WO2023210681A1

WO2023210681A1 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: WO2023210681A1
Application number: PCT/JP2023/016428
Authority: WO
Inventors: 卓充中野
Original assignee: 日本精機株式会社
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2023-04-26
Publication date: 2023-11-02

Abstract

表示品位の高いヘッドアップディスプレイを提供する。本開示のヘッドアップディスプレイＨは、表示光ＤＬを出力する表示ユニット１と、表示ユニット１に画像を表示させる制御部３と、を備え、表示光ＤＬの虚像Ｖを車両のウインドシールドＷＳに表示させるヘッドアップディスプレイＨ１である。制御部３は、虚像Ｖの表示位置を調整する虚像表示位置調整機能と、画像の色収差の補正を行う色収差補正機能と、色収差補正機能の色収差補正値を設定する色収差補正値設定機能と、を有する。制御部３は、虚像表示位置調整機能の実行によって虚像Ｖの表示位置が更新されたとき、色収差補正値設定機能を実行する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置

　本開示は、表示像の色収差を補正する補正機能を有するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

　ウインドシールド（風防ガラス）に表示光を投射し、このウインドシールドの前方に表示光の虚像を表示するヘッドアップディスプレイが、特許文献１に開示されている。このヘッドアップディスプレイは、虚像を視認する者（ユーザ）の目の高さに合った位置に虚像を表示するために、表示光の投射方向（表示光が投射されるウインドシールドの位置）を変更することができる。

特開２００３－１０７３９１号公報

　このようなヘッドアップディスプレイにおいては、色収差が大きくなるほど、虚像を構成する色成分が分離して見える等の表示品位の低下が生じる。

　このような色収差の影響による色成分の分離（色ずれ）は、表示光が投射されるウインドシールドの箇所の違いや、ユーザの視覚特性の個人差によるものである。

　以上のことから、本開示の発明者は、ユーザの各々に対し個別に色収差の補正に関する設定を行うことで、表示品位を向上できる、と考えた。

　本開示は、上述した課題を鑑みて、表示品位の高いヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

　本開示のヘッドアップディスプレイは、以下の第１構成を有する。
　表示光（ＤＬ）を出力する表示ユニット（１）と、
　前記表示ユニット（１）に画像を表示させる制御部（３）と、を備え、
　前記表示光（ＤＬ）の虚像（Ｖ）を車両のウインドシールド（ＷＳ）に表示させるヘッドアップディスプレイ（Ｈ）であって、
　前記制御部（３）は、前記虚像（Ｖ）の表示位置を調整する虚像表示位置調整機能と、前記画像の色収差の補正を行う色収差補正機能と、前記色収差補正機能の色収差補正値を設定する色収差補正値設定機能と、を有し、
　前記制御部は、前記虚像表示位置調整機能の実行によって前記表示位置が更新されたとき、前記色収差補正値設定機能を実行する。

　上述した第１構成は、以下の効果がある。
　上述した第１構成は、虚像の表示位置の更新がされたときに色収差補正値の再設定を試みることができるため、表示光が投射されるウインドシールドの箇所の変更（その多くは、ユーザの変更を伴う）に伴って適切なタイミングで補正の設定ができる。従って、常に適切な色収差補正ができるため、表示品位の高いヘッドアップディスプレイを提供できる。

　本開示の第１構成を有するヘッドアップディスプレイは、以下の第２構成を有する。
　前記色収差補正値は、前記画像を複数の色成分に分離した色分離画像の各々に対し幾何学的変換する幾何学変換値である。

　上述した第２構成は、以下の効果がある。
　上述した第２構成は、様々な色収差を補正することができる。

　本開示の第２構成を有するヘッドアップディスプレイは、以下の第３構成を有する。
　前記幾何学的変換は、平行移動、拡大縮小、回転、せん断（スキュー）のいずれか１つを含む。

　上述した第３構成は、以下の効果がある。
　上述した第３構成は、アフィン変換による行列計算によって変換ができるため、演算しやすい。

　上述した第１～第３構成のいずれかを有するヘッドアップディスプレイは、以下の第４構成を有する。
　前記色収差補正値設定機能は、複数の前記虚像の背景輝度に対応する前記色収差補正値を設定可能である。

　上述した第４構成は、以下の効果がある。
　上述した第４構成は、様々な背景輝度に応じて適切な色収差補正ができる。例えば、夜間などの暗い環境と、昼間などの明るい環境では色収差による影響が大きく異なるため、各々に合わせて適切な色収差補正を行うことが車両に搭載されるヘッドアップディスプレイに特に適している。

　上述した第４構成を有するヘッドアップディスプレイは、以下の第５構成を有する。
　前記色収差補正機能は、前記複数の虚像の背景輝度に対応する色収差補正値に基づく補間によって、前記画像の色収差の補正における色収差補正値を決定する。

　上述した第５構成は、以下の効果がある。
　上述した第５構成は、少なくとも２つの色収差補正値があれば、様々な背景輝度に合わせた補正値を補間によって算出できる。

　本開示によれば、表示品位の高いヘッドアップディスプレイを提供できる。

ヘッドアップディスプレイの構成概略図。表示ユニットの構成概略図。ヘッドアップディスプレイの電気的構成図。車両情報表示機能の制御フロー図。虚像表示位置調整機能及び色収差補正値設定機能の制御フロー図。色収差補正値設定機能のサブルーチンＳ７の制御フロー図。色収差補正値設定機能で表示するマークを示す図。色収差補正値設定機能の表示例。

　本開示のヘッドアップディスプレイＨを、添付図面１－９を参照して以下に説明する。各図において、車両の左右方向をＸ方向、車両の上下方向をＹ方向、車両の前後方向をＺ方向として図示する。また、図１において図示した表示光ＤＬは主光線であり、視覚的に理解しやすいようにしたものである。

　ヘッドアップディスプレイＨは、車両情報（走行速度や各種車両警告、経路案内情報など）を表す表示光ＤＬを車両のウインドシールドＷＳに投射し、表示光ＤＬの虚像によって車両情報を表示する車載計器である。車両の搭乗者Ｐは、虚像視認可能領域であるアイボックス内からウインドシールドＷＳに目を向けることにより、ウインドシールド前方に虚像が見える。

　ヘッドアップディスプレイＨは、表示光ＤＬを出力する表示ユニット１と、表示光ＤＬをウインドシールドＷＳに向けて反射する反射ユニット２と、表示ユニット１及び反射ユニット２を制御する制御部３と、これらを収容するケース４を有する。

　表示ユニット１は、青色光Ｂを出力する青色レーザダイオード１１１、緑色光Ｇを出力する緑色レーザダイオード１１２、赤色光Ｒを出力する赤色レーザダイオード１１３、青色光Ｂを透過し他の光を反射する第１ダイクロイックミラー１１４、青色光Ｂ及び緑色光Ｇを透過し他の光を反射する第２ダイクロイックミラー１１５、を有する。表示ユニット１は、各ダイオード１１１～１１３から出力された各光をダイクロイックミラー１１４～１１５によって合成して白色光を出力する。

　反射ユニット２は、車両の左右方向（図１におけるＸ方向）に延びる回転軸ＡＸを中心に回転可能な凹面鏡である。反射ユニット２は、凹面鏡を回転させるモータ（駆動部）２１を備えている。

　反射ユニット２は、凹面鏡を第１の角度から第ｎ（ｎは２以上の自然数）の角度に回動可能に構成されている。反射ユニット２が第１の角度にあるとき、虚像視認可能領域は第１の位置にあるアイボックスＥＢ１に位置し、アイボックスＥＢ１から虚像Ｖ１が視認可能になる。また、反射ユニット２が第ｎの角度にあるとき、虚像視認可能領域は第ｎの位置にあるアイボックスＥＢｎに位置し、アイボックスＥＢｎから虚像Ｖｎが視認可能になる。つまり、反射ユニット２は、凹面鏡を回動させることで、虚像視認可能領域をアイボックスＥＢ１～ＥＢｎの範囲で車両の上下方向（図１におけるＹ方向）に移動することができ、これにより搭乗者の視点の高さに合わせて虚像視認可能領域を変更できる。

　制御部３は、マイクロコントローラ、不揮発性メモリ（記憶部）、を有する制御回路基板である。

　制御部３は、表示ユニット１、反射ユニット２、背景輝度検出部５、車両情報出力部６、操作部７、と電気的に接続している。

　制御部３は、車両情報表示機能、虚像表示位置調整機能、色収差補正機能、及び、色収差補正値設定機能、を有する。

　車両情報表示機能は、車両情報出力装置５から入力された車両情報を表す画像を表示ユニット１に表示させる機能である。

　虚像表示位置調整機能は、操作部７から入力された操作情報に基づいて反射ユニット２の凹面鏡を回動させて虚像視認可能領域の位置を変更する機能である。

　色収差補正機能は、表示ユニット１に表示させる画像Ｇに対し、色収差を低減するための補正画像処理を行う機能である。

　補正画像処理は、画像を各色成分に分離した後、各色成分に対し幾何学的変換を施し、再合成するものである。一例として、幾何学的変換として、アフィン変換による各色成分の平行移動を用いた例を示す。

　補正画像処理において、各色成分の平行移動を用いる例を説明する。画像Ｇの赤成分を表す色分離画像ＧＲ、画像Ｇの緑成分を表す色分離画像ＧＧ、画像Ｇの青成分を表す色分離画像ＧＢと定義する。補正画像処理は、色分離画像ＧＧを基準として、他の色分離画像（ＧＲ及びＧＢ）を平行移動させて、これら全ての色分離画像ＧＧ、ＧＲ、ＧＢを合成して画像Ｇを再合成することにより、色ずれを補正できる。ここで、Ｘ方向の平行移動量をｘ、Ｙ方向の平行移動量をｙとしたとき、色分離画像ＧＲの色収差補正値をＧＲ（ｘ，ｙ）、色分離画像ＧＢの色収差補正値をＧＢ（ｘ，ｙ）と定義する。

　色収差補正値入力機能は、色収差補正機能による補正画像処理の補正値を操作部７によってユーザに入力させる機能である。

　色収差補正値入力機能によって入力された補正値は、色収差補正値入力機能によって入力されているときの背景輝度に対応して制御部３の記憶部に記憶される。例えば、色収差補正値入力機能によって入力されているときの背景輝度がｉとし、入力された色収差補正値がＧＲ（ｘ，ｙ）、ＧＢ（ｘ，ｙ）であったとき、ＧＲｉ（ｘ，ｙ）、ＧＢｉ（ｘ，ｙ）として制御部３の記憶部に記憶される。つまり、背景輝度が明るいときの色収差補正値と、背景輝度が暗いときの色収差補正値を個別に制御部３の記憶部に記憶することができる。

　色収差補正機能は、制御部３の記憶部に記憶済の色収差補正値に基づいて、背景輝度検出部５から入力された背景輝度に適した色収差補正値を適用する。この背景輝度に適した色収差補正値の決定方法については、後述する。

　ケース４は、表示ユニット１、反射ユニット２、制御部２を収容するケースである。

（車両情報表示機能）
　図４を参照して車両情報表示機能の制御手順ついて以下に詳述する。

（開始条件ＳＴＡＲＴ＿Ａ）
　制御部３は、車両が起動し運転状態となると、車両情報表示機能の動作を開始する。運転状態とは、例えば、車両の起動スイッチがオンされた状態である。制御部３は、起動後に処理ステップＳ１を実行する。

（処理ステップＳ１：背景輝度の取得）
　制御部３は、背景輝度検出部５から背景輝度を取得する。この背景輝度は、ヘッドアップディスプレイＨが表示する虚像の背景となる箇所の輝度であり、ウインドシールドＷＳ越しに見える前景の輝度である。背景輝度検出部５は、例えば、車両に搭載された外光センサである。制御部３は、処理ステップＳ１を実行後、処理ステップＳ２を実行する。

（処理ステップＳ２：背景輝度に適した色収差補正値の決定）
　制御部３は、背景輝度に適した色収差補正値を決定する。
　制御部３は、処理ステップＳ１で取得した背景輝度がｊとしたとき、背景輝度ｊに対応した色収差補正値ＧＲｊ（ｘ，ｙ）、ＧＢｊ（ｘ，ｙ）が制御部３の記憶部に記憶されていた場合、この色収差補正値ＧＲｊ（ｘ，ｙ）、ＧＢｊ（ｘ，ｙ）を適用する補正値として決定する。
　制御部３の記憶部に処理ステップＳ１で取得した背景輝度ｊに対応する色収差補正値が記憶されていない、且つ、制御部３の記憶部に背景輝度に対応する色収差補正値が複数記憶されている場合、制御部３の記憶部に記憶されている複数の色収差補正値の補間値を適用する補正値として決定する。例えば、制御部３の記憶部に記憶済の複数の色収差補正値のうち、処理ステップＳ１で取得した背景輝度ｊに近い２つの背景輝度ｋ，ｌに各々対応する色収差補正値ＧＲｋ（ｘ，ｙ）、ＧＢｋ（ｘ，ｙ）及び色収差補正値ＧＲｌ（ｘ，ｙ）、ＧＢｌ（ｘ，ｙ）の線形補間値を適用する補正値として決定する。この線形補間値は、内挿法に限らず、外挿法の種々の補間法を用いてよい。また、この線形補間に限らず、ラグランジュ補間やニュートン補間など種々の補間法であってよい。
　制御部３の記憶部に処理ステップＳ１で取得した背景輝度ｊに対応する色収差補正値が記憶されていない、且つ、制御部３の記憶部に背景輝度に対応する色収差補正値が１つしか記憶されていない場合、制御部３は記憶部に記憶された唯一の色収差補正値を適用する補正として決定する。

（処理ステップＳ３：色収差補正機能による表示画像の補正、及び補正後画像の表示）
　制御部３は、車両情報出力装置５から入力された車両情報を表す画像に対し、処理ステップＳ２で決定した色収差補正値に基づいて色収差補正機能を実行し、補正後画像を生成する。制御部３は、色収差補正機能によって補正された補正後画像を表示ユニット１に表示させる。

　制御部３は、この一連の処理ステップＳ１～Ｓ３の処理を、車両情報出力装置５から入力された車両情報を表す画像が更新される度に実行する。

　以上が、車両情報表示機能の制御手順である。

（虚像表示位置調整機能）
　図５を参照して虚像表示位置調整機能の制御手順ついて以下に詳述する。

（開始条件ＳＴＡＲＴ＿Ｂ）
　制御部３は、操作部７から虚像表示位置調整機能の起動操作が入力されると、虚像表示位置調整機能の動作を開始する。制御部３は、処理ステップＳ４を実行する。

（処理ステップＳ４：虚像表示位置の調整）
　制御部３は、操作部７から入力された操作情報に基づいてモータ２１を制御して反射ユニット２の凹面鏡を回動させて虚像視認可能領域の位置を変更する。例えば、現在の虚像視認可能領域が第３の位置（アイボックスＥＢ３に対応する位置）にあった場合、操作部７によって上昇ボタンが押されると虚像視認可能領域を第３の位置から１つ上の第４の位置（アイボックスＥＢ４に対応する位置）に変更する。また、現在の虚像視認可能領域が第３の位置（アイボックスＥＢ３に対応する位置）にあった場合、操作部７によって下降ボタンが押されると虚像視認可能領域を第３の位置から１つ下の第２の位置（アイボックスＥＢ２に対応する位置）に変更する。制御部３は、操作部７によって変更完了の操作が行われると、虚像表示位置を確定し、処理ステップＳ５を実行する。

（処理ステップＳ５：更新有無の確認）
　制御部３は、虚像表示位置の調整に変更があったか否かを確認し、変更があった場合は、処理ステップＳ６を実行する。そうでない場合は、処理を終了する。

（処理ステップＳ６：記憶済の色収差補正値の破棄）
　制御部３は、虚像表示位置が更新された場合、ユーザが新たなユーザになったと判断し、制御部３に記憶済の更新前のユーザに合わせて設定されていた色収差補正値をすべて破棄し、色収差補正値を初期化する。制御部３は、色収差補正値を初期化後、新たなユーザに合わせた色収差補正値の入力を実行するべく処理ステップＳ７を実行する。処理ステップＳ７の実行を完了すると、処理を終了する。なお、処理ステップＳ７は、後述する。

　以上が、虚像表示位置調整機能の制御手順である。

（色収差補正値設定機能）
　図５～図８を参照して色収差補正値設定機能の制御手順ついて以下に詳述する。

（開始条件ＳＴＡＲＴ＿Ｃ）
　制御部３は、操作部７から色収差補正値設定機能の起動操作が入力されると、色収差補正値設定機能の動作を開始すべく、処理ステップＳ７を実行する。

（処理ステップＳ７：色収差補正値設定機能の実行）
　制御部３は、色収差補正機能による補正画像処理の補正値を操作部７によってユーザに入力させる色収差補正値設定機能の実行を開始すべく、処理ステップＳ７１を実行する。

（処理ステップＳ７１：適用中の色収差補正値に基づく補正画像の表示）
　制御部３は、現在の背景輝度に対応する色収差補正値に基づく補正画像を表示する。例えば、制御部３は、処理ステップＳ１と同様に背景輝度を取得し、図７に示すような十字状のマークＭＲ，ＭＧ，ＭＢをそれぞれ画像中央に表示した色分離画像ＧＲ，ＧＧ，ＧＢを、処理ステップＳ２と同様に決定した色収差補正値で合成した補正後画像を液晶パネル１３に表示する。このとき、色収差補正値がユーザに適したものになっていれば、赤色のマークＭＲと緑色のマークＭＧと青色のマークＭＢは全て重なって白色の十字状マークＭとして視認される。しかしながら、色収差補正値がユーザに適したものになっていない場合、３つのマークＭＲ，ＭＧ，ＭＢは、各色成分がずれた様態のマーク（色ずれしたマーク）として視認される。このように各色分離画像に十字状のマークを表示させた画像に対し色収差補正機能を実行した補正画像を表示することにより、現在の補正がユーザに適しているかを視覚的に理解しやすい。制御部３は、処理ステップＳ７１の処理を終えると、処理ステップＳ７２を実行する。

（処理ステップＳ７２：色収差補正値の再設定要求の確認）
　制御部３は、ユーザに色収差補正値の再設定を必要とするかを確認する。ユーザが色収差補正値の再設定を必要とする場合（処理ステップＳ７２のＹＥＳ）、処理ステップＳ７３を実行する。そうでない場合（処理ステップＳ７２のＮＯ）、処理を終了する。

（処理ステップＳ７３：第１の色収差補正値の入力）
　制御部３は、色分離画像ＧＢの色収差補正値ＧＢ（ｘ，ｙ）をユーザに入力させる。制御部３は、図８に示すように、緑色のマークＭＧと青色のマークＭＢを液晶パネル１３に画像表示させ、ユーザに操作部７の操作によってマークＭＢがマークＭＧに重なるようにマークＭＢを移動させることで、ユーザに色分離画像ＧＢの色収差補正値ＧＢ（ｘ，ｙ）をユーザに入力させる。つまり、緑色を基準にして青色のずれをユーザに入力させる。このとき、制御部３は、図８のメッセージＭＳＧに示すように案内文を並表示することが好ましい。このメッセージＭＳＧは、例えば、「２つのマークが重なるようにマークＭＢを移動してください。マークＭＢの位置に対応する色収差補正値が設定されます。」である。制御部３は、処理ステップＳ７３の処理を終えると、処理ステップＳ７４を実行する。

（処理ステップＳ７４：第２の色収差補正値の入力）
　制御部３は、処理ステップＳ７３と同様に画像表示で案内しながら、色分離画像ＧＲの色収差補正値ＧＲ（ｘ，ｙ）をユーザに入力させる。制御部３は、緑色のマークＭＧと赤色のマークＭＲを液晶パネル１３に画像表示させ、ユーザに操作部７の操作によってマークＭＲがマークＭＧに重なるようにマークＭＲを移動させて、ユーザに色分離画像ＧＲの色収差補正値ＧＲ（ｘ，ｙ）をユーザに入力させる。つまり、緑色を基準にして赤色のずれをユーザに入力させる。制御部３は、処理ステップＳ７４の処理を終えると、処理ステップＳ７５を実行する。

（処理ステップＳ７５：色収差補正値の記憶）
　制御部３は、処理ステップＳ７３及びＳ７４で入力された色収差補正値ＧＲ（ｘ，ｙ）及びＧＢ（ｘ，ｙ）を、処理ステップＳ７１で取得した背景輝度をｉとしたときの色収差補正値ＧＲｉ（ｘ，ｙ）及びＧＢｉ（ｘ，ｙ）として制御部３の記憶部に記憶させる。その後、制御部３は、再び処理ステップＳ７１を実行する。

　以上が、色収差補正値設定機能の制御手順である。

　以上が、本開示のヘッドアップディスプレイＨの第１実施形態の説明である。上述したヘッドアップディスプレイＨにおいて、以下の変更をしてもよい。

　上記実施形態において、幾何学的変換を用いた補正画像処理の一例として、アフィン変換による色成分の平行移動を例示したがこれに限らない。例えば、色成分の平行移動に代えて、アフィン変換を用いて各色成分に対して拡大縮小、回転、せん断（スキュー）のいずれかを適用してもよい。また、これら平行移動、拡大縮小、回転、せん断のうち複数を組み合わせて適用してもよい。

　上記実施形態において、制御部３は、虚像表示位置調整機能によって表示位置が更新されると、必ず補正値設定機能を実行するようにした。これに代えて、制御部３は、虚像表示位置調整機能によって表示位置が更新されたときに、補正値設定機能の実行をユーザに提案し、ユーザが実行を希望したときのみ補正値設定機能を実行してもよい。

　Ｈ　　　　　　…ヘッドアップディスプレイ
　１　　　　　　…表示ユニット
　１１　　　　　…光源ユニット
　１１１　　　　…青色レーザダイオード
　１１２　　　　…緑色レーザダイオード
　１１３　　　　…赤色レーザダイオード
　１１４　　　　…第１ダイクロイックミラー
　１１５　　　　…第２ダイクロイックミラー
　１２　　　　　…コリメータレンズ
　１３　　　　　…液晶パネル
　２　　　　　　…反射ユニット
　２１　　　　　…モータ（駆動部）
　３　　　　　　…制御部
　４　　　　　　…ケース
　ＷＳ　　　　　…ウインドシールド
　ＤＬ　　　　　…表示光
　Ｖ１～Ｖｎ　　…虚像
　ＥＢ１～ＥＢｎ…アイボックス

Claims

　表示光（ＤＬ）を出力する表示ユニット（１）と、
　前記表示ユニット（１）に画像を表示させる制御部（３）と、を備え、
　前記表示光（ＤＬ）の虚像（Ｖ）を車両のウインドシールド（ＷＳ）に表示させるヘッドアップディスプレイ（Ｈ）であって、
　前記制御部（３）は、前記虚像（Ｖ）の表示位置を調整する虚像表示位置調整機能と、前記画像の色収差の補正を行う色収差補正機能と、前記色収差補正機能の色収差補正値を設定する色収差補正値設定機能と、を有し、
　前記制御部は、前記虚像表示位置調整機能の実行によって前記表示位置が更新されたとき、前記色収差補正値設定機能を実行する。
　前記色収差補正値は、前記画像を複数の色成分に分離した色分離画像の各々に対し幾何学的変換する幾何学変換値である、
　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記幾何学的変換は、平行移動、拡大縮小、回転、せん断（スキュー）のいずれか１つを含む、
　請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記色収差補正値設定機能は、複数の前記虚像の背景輝度に対応する前記色収差補正値を設定可能である、
　請求項１～３の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
　前記色収差補正機能は、前記複数の虚像の背景輝度に対応する色収差補正値に基づく補間によって、前記画像の色収差の補正における色収差補正値を決定する、
　請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。