。以下では、表示素子１２０Ｂを透過し画像が含まれた可視光を画像光ＩＬという。なお、表示素子１２０Ｂは、有機ＥＬディスプレイであってもよく、この場合、光源１２０Ａは省略されてよい。
光学機構１２２は、例えば、一以上のレンズを含む。各レンズの位置は、例えば光軸方向に調節可能となっている。光学機構１２２は、例えば、投光装置１２０が出力する画像光ＩＬの経路上に設けられ、投光装置１２０から入射した画像光ＩＬを通過させて、フロントウインドシールド２０に向けて出射する。光学機構１２２は、例えば、レンズの位置を変更することで、運転者の視線位置Ｐ１から、画像光ＩＬが虚像として形成される形成位置Ｐ２までの距離（以下、虚像視認距離Ｄと称する）を調節することができる。運転者の視線位置Ｐ１は、凹面鏡１２６およびフロントウインドシールド２０によって反射され画像光ＩＬが集光される位置であり、この位置に運転者の目が存在することが想定される位置である。虚像視認距離Ｄは、厳密には上下方向の傾きを持つ線分の距離であるが、以下の説明において「虚像視認距離Ｄが７［ｍ］」等と表現する場合、その距離は水平方向の距離を意味してもよい。
また、以下の説明において、俯角θを、運転者の視線位置Ｐ１を通る水平面と、運転者の視線位置Ｐ１から形成位置Ｐ２までの線分とがなす角度と定義する。虚像ＶＩが下方に形成されているほど、すなわち、運転者が虚像ＶＩを見る視線方向が下向きであるほど、俯角θは大きくなる。俯角θは、凹面鏡１２６の反射角度φと、表示素子１２０Ｂにおける元画像の表示位置とに基づいて決定される。反射角度φは、平面鏡１２４により反射された画像光ＩＬが凹面鏡１２６に入射する入射方向と、凹面鏡１２６が画像光ＩＬを出射する出射方向とのなす角である。
平面鏡１２４は、光源１２０Ａにより出射され表示素子１２０Ｂを通過した可視光（すなわち、画像光ＩＬ）を凹面鏡１２６の方向に反射させる。
凹面鏡１２６は、平面鏡１２４から入射した画像光ＩＬを反射し、フロントウインドシールド２０に向かって出射する。凹面鏡１２６は、車両Ｍの幅方向の軸であるＹ軸回りに回転（回動）可能に支持される。
透光カバー１２８は、凹面鏡１２６からの画像光ＩＬを透過させてフロントウインドシールド２０に到達させると共に、筐体１１５内に埃や塵、水滴等の異物が入り込むことを抑制する。透光カバー１２８は、筐体１１５の上側部材に形成された開口部に設けられる。また、インストルメントパネル３０にも開口部あるいは光透過性部材が設けられ、画像光ＩＬは、透光カバー１２８とインストルメントパネル３０の開口部或いは光透過性部材を透過してフロントウインドシールド２０に到達する。
フロントウインドシールド２０に入射した画像光ＩＬは、フロントウインドシールド２０によって反射され、運転者の視線位置Ｐ１に集光する。このとき、運転者の視線位置Ｐ１に運転者の眼が位置していた場合、運転者は、画像光ＩＬによって写し出される画像が車両Ｍの前方に表示されているように感じる。
表示制御装置１５０は、運転者に視認させる虚像ＶＩの表示を制御する。図４は、表示制御装置１５０を中心とした表示装置１００の構成例を示す図である。図４の例では、表示制御装置１５０に加えて、表示装置１００に含まれる位置センサ１６２と、凹面鏡角度センサ１６４と、環境センサ１６６と、操作スイッチ１３０と、光学系コントローラ１７０と、ディスプレイコントローラ１７２と、レンズアクチュエータ（第１アクチュエータの一例）１８０と、凹面鏡アクチュエータ（第２アクチュエータの一例）１８２と、投光装置１２０と、運転支援制御装置２００と、車両挙動取得装置３００とを示している。レンズアクチュエータ１８０と、凹面鏡アクチュエータ１８２とを組み合わせたものが「アクチュエータ」の一例である。先に表示制御装置１５０以外の各構成について説明する。
位置センサ１６２は、光学機構１２２に含まれる一以上のレンズの位置を検出する。また、位置センサ１６２は、表示素子１２０Ｂの位置を検出してもよい。凹面鏡角度センサ１６４は、凹面鏡１２６のＹ軸回りの回転角度を検出する。
環境センサ１６６は、例えば、投光装置１２０や光学機構１２２の温度を検出する。また、環境センサ１６６は、車両Ｍの周囲の照度を検出したり、車両Ｍの速度、操舵角を検出したり、周辺に存在する物体（例えば、他車両、歩行者等の障害物）を検出してもよい。また、環境センサ１６６は、車両のブレーキシステムやエンジンシステムに関する点検が必要になったこと、ヘッドライトがハイビームに設定されていること、ドアロックがされていないこと、ドアが完全に閉まっていないこと、フォグランプが点灯していること、車両Ｍに搭載された電話機能において着信が生じたこと、ナビゲーション装置に設定された目的地に向かうために右左折するタイミングに近づいたこと等を検出してもよい。また、環境センサ１６６は、例えば、車両Ｍに搭載されたスキャナ（不図示）等により運転者の免許証を読み込んだり、入力装置（不図示）等により運転者に入力させたりすることで、運転者を識別する識別情報を取得してもよい。
光学系コントローラ１７０は、駆動制御部１５６により出力された制御信号に基づいて、レンズアクチュエータ１８０を駆動させて、虚像視認距離Ｄを調節する。また、光学系コントローラ１７０は、駆動制御部１５６により出力された制御信号に基づいて凹面鏡アクチュエータ１８２を駆動させて、凹面鏡の回転角度を調節する。これらの調節により、投光装置１２０から投射させる光の投射面における投射位置を調節する。
ディスプレイコントローラ１７２は、投光装置１２０を制御して、画像生成部１５２により生成され、表示態様制御部１５４により決定された表示態様に基づく画像を出力させる。画像には、例えば、定常的に表示される運転者の運転を支援するための基本支援情報に関する画像（以下、第１画像と称する）や、緊急時や所定の機能等の所定のイベントの発生時に表示される画像（以下、第２画像と称する）が含まれる。基本支援情報とは、例えば、車両Ｍの速度、駆動力配分比率、エンジン回転数、運転支援機能の動作状態シフト位置、標識認識結果、交差点位置等を運転者に認識させるための情報である。所定のイベントとは、例えば、車両Ｍの状態によって生じるイベントである。イベントには、運転支援制御装置２００による各種機能に応じたイベントや、環境センサ１６６により検出された情報により発生するイベント（点検指示や警告）が含まれる。第２画像とは、例えば、車線逸脱警報に関する画像や、車両Ｍが前走車両に接近していることを通知する画像、衝突軽減ブレーキが作動したことを示す画像、その他のワーニング画像等である。第２画像は、第１画像に割り込ませて表示されてもよく、第１画像とともに表示されてもよい。
レンズアクチュエータ１８０は、光学系コントローラ１７０からの駆動信号を取得し、取得した駆動信号に基づいて、モータ等を駆動させて光学機構１２２に含まれる一以上のレンズの位置を移動する。また、レンズアクチュエータ１８０は、表示素子１２０Ｂの位置を画像光ＩＬに沿って物理的に移動させてもよい。これにより、虚像視認距離Ｄが調節される。
凹面鏡アクチュエータ１８２は、光学系コントローラ１７０からの駆動信号を取得し、取得した駆動信号に基づいて、モータ等を駆動させて凹面鏡アクチュエータ１８２をＹ軸回りに回転させて、凹面鏡１２６の反射角度φを調節する。これにより、俯角θが調節される。
運転支援制御装置２００は、車両Ｍの運転者による運転操作を支援する運転支援機能を実行する。運転支援機能が実行される場合、例えば、車両Ｍは、運転者による運転操作子（例えば、ステアリングホイール１０、アクセルペダル、ブレーキペダル）の操作によらずに、操舵制御または速度制御のうち、一方または双方を制御する。運転支援制御装置２００は、例えば、運転支援機能として、ＡＣＣを実行する際には、車両Ｍに搭載される環境センサ１６６や物体認識装置（不図示）を介して入力される情報に基づいて、車両Ｍと、前走車両との車間距離を一定に保った状態で走行するように、前走車両との車間距離に基づく加減速制御（速度制御）を行う。また、運転支援制御装置２００は、運転支援機能として、ＬＫＡＳを実行する際には、車両Ｍが、現在走行中の走行車線を維持（レーンキープ）しながら走行するように操舵制御を行う。また、運転支援制御装置２００は、運転支援機能として、ＣＭＢＳを実行する際には、車両Ｍと前走車両との車間距離が所定距離未満になった場合に、車両Ｍの減速制御または停止制御を行う。また、運転支援制御装置２００は、例えば、運転支援機能の状態を表示制御装置１５０に出力する。また、運転支援制御装置２００は、ＬＫＡＳやＣＭＢＳを実行する前に運転者に警告するための情報（警告情報）を表示制御装置１５０に出力する。警告情報とは、例えば、車線逸脱警報、前走車両接近警報等である。運転支援制御装置２００により上述した各種機能が実行される場合、各種機能に応じたイベントが発生する。
車両挙動取得装置３００は、車両Ｍを運転する運転者ごとに、運転者による運転操作による車両Ｍの挙動を取得する。車両Ｍの挙動とは、例えば、運転者による運転操作子の操作による車両Ｍの速度やヨーレート、横加速度、操舵等に関する情報である。車両Ｍの挙動には、例えば、車速変動の大きさ、環境センサ１６６により取得される前走車両と車両Ｍとの車間距離に関する情報等が含まれる。車速変動とは、例えば、所定時間における車両Ｍの減速、加速、加減速の頻度等である。車間距離とは、例えば、ナビゲーション装置により設定された出発地点から到着地点までの区間での走行における平均車間距離である。また、車間距離は、所定時間ごとの平均車間距離でもよい。
車両挙動取得装置３００により取得された情報は、例えば、表示制御装置１５０の記憶部１５８に、車両挙動情報１５８ａとして記憶される。図５は、車両挙動情報１５８ａの内容の一例を示す図である。車両挙動情報１５８ａは、運転者識別情報に、車両Ｍの挙動を取得した日時と、車両Ｍの挙動内容とが対応付けられている。挙動内容には、例えば、車速変動に関する情報と、前方車両との車間距離や操舵に関する情報と、車両Ｍに生じたヨーレート変動に関する情報と、車両Ｍに生じた横加速度変動に関する情報とが含まれる。日時は、車両挙動情報１５８ａの取得時間でもよく、出発地点から到着地点までの走行時間でもよい。また、ある特定の瞬間だけでなく、一連の動作の時間や、一連の操作のタイミングから運転者を識別してもよい。例えば、交差点曲がり始め、曲がり終わり、加速するまでの各タイミングやそれらに要した時間等に応じて運転者を識別してもよい。
［表示制御装置］
次に、表示制御装置１５０について説明する。表示制御装置１５０は、例えば、画像生成部１５２と、表示態様制御部１５４と、駆動制御部１５６と、記憶部１５８とを備える。記憶部１５８を除く各構成要素は、それぞれ、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予め表示制御装置１５０のＨＤＤやフラッシュメモリ等の記憶部１５８に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ−ＲＯＭ等の着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで表示制御装置１５０の記憶部１５８にインストールされてもよい。
表示制御装置１５０は、例えば、操作スイッチ１３０（メインスイッチ１３２）によりオン状態にする信号を受け付けた場合に、画像生成部１５２、表示態様制御部１５４、および駆動制御部１５６のそれぞれの機能を実行可能とし、オフ状態にする信号を受け付けた場合に、上述したそれぞれの機能を停止させる。
画像生成部１５２は、表示装置１００がオン状態である場合に、風景に重畳させて運転者に視認させる第１画像を生成する。また、画像生成部１５２は、割込判定部１５３による判定により、風景に重畳させる画像に第２画像を割り込ませると判定された場合に、第１画像に代えて（または加えて）、第２画像を生成する。なお、表示される第１画像および第２画像の出力は、運転者が操作スイッチ１３０や他の操作部、または第２表示部５０−２に表示されるＧＵＩ（Graphical User Interface）スイッチ等を用いて設定されてもよい。運転者により設定された設定情報は、例えば、記憶部１５８等に格納される。また、画像生成部１５２は、例えば、運転支援制御装置２００により警告情報が出力された場合に、警告情報を出力するイベントの発生に基づく像要素を生成する。像要素には、例えば、コンテンツやコンテンツの内容を識別するアイコン、マーク、道路標識等が含まれる。
表示態様制御部１５４は、画像生成部１５２により生成された画像の表示態様を制御する。表示態様とは、風景に重畳させて運転者に視認させる画像（第１画像、第２画像）の表示の有無、表示される場合における画像の位置（俯角θ）、大きさ、輝度、虚像視認距離Ｄ等である。例えば、表示態様制御部１５４は、位置センサ１６２により検出されたレンズ位置、凹面鏡角度センサ１６４により検出された凹面鏡１２６の回転角度に基づいて、表示態様を変更する。また、表示態様制御部１５４は、環境センサ１６６により検出される情報や、運転支援制御装置２００により提供される運転支援機能の内容に基づいて、表示態様を変更してもよい。
また、表示態様制御部１５４は、車両Ｍの挙動により生じる俯角θの変動（より具体的には、虚像ＶＩの振れ）を抑制するための振れ補正制御を行ってもよい。例えば、車両Ｍが段差のある道路等を通過する場合には、車両Ｍが前傾または後傾した状態となるため、運転者から見る虚像ＶＩが下方向または上方向に振れ、視認性が低下する場合がある。したがって、表示態様制御部１５４は、上述したような車両Ｍの挙動の変化を検知した場合に、俯角θが一定になるような制御を行う。
具体的には、表示態様制御部１５４は、例えば、段差による車両Ｍの挙動の変化が生じる前の俯角（第１の俯角）θ１と、挙動が変化した後の俯角（第２の俯角）θ２との差分を算出し、算出した差分がゼロに近似するように俯角θの補正制御を行う。また、表示態様制御部１５４は、俯角θ１と俯角θ２とに基づく挙動が変化した後の俯角θとに基づいて車両Ｍの上下方向の変動幅を算出し、算出した変動幅がゼロに近似するように俯角θの補正制御を行ってもよい。
なお、表示態様制御部１５４は、凹面鏡アクチュエータ１８２を用いて俯角θの補正を行う場合には、モータの駆動時間等の影響で応答が遅くなる。そのため、車両Ｍの挙動の変化のタイミングと、俯角θの補正制御のタイミングに時間のずれが生じ、車両Ｍの揺れ方向とは逆に虚像ＶＩが上下に振れ動いてしまう可能性がある。そこで、表示態様制御部１５４は、上述したような条件下等において、応答性が高いディスプレイコントローラ１７２による表示制御により、投光装置１２０から投射させる光の投射面における投射位置を調節することで、俯角θの補正制御を行う。これにより、俯角θの振れ補正を、より適切なタイミングで行うことができる。また、表示態様制御部１５４は、上述した位置補正制御と、光学系コントローラ１７０によるレンズアクチュエータ１８０、凹面鏡アクチュエータ１８２の駆動による位置制御とを組み合わせてもよい。
駆動制御部１５６は、表示態様制御部１５４による制御情報に基づいて、光学機構１２２に含まれる一以上のレンズの位置、または表示素子１２０Ｂの位置を移動させるための制御信号や凹面鏡１２６の回転角度を調節させるための制御信号を生成し、生成した制御信号を光学系コントローラ１７０に出力する。また、駆動制御部１５６は、位置センサ１６２により検出されたレンズ位置や表示素子１２０Ｂの位置、凹面鏡角度センサ１６４により検出された凹面鏡１２６の回転角度に基づいて、表示態様制御部１５４により指示された位置（俯角θ、虚像視認距離Ｄ）に画像を含む虚像ＶＩが視認されるように、制御信号を生成し、生成した制御信号を光学系コントローラ１７０に出力する。駆動制御部１５６の詳細については、後述する。
記憶部１５８は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、フラッシュメモリ等で実現される。記憶部１５８には、例えば、車両挙動情報１５８ａ、設定情報、およびその他の情報が記憶される。
次に、表示装置１００により風景に重畳され、虚像ＶＩとして運転者に視認可能な画像の一例について説明する。図６は、風景に重畳される虚像ＶＩの一例を示す図である。図６の例では、車両Ｍが道路Ｌ１上を走行しているものとする。また、図６の例では、表示装置１００によって、フロントウインドシールド２０を介して視認される風景（道路Ｌ１や標識ＭＫ等が存在する実空間の風景）と重畳される虚像ＶＩの一例を示している。
虚像ＶＩには、一以上の像要素ＩＥが含まれる。像要素ＩＥは、例えば、上述した第１画像または第２画像が含まれる。図６の例において、像要素ＩＥ１は、車両Ｍの速度を示し、第１画像の一例である。像要素ＩＥ２は方向指示、像要素ＩＥ３は実行中の運転支援機能種別、像要素ＩＥ４は標識、像要素ＩＥ５は車両Ｍに搭載された電話機能における電話着信を示し、それぞれが第２画像の一例である。
表示態様制御部１５４は、表示装置１００の起動後（オン状態）に、車両状態に応じた像要素を含む画像を投光装置１２０から出力させる。図６の例を用いて具体的に説明すると、例えば、表示装置１００が起動した場合、画像生成部１５２は、像要素ＩＥ１を生成する。この場合、表示態様制御部１５４は、生成された像要素ＩＥ１を運転者から見て虚像ＶＩの右下に表示させる。
また、車両Ｍが交差点付近を走行する場合、画像生成部１５２は、運転支援制御装置２００の運転支援機能による方向指示情報の表示指示に対応する像要素ＩＥ２を含む画像を生成する。この場合、表示態様制御部１５４は、虚像ＶＩの中心に像要素ＩＥ２を表示させる。また、運転支援制御装置２００により車両Ｍが道路Ｌ１の車線を逸脱する可能性があると判断された場合に、画像生成部１５２は、「ＬＫＡＳ」の文字に対応する像要素ＩＥ３を生成する。この場合、表示態様制御部１５４は、生成した像要素ＩＥ３を虚像ＶＩの左上に表示させる。また、環境センサ１６６により車両Ｍの前方の所定の標識ＭＫが認識された場合、画像生成部１５２は、標識に対応する像要素ＩＥ４を生成する。所定の標識ＭＫは、例えば、一時停止、最高速度（制限速度）、車両進入禁止、はみ出し通行禁止、一方通行等の標識である。この場合、表示態様制御部１５４は、生成した像要素ＩＥ４を虚像ＶＩの左側中央に表示させる。また、画像生成部１５２は、車両Ｍに搭載された電話機能により着信を受け付けた場合に、電話の着信を示す画像に対応する像要素ＩＥ５を生成する。この場合、表示態様制御部１５４は、生成した像要素ＩＥ５を虚像ＶＩの左下に表示させる。また、表示態様制御部１５４は、像要素ＩＥの表示条件を満たさなくなった場合に、その像要素ＩＥの表示を終了する。
次に、駆動制御部１５６の詳細について説明する。駆動制御部１５６は、例えば、車両Ｍの速度（以下、速度ＭＶと称する）に基づいて、図６に示す虚像ＶＩに対する俯角θおよび虚像視認距離Ｄを変更する。
駆動制御部１５６は、速度ＭＶに応じてレンズアクチュエータ１８０のモータ駆動により、光学機構１２２に含まれる一以上のレンズまたは表示素子１２０Ｂの位置を画像光ＩＬの光路に沿って直線駆動させることで、虚像視認距離Ｄを調節する。例えば、駆動制御部１５６は、速度ＭＶが大きくなるほど虚像視認距離Ｄを長くし、速度ＭＶが小さくなるほど虚像視認距離Ｄを短くする。さらに、駆動制御部１５６は、虚像視認距離Ｄの最大値（例えば、１５［ｍ］程度）や最小値（例えば、５［ｍ］程度）を設定し、設定した範囲内で虚像視認距離Ｄの変更を行ってもよい。
また、駆動制御部１５６は、車両Ｍの速度ＭＶに応じて凹面鏡アクチュエータ１８２のモータ駆動により、凹面鏡１２６をＹ軸回りに回転させることで、凹面鏡１２６の反射角度φを調整し、俯角θを調節する。例えば、駆動制御部１５６は、第２の車速フィルタにより、速度ＭＶが大きくなるほど、虚像ＶＩを図６に示す上（＋Ｚ）方向に移動して俯角θを小さくし、逆に速度ＭＶが小さくなるほど虚像ＶＩを下（−Ｚ）方向に移動して俯角θを大きくする。さらに、駆動制御部１５６は、虚像ＶＩが表示可能領域Ａ１内に表示されるように俯角θの最大値や最小値を設定し、設定した範囲での俯角θの変更を行う。
ここで、駆動制御部１５６は、例えば、速度ＭＶに基づいて、レンズアクチュエータ１８０による虚像視認距離Ｄの可変制御を行うために第１の車速フィルタ（ＦｉｌｔｅｒＡ）を用い、凹面鏡アクチュエータ１８２による俯角θの可変制御を行うために第２の車速フィルタ（ＦｉｌｔｅｒＢ）を用いる。車速フィルタは、例えば、一時遅れフィルタまたは移動平均フィルタである。例えば、一時遅れフィルタの場合には、時定数が大きいほど応答性が高くなり、時定数が小さいほど応答性が低くなる。また、移動平均フィルタの場合には、サンプリング数が少ないほど応答性が高くなり、サンプリング数が多くなるほど応答性が低くなる。また、車速フィルタは、例えば、アクチュエータに含まれるモータのＰＩＤ制御によって導出されてもよい。この場合、サンプリング方式のＰＩＤ制御の式における微分項のゲインを大きくするほど応答性は高くなる。
駆動制御部１５６は、速度ＭＶに応じて、上述した俯角θや虚像視認距離Ｄの移動がスムーズに行われるように、以下に示す関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）等を用いて、俯角θおよび虚像視認距離Ｄを算出してもよい。
虚像視認距離Ｄ＝ｆ（ＦｉｌｔｅｒＡ（ＭＶ））
俯角θ＝ｇ（ＦｉｌｔｅｒＢ（ＭＶ））
図７は、車速変動に対する車速フィルタを用いた様子を示す図である。図７の横軸は車両Ｍの走行時の時間Ｔ［ｓｅｃ］を示し、縦軸は速度ＭＶ［ｋｍ／ｈ］を示している。例えば、図７に示すように速度ＭＶの変動が大きい場合に、虚像視認距離Ｄや俯角θの変更が頻繁に行われるため、第１の車速フィルタまたは第２の車速フィルタを用いることで、図７に示す点線のような速度ＭＶの変動値を得ることができ、この変動値に基づいて虚像視認距離Ｄや俯角θの調整を行うことができる。これにより、アクチュエータのモータの作動回数を減らすことができ、耐久性を向上させることができるとともに、運転者に視認可能に表示させる虚像ＶＩの位置の変化を滑らかにすることができる。
また、虚像視認距離Ｄを変更する場合には、光学機構１２２に含まれる一以上のレンズまたは表示素子１２０Ｂを直線駆動させるために、部材の負担が大きくなる。したがって、駆動制御部１５６は、凹面鏡アクチュエータ１８２の駆動制御における応答性を、レンズアクチュエータ１８０の駆動制御における応答性よりも高くする。これにより、部材の負担が少ない凹面鏡アクチュエータ１８２による俯角θの可変制御が、レンズアクチュエータ１８０による虚像視認距離Ｄの可変制御よりも優先して実行される。そのため、速度ＭＶに応じた虚像ＶＩの表示位置のスムーズな変更を実現できるとともに、部材の負担が大きいレンズアクチュエータ１８０の駆動回数を減らすことができ、アクチュエータの耐久性を向上させることができる。
なお、レンズアクチュエータ１８０および凹面鏡アクチュエータ１８２に含まれるモータには、例えば、ブラシ付きＤＣモータやブラシレスモータを用いることができる。また、ブラシレスモータを用いることで、ブラシ付きＤＣモータを用いるよりも、耐久性が向上するとともに、作動音や振動、ノイズを抑制することができる。また、ブラシ付きＤＣモータを用いた場合であっても、上述したように、車速フィルタに基づいて、応答性を調整することで、作動音や振動、ノイズを抑制することができる。
また、駆動制御部１５６は、記憶部１５８に記憶された車両挙動情報１５８ａに基づいて、第２の車速フィルタの応答性を変更してもよい。例えば、駆動制御部１５６は、環境センサ１６６等により取得した運転者の識別情報に基づいて、車両挙動情報１５８ａを参照し、合致する運転者識別情報に対応付けられた挙動内容を取得する。そして、駆動制御部１５６は、挙動内容が所定の条件を満たす場合に、第２の車速フィルタの応答性が低くなるように変更する。所定の条件とは、例えば、車速変化によりレンズアクチュエータ１８０のモータの作動回数が多くなると推定される条件であり、具体的には、速度ＭＶの変動の大きさが第１閾値以上、または前走車両と車両Ｍとの車間距離が第２閾値以下等の条件である。
このように、応答性の小さいフィルタを用いることで、レンズアクチュエータ１８０のモータの駆動が頻繁に行われることを抑制することができるため、モータの耐久性を更に向上させることができる。また、虚像視認距離Ｄの頻繁な変更も抑制することができるため、運転者に虚像ＶＩを見易くさせることができる。
［処理フロー］
図８は、実施形態の表示装置１００により実行される処理の流れを示すフローチャートである。なお、図８の処理は、例えば、操作スイッチ１３０により表示装置１００がオン状態になった後、所定のタイミングで繰り返し実行される。
まず、画像生成部１５２は、記憶部１５８に記憶された設定情報等に基づいて、風景に重畳させる画像を生成する（ステップＳ１００）。次に、表示態様制御部１５４は、生成された画像の表示態様を決定する（ステップＳ１０２）。
次に、駆動制御部１５６は、車両Ｍの速度ＭＶを取得し（ステップＳ１０４）、第１の車速フィルタよりも応答性の高い第２の車速フィルタを用いて車両Ｍの速度ＭＶに対する虚像ＶＩ（具体的には、画像生成部１５２で生成され、表示態様制御部１５４により表示態様が決定された画像を含む虚像ＶＩ）の俯角θを調節する（ステップＳ１０６）。また、駆動制御部１５６は、ステップＳ１０４の処理により取得した速度に基づいて、第２の車速フィルタよりも応答性の低い第１の車速フィルタを用いて車両の速度ＭＶに対する虚像ＶＩの視認距離（虚像視認距離Ｄ）を調節する（ステップＳ１０８）。次に、駆動制御部１５６は、画像生成部１５２により生成された画像を、表示態様制御部１５４により決定された表示態様で、調整された俯角および虚像視認距離に表示させる（ステップＳ１１０）。これにより、本フローチャートの処理は終了する。
上述した実施形態によれば、表示装置１００において、画像を含む光を出力する投光装置１２０と、光の経路上に設けられ、所定の位置から光が虚像として形成される位置までの虚像視認距離Ｄを調節可能な光学機構１２２と、光学機構１２２を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡１２６と、光学機構１２２における距離を調節するアクチュエータ（アクチュエータ）と、投光装置１２０およびアクチュエータを制御する表示制御装置１５０と、を備え、表示制御装置１５０は、車両Ｍの速度ＭＶに基づいて、アクチュエータを駆動させ、投光装置１２０から投射させる光の投射面における投射位置を調節させることで、耐久性を向上させることができる。
なお、表示装置１００は、フロントウインドシールド２０に直接画像を投影するのに代えて、運転者の位置とフロントウインドシールド２０との間に設けられるコンバイナ等の光透過性反射部材に画像を投影してもよい。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。
１０…ステアリングホイール、２０…フロントウインドシールド、３０…インストルメントパネル、４０…運転席、５０−１…第１表示部、５０−２…第２表示部、１００…表示装置、１１０…表示器、１１５…筐体、１２０…投光装置、１２２…光学機構、１２４…平面鏡、１２６…凹面鏡、１２８…透光カバー、１３０…操作スイッチ、１５０…表示制御装置、１５２…画像生成部、１５４…表示態様制御部、１５６…駆動制御部、１５８…記憶部、１６２…位置センサ、１６４…凹面鏡角度センサ、１６６…環境センサ、１７０…光学系コントローラ、１７２…ディスプレイコントローラ、１８０…レンズアクチュエータ、１８２…凹面鏡アクチュエータ、Ｍ…車両

Claims (5)

  1. 画像を含む光を出力する投光装置と、
    前記光の経路上に設けられ、所定の位置から前記光が虚像として形成される位置までの距離を調節可能な光学機構と、
    前記光学機構を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡と、
    前記光学機構における前記距離を調節するアクチュエータと、
    前記投光装置および前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備える表示装置であって、
    前記制御装置は、前記表示装置が搭載された車両の速度に基づいて、前記アクチュエータを駆動させ、前記投光装置から投射させる光の投射面における投射位置を調節し、
    更に前記制御装置は、前記車両の運転者の操作による前記車両の速度変動の大きさが第１閾値以上、または前記車両と前記車両の前走車両との車間距離が第２閾値以下である場合に、前記アクチュエータの駆動制御に関する応答性が低くなるように変更する、
    表示装置。
  2. 前記制御装置は、前記車両の速度が大きくなるほど前記距離を長くし、前記車両の速度が小さくなるほど前記距離を短くするように、前記アクチュエータを駆動する、
    請求項１に記載の表示装置。
  3. 前記制御装置は、前記車両の速度が大きくなるほど観者の視線位置を通る水平面と、前記視線位置から前記光が虚像として形成される位置までの線分とがなす角度を小さくし、 前記車両の速度が小さくなるほど前記角度を大きくするように、前記アクチュエータを駆動する、
    請求項１または２に記載の表示装置。
  4. 画像を含む光を出力する投光装置と、前記光の経路上に設けられ、所定の位置から前記光が虚像として形成される位置までの距離を調節可能な光学機構と、前記光学機構を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡と、前記光学機構における前記距離を調節するアクチュエータと、前記投光装置および前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備える表示装置が、
    前記表示装置が搭載された車両の速度を取得し、
    取得した前記車両の速度に基づいて、前記アクチュエータを駆動させ、前記投光装置から投射させる光の投射面における投射位置を調節し、
    前記車両の運転者の操作による前記車両の速度変動の大きさが第１閾値以上、または前記車両と前記車両の前走車両との車間距離が第２閾値以下である場合に、前記アクチュエータの駆動制御に関する応答性が低くなるように変更する、
    表示制御方法。
  5. 画像を含む光を出力する投光装置と、前記光の経路上に設けられ、所定の位置から前記光が虚像として形成される位置までの距離を調節可能な光学機構と、前記光学機構を通過した光を反射体に向けて反射する凹面鏡と、前記光学機構における前記距離を調節するアクチュエータと、前記投光装置および前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備える表示装置に、
    前記表示装置が搭載された車両の速度を取得させ、
    取得した前記車両の速度に基づいて、前記アクチュエータを駆動させ、前記投光装置から投射させる光の投射面における投射位置を調節させ、
    前記車両の運転者の操作による前記車両の速度変動の大きさが第１閾値以上、または前記車両と前記車両の前走車両との車間距離が第２閾値以下である場合に、前記アクチュエータの駆動制御に関する応答性が低くなるように変更させる、
    プログラム。
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