JP6385225B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来より、車両用表示装置として、ヘッドアップディスプレイ装置（以下「ＨＵＤ装置」という）が提案されている。このＨＵＤ装置は、外景と重畳して情報を表示することができることから、運転者の視線移動が少なく、車両運転中における情報の視認性を高めることができる（例えば特許文献１参照）。ＨＵＤ装置は、所定の表示画像に応じた表示光を照射する表示ユニットを備え、この表示ユニットから照射された表示光は反射部材（例えばウインドシールドやコンバイナ）に投射される。これにより、運転者は、反射部材の前方に、表示ユニットにより表示される表示画像を虚像として視認する。

例えば特許文献１には、車間距離制御機器の動作情報を容易に把握できるヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。このヘッドアップディスプレイ装置によれば、車間距離制御機器が前方車両を捕捉していないときには、第１表示面に前方車両マーク及び車間距離マークを表示させる。また、車間距離制御機器が前方車両を捕捉しているときは、第２表示面に前方車両マークを表示させると共に、第３表示面に車間距離を示す複数のマークを表示させる。ここで、第３表示面は略水平な面である。一方、第１表示面及び第２表示面は第３表示面に略垂直な面であるとともに、第２表示面は第１表示面よりも前方に所定間隔だけ離れている。

特開２０１１−７３４６６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、第３表示面に表示される複数のマークは、それぞれが同一の平面上に表示される。また、第３表示面に表示される前後方向に隣り合うマーク間のギャップが小さいために、各マーク間の視距離の差が少ない。そのため、立体的な像として視認しづらく、立体的な表示効果が得にくいという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、立体的な表示効果を得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である。

かかる課題を解決するために、本発明は、反射部材に表示光を投射して、虚像による遠方表示により運転者に情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置を提供する。このヘッドアップディスプレイ装置は、第１表示画像及び複数の第２表示画像に対応する表示光を出射して、第１表示面に前記第１表示画像の虚像を表示するとともに、それぞれが第１表示面よりも運転者側に存在する複数の第２表示面に複数の第２表示画像の虚像を表示する表示装置と、表示装置と運転者のアイポイントとの間の光路中に配置されて、表示装置から出射した表示光の光路長を調整する複数の光路長調整手段と、を有している。この場合、第１表示面は、水平面となる基準面に対して垂直で、かつ当該基準面に沿って表示される第１表示画像の虚像が視認される面であり、複数の第２表示面は、それぞれが基準面に垂直で、かつ当該基準面に沿って表示される複数の第２表示画像の虚像が視認される面であり、運転者の前後方向に沿って階層的に並んでいる。そして、第１表示画像は、当該第１表示画像単独で所定の情報を表示し、複数の第２表示画像は、当該複数の第２表示画像を組み合わせることにより所定の情報を表示する。複数の光路長調整手段は、第１表示面及び複数の第２表示面までの距離に応じて、第１表示画像及び複数の第２表示画像に対応するそれぞれの表示光について光路長を相違させる。

また、本発明において、複数の第２表示画像は、当該表示画像の左右の輪郭線が所定の消失点に応じて設定されるパース線に沿うようにそれぞれ描画されることが好ましい。

さらに、本発明において、複数の第２表示画像は、奥側から手前側にかけて画像の濃度が薄くなるように描画されることが好ましい。

本発明によれば、基準面に表示する３つの第２表示画像が、基準面に対して略垂直で、かつ、前後方向に沿って階層的に並んで表示される。これにより、立体的な表示効果を得ることができる。また、この表示形態によれば、各第２表示画像間の視距離の差が大きくなる。したがって、隣り合う第２表示画像間について前後方向のギャップが大きくなるので、より適切に立体的な表示効果を得ることができる。

本実施形態に係るＨＵＤ装置が適用された車両の様子を示す模式図 表示装置の構成を示すブロック図 ４つの光路長調整手段に関する機能を説明するための説明図 各レイヤー間の視距離の差を示す説明図 従来の表示形態に係る各レイヤー間の視距離の差を示す説明図 運転者が視認する画像の変形例を示す説明図 変形例に係る照射装置の構成を示すブロック図

図１は、本実施形態に係るＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）１０が適用された車両室内の様子を示す模式図である。車両室内には、運転者からみて、その前方にハンドルが配置され、さらにその前方にインストルメントパネル３が配置されている。そして、このインストルメントパネル３の前方に、車両室内と車両室外との境界をなし車両前方の景色を透過するウインドシールド４が配置されている。

インストルメントパネル３は、車両前方の車室空間を仕切る部材であり、所要の形状に成形されている。このインストルメントパネル３の所要の位置には、インストルメントパネル３の内外を貫通する開口３ａが設けられており、この開口３ａの上方にウインドシールド４の所定領域Ｐが位置付けられている。

車両には、虚像Ｓによる遠方表示により、運転者が視認する車両前方の景色に情報を重畳表示させるＨＵＤ装置１０が搭載されている。ＨＵＤ装置１０は、照射装置１１と、コントローラ２０とを備えており、反射部材としてのウインドシールド４を利用して虚像Ｓを形成する。

照射装置１１は、収容ケースに収容された状態で、インストルメントパネル３内に配置されている。照射装置１１は、表示ユニット１２と、非球面ミラー１６とで構成されている。

表示ユニット１２は、運転者に表示する表示画像に対応した表示光Ｌを出射するものである。表示ユニット２０の詳細については後述する。

非球面ミラー１６は、表示ユニット１２から出射される表示光Ｌをウインドシールド４に向けて反射する部材である。非球面ミラー１６は、傾きが調整可能に支持されており、図示しないモータの駆動力により傾きを調整することができる。この傾き調整により、ウインドシールド４における表示光Ｌの投射位置を調整することができる。

この照射装置１１では、表示ユニット１２から出射した表示光Ｌを、非球面ミラー１６を介してウインドシールド４の所定領域Ｐに投射する。投射された表示光Ｌは、ウインドシールド４で反射して、運転者のアイポイントＥに届く。これにより、運転者は、ウインドシールド４の外側に表示光Ｌに対応する表示画像の虚像Ｓを視認する。

コントローラ２０は、照射装置１１を制御するものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを用いることができる。

ここで、図２は、表示ユニット１２の詳細な構成を示すブロック図である。表示ユニット１２は、バックライト１３及び表示器１４を含む表示装置と、第１から第４までの光路長調整手段１５ａ〜１５ｂとで構成されている。

バックライト１３は、ＬＥＤ等で構成されている。バックライト１３から出射した光は所要の光学系を経て表示器１４へと入射する。

表示器１４は、ＬＣＤ等で構成されており、表示画像を形成する。表示器１４は、バックライト１３から出射した光が背面側から透過することで、表示画像に応じた表示光Ｌ（図１参照）を出射する。形成された表示光Ｌは、光路長調整手段１５ａ〜１５ｄへ出射される。表示器１４が形成する表示画像は、乗員に表示する表示情報（数字、文字、マーク等を含む）ものであり、上位のコントローラから入力される表示画像信号に基づいてコントローラ２０により制御される。

表示器１４は、表示領域として一つの領域のみを備えているが、この表示領域は複数の領域に区分けすることができる。本実施形態では、第１表示領域から第４表示領域までの４つの領域に区分けすることができる。４つの表示領域のうち、第１表示領域は、第１表示画像を形成し、この第１表示画像により所定の情報（例えば先行車の有無）を表示することができる。第２表示領域から第４表示領域は、それぞれが第２表示画像を形成し、これら３つの第２表示画像を組み合わせることにより所定の情報（例えば車間距離）を表示することができる。４つの表示領域は、４つの光路長調整手段１５と一対一で対応しており、各表示領域から出射した表示光Ｌは対応する光路長調整手段１５へと入射する。

４つの光路長調整手段１５ａ〜１５ｄは、表示器１４からアイポイントＥまでの光路に配置されており、表示器１４から出射した表示光Ｌの光路長を調整する手段である。個々の光路長調整手段１５ａ〜１５ｄは、例えば複数の折返しミラーで構成されており、これらの折返しミラーを経由して表示光Ｌを導光することでその光路長を調整する。ここで、図３は、４つの光路長調整手段１５ａ〜１５ｄに関する機能を説明するための説明図である。

第１光路長調整手段１５ａは、表示器１４の第１表示領域から出射した表示光Ｌの光路長を調整する。この第１光路長調整手段１５ａにより、表示器１４（第１表示領域）から出射した表示光Ｌに対応する第１表示画像Ｐ１Ａの虚像が、所定の基準面Ｐ０（例えば水平面）に対して略垂直に設定された第１表示面Ｐ１に表示される。

第２光路長調整手段１５ｂは、表示器１４の第２表示領域から出射した表示光Ｌの光路長を調整する。この第２光路長調整手段１５ｂにより、表示器１４（第２表示領域）から出射した表示光Ｌに対応する第２表示画像Ｐ２ａＡの虚像が、第１表示面Ｐ１よりも手前側（車両前後方向の後側）に位置付けられる第１レイヤー表示面Ｐ２ａに表示される。

第３光路長調整手段１５ｃは、表示器１４の第３表示領域から出射した表示光Ｌの光路長を調整する。この第３光路長調整手段１５ｃにより、表示器１４（第３表示領域）から出射した表示光Ｌに対応する第２表示画像Ｐ２ｂＡの虚像が、第１レイヤー表示面Ｐ２ａよりも手前側に位置付けられる第２レイヤー表示面Ｐ２ｂに表示される。

第４光路長調整手段１５ｄは、表示器１４の第４表示領域から出射した表示光Ｌの光路長を調整する。この第４光路長調整手段１５ｄにより、表示器１４（第４表示領域）から出射した表示光Ｌに対応する第２表示画像Ｐ２ｃＡの虚像が、第２レイヤー表示面Ｐ２ｂよりも手前側に位置付けられる第３レイヤー表示面Ｐ２ｃに表示される。

ここで、第１から第３までの３つのレイヤー表示面Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃは、それぞれ基準面Ｐ０に対して略垂直に設定されており、３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡの虚像は基準面Ｐ０に沿って表示される。

このようの４つの光路長調整手段１５ａ〜１５ｄにより、第１光路長調整手段１５ａを経た表示光Ｌが最も長い光路長となり、その虚像は、もっとも奥側に位置付けられる第１表示面Ｐ１に表示される。また、第２光路長調整手段１５ｂ、第３光路長調整手段１５ｃ、第４光路長調整手段１５ｄの順番で、当該光路長調整手段１５ｂ〜１５ｄを経た表示光が長い光路長を備えることになる。これにより、それらの虚像は、第１表示面Ｐ１よりも手前側に、運転者と略正対しつつ基準面Ｐ０に沿って表示される。

ここで、図４は、本実施形態に係る表示形態における視距離の差Ｌｂを示す説明図である。この視距離の差Ｌｂは、下式により求めることができる。

図５は、３つの第２表示画像の虚像を基準面Ｐ０に沿った平面的な表示面Ｐ３ａ〜Ｐ３ｃに表示した際の視距離の差Ｌａを示す説明図である。この視距離の差Ｌａは、下式により求めることができる。

数式１，２の比較からわかるように、視距離の差Ｌａ，Ｌｂは、Ｌｂの方が大きくなる。したがって、本実施形態に係る表示形態によれば、個々の第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡについて前後方向のギャップが大きく捉えることができる。

このように本実施形態において、ＨＵＤ装置１０は、第１表示画像Ｐ１Ａ及び３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに対応する表示光Ｌを照射することで、基準面Ｐ０に対して略垂直となる第１表示面Ｐ１に第１表示画像Ｐ１Ａの虚像を表示し、基準面Ｐ０に沿って３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡの虚像を表示するバックライト１３及び表示器１４を有している。このＨＵＤ装置１０において、３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡの虚像は、基準面Ｐ０に対して略垂直でかつ前後方向に沿って階層的に並んだ３つの第２レイヤー表示面Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃに表示されている。

特に、ＨＵＤ装置１０は、表示器１４と運転者のアイポイントＥとの間の光路中に配置されて、表示器１４から照射された表示光Ｌの光路長を調整する４つの光路長調整手段１５ａ〜１５ｄをさらに有している。そして、４つの光路長調整手段１５ａ〜１５ｄは、第１表示面Ｐ１及び３つの第２レイヤー表示面Ｐ２ａ〜Ｐ２ｃまでの距離に応じて、第１表示画像Ｐ１Ａ及び３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに対応する表示光Ｌのそれぞれについて光路長を相違させている。

この構成によれば、基準面Ｐ０に沿って表示する３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡが、基準面Ｐ０に対して略垂直で、かつ、前後方向に沿って階層的に並んで表示される。これにより、立体的な表示効果を得ることができる。また、この表示形態によれば、各第２表示画像間の視距離の差が大きくなる。したがって、隣り合う第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡについて前後方向のギャップが大きくなるので、より有効に立体的な表示効果を得ることができる。

ここで、立体的な表示効果を得るために、第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに関する描画形態を以下に示すようにしてもよい。まず、第１の方法では、図６（ａ）に示すように、３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡについて、表示画像の左右の輪郭線が、所定の消失点ＰＶに応じて設定されるパース線Ｌｐに沿うように描画されている。これにより、３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡについて前後方向の遠近感が演出されるので、より立体的な表示効果を得ることができる。

また、第２の方法では、図６（ｂ）に示すように、３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡについて、奥側から手前側にかけて画像の濃度が薄くなるように描画されている。これにより、３つの第２表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡは、奥側に表示されるもの程その色が濃く、手前側に表示されるもの程その色が薄くなる。これにより、前後方向への遠近感が演出されるので、より立体的な表示効果を得ることができる。

また、上述した形態では、一つの表示装置（バックライト１３及び表示器１４）の表示領域を４つに区分けし、各々の表示画像Ｐ１Ａ，Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに対応する表示光Ｌを照射している。しかしながら、４つの表示手段を利用することで、各表示画像Ｐ１Ａ，Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに対応する表示光Ｌを個別的に出射する構成であってもよい。

また、上述した実施形態では、各表示画像Ｐ１Ａ，Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに対応する表示光Ｌの照射位置が同じであることから、光路長を相違させる手段として、光路長調整手段１５ａ〜１５ｄを設けている。しかしながら、図７に示すように、４つの表示手段（４つのバックライト装置１３ａ〜１３ｄ及び４つの表示器１４ａ〜１４ｄ）で表示装置を構成して、各々の表示画像Ｐ１Ａ，Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡに対応する表示光Ｌを個別的に出射する場合には、個々の表示手段をオフセットした位置に配置することで、光路長を相違させてもよい。

なお、上述した実施形態では、第２の表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡを３つで例示したが、これに限定されるものではなく、複数あればよい。また、光路長調整手段１５ａ〜１５ｄを４つ設けているが、第２の表示画像Ｐ２ａＡ〜Ｐ２ｃＡの数に応じて適切な数を用いることができる。

以上、本発明の実施形態にかかるＨＵＤ装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。

上述した実施形態では、照射ユニットから表示光をウインドシールドに投射しているが、ウインドシールド以外の反射部材に投射する構成であってもよい。反射部材としては、例えば、コンバイナや、計器類を備えるメータ装置の前面において虚像表示を行うハーフミラー等を用いることができる。

３ インストルメントパネル
３ａ 開口
４ ウインドシールド
１０ ＨＵＤ装置
１１ 照射装置
１２ 表示ユニット
１３ バックライト
１４ 表示器
１５ａ〜１５ｄ 光路長調整手段
１６ 非球面ミラー
２０ コントローラ

Claims (3)

1. 反射部材に表示光を投射して、虚像により運転者に情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置において、
   第１表示画像及び複数の第２表示画像に対応する前記表示光を出射して、第１表示面に前記第１表示画像の虚像を表示するとともに、それぞれが前記第１表示面よりも運転者側に存在する複数の第２表示面に複数の第２表示画像の虚像を表示する表示装置と、
   前記表示装置と前記運転者のアイポイントとの間の光路中に配置されて、前記表示装置から出射した表示光の光路長を調整する複数の光路長調整手段と、を有し、
   前記第１表示面は、水平面となる基準面に対して垂直で、かつ当該基準面に沿って表示される前記第１表示画像の虚像が視認される面であり、
   前記複数の第２表示面は、それぞれが前記基準面に垂直で、かつ当該基準面に沿って表示される前記複数の第２表示画像の虚像が視認される面であり、前記運転者の前後方向に沿って階層的に並んでおり、
   前記第１表示画像は、当該第１表示画像単独で所定の情報を表示し、
   前記複数の第２表示画像は、当該複数の第２表示画像を組み合わせることにより所定の情報を表示し、
   前記複数の光路長調整手段は、前記第１表示面及び前記複数の第２表示面までの距離に応じて、前記第１表示画像及び前記複数の第２表示画像に対応するそれぞれの前記表示光について光路長を相違させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記複数の第２表示画像は、当該表示画像の左右の輪郭線が所定の消失点に応じて設定されるパース線に沿うようにそれぞれ描画されることを特徴とする請求項１に記載されたヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記複数の第２表示画像は、奥側から手前側にかけて画像の濃度が薄くなるように描画されることを特徴とする請求項１又は２に記載されたヘッドアップディスプレイ装置。