JP6535759B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイシステム - Google Patents

Description

関連出願へのクロスリファレンス

本出願は、日本国特許出願２０１５−２５２６２７号（２０１５年１２月２４日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本開示は、車両用ヘッドアップディスプレイシステムに関する。

車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置は、投影部の表示パネルを透過した光を車両のウインドシールド等の半透過板に反射させる。反射した光は、車両の操作者に表示パネルの表示面の虚像を認識させる。

特開２００１−１７４７７４号公報には、車両用ＨＵＤ装置が記載されている。この車両用ＨＵＤ装置は、高色彩表示用と高輝度表示用とで分光方法を切り替えている。この車両用ＨＵＤ装置は、高色彩表示用に三原色のフィルタを光路に挿入している。高輝度表示用に当該フィルタを光路から外している。

本開示の一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイシステムは、表示パネルと、半透過板と、色度取得部と、コントローラと、を備える。前記表示パネルは、画像を表示する表示面を有する。前記半透過板は、前記表示面からの表示光を反射させて、所定の空間に導く。前記色度取得部は、前記所定の空間に位置する操作者が視認する前記表示面の虚像に重なる背景の色度を取得する。前記コントローラは、前記表示面と前記背景とを合成した合成表示面の色度を算出する。前記コントローラは、前記背景の色度と前記合成表示面の色度との色度差が所定値以上となるように前記表示面の色度を制御する。

本開示の一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。 図１のディスプレイの概略構成を示す図である。 図１の虚像の一例を示す概略図である。 図１のコントローラが実行する処理を示すフローチャートである。 図４の処理における色差補正有無判定の一例を示す図である。 図４の処理における表示面の色度変更の一例を示す図である。

以下、諸図面を参照しながら、本開示の一実施形態を詳細に説明する。

一実施形態に係る車両用のヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）１は、ディスプレイ１０と、コントローラ２０と、投影光学系３０と、色度取得部４０と、輝度取得部５０と、車内照度取得部６０と、車速取得部７０とを備える。

ディスプレイ１０及び投影光学系３０は、筐体５に格納される。ＨＵＤ装置１は、筐体５に格納されない構成を含む場合、車両用ヘッドアップディスプレイシステム（ＨＵＤシステム）と呼びうる。筐体５は、車両Ｖのダッシュボード等に収容される。ＨＵＤ装置１は、ディスプレイ１０の表示面からの表示光Ｘを、投影光学系３０を経て外部に射出する。表示光Ｘは、車両Ｖのウインドシールド等の半透過板Ｙで反射する。反射した表示光Ｘは、車両Ｖの運転手等の操作者Ｍの目が位置すると想定する所定の空間に導かれる。操作者Ｍは、表示光Ｘを受けることで、半透過板Ｙの前方の所定の位置に表示面の虚像Ｚを視認する。虚像Ｚは、車両Ｖ前方にあると操作者Ｍが錯覚している面である。操作者Ｍには、車両Ｖの前方の風景等と虚像Ｚとが重なって見える。

ディスプレイ１０は、操作者Ｍに視認させたい画像に対応する表示光Ｘを射出する。ディスプレイ１０は、光源装置及び透過型の表示パネル、又は自発光型の表示パネル等を備える。光源装置から射出される照明光は、透過型の表示パネルを透過する際に、表示している画像に応じて照明光の各波長の強度が減衰する。照明光は、液晶パネルの通過によって、表示している画像に対応する表示光Ｘとなる。自発光型の表示パネルは、表示する画像に対応する表示光を射出する。ディスプレイ１０の詳細は後述する。

コントローラ２０は、ディスプレイ１０から射出する表示光Ｘを制御する。コントローラ２０は、例えば、マイクロコンピュータを含む。マイクロコンピュータは、不揮発性の記憶領域と、記憶領域に格納される制御プログラムを実行するプロセッサとを含みうる。コントローラ２０は、ディスプレイ１０の表示パネルの表示面に表示する画像を制御しうる。コントローラ２０は、ディスプレイ１０の光源装置からの照明光の光量、及び表示パネルの表示面に表示する画像の少なくとも一方を制御することで、表示光Ｘを制御する。コントローラ２０は、例えば、点灯時間、及び供給する電力量を制御することで、光源装置からの照明光の光量を制御する。コントローラ２０は、光源装置からの光量の制御によって、表示光Ｘの輝度を変更する。コントローラ２０は、表示パネルの表示面に表示する画像を制御することで、表示光Ｘの色度、輝度を制御する。虚像Ｚの色度及び輝度は、表示光Ｘの色度及び輝度に対応して変化する。コントローラ２０は、虚像Ｚの色度及び輝度を制御できるといいうる。コントローラ２０は、図１では筐体５に収容されているが、筐体５の外部に位置しうる。コントローラ２０は、車両Ｖのコントロールユニットを含みうる。

投影光学系３０は、ディスプレイ１０からの表示光Ｘを反射して、表示光Ｘを半透過板Ｙに導く。投影光学系３０は、表示光Ｘが投影される範囲を拡大しうる。投影光学系３０は、例えば凹面鏡等からなるミラーを有する。図１には投影光学系３０が２つのミラーを有する場合を例示したが、ミラーの個数は２つに限定されない。

半透過板Ｙは、入射した光の一部を反射する。半透過板Ｙは、入射した光の一部を透過しうる。半透過板Ｙは、車両Ｖに備えうる。半透過板Ｙは、車両Ｖのウインドシールドの他、投影光学系３０からの表示光Ｘを反射させるコンバイナ等であってよい。コンバイナ等の半透過板Ｙは、ＨＵＤ装置１に含まれうる。半透過板Ｙは、投影光学系３０から照射される表示光Ｘの一部を反射させる。半透過板Ｙは、操作者Ｍの目が存在すると想定している空間に向かって表示光Ｘの一部を反射させる。操作者Ｍの目が存在すると想定している空間は、アイボックスと呼ぶことがある。

虚像Ｚは、半透過板Ｙで反射した表示光Ｘを操作者Ｍが受けることで、操作者Ｍに視認される。虚像Ｚは、半透過板Ｙを通して操作者Ｍが視認可能な車外の風景等の背景αに重なって視認される。虚像Ｚは、車両Ｖ前方にあると操作者Ｍが錯覚している面である。操作者Ｍには、車両Ｖの前方の風景等と虚像Ｚとが重なって見える。

色度取得部４０は、虚像Ｚが重ねられる背景αの色度を取得する。色度取得部４０は、取得した色度をコントローラ２０に送信する。輝度取得部５０は、虚像Ｚに重畳される背景αの輝度を取得する。輝度取得部５０は、取得した輝度をコントローラ２０に送信しうる。

色度取得部４０及び輝度取得部５０は、例えば一つの撮像装置として一体的に構成しうる。色度取得部４０及び輝度取得部５０は、背景αの撮像情報に基づいて色度及び輝度を取得しうる。

色度取得部４０は、例えば、装置外の撮像装置から色度の入力を受ける入力端子として構成しうる。輝度取得部５０は、例えば、装置外の撮像装置から輝度の入力を受ける入力端子として構成しうる。色度取得部４０および輝度取得部５０は、１つの入力端子として構成しうる。色度取得部４０および輝度取得部５０は、例えば、装置外の撮像装置から背景αを含む映像信号の入力を受ける入力端子として構成しうる。色度取得部４０および輝度取得部５０は、入力された映像信号をコントローラ２０に送信しうる。コントローラ２０は、受信した映像信号から色度及び輝度を取得しうる。

車内照度取得部６０は、車両Ｖの車室内の照度を取得する。車内照度取得部６０は、取得した照度をコントローラ２０に送信しうる。車内照度取得部６０は、例えば照度センサー等を含む。

車速取得部７０は、車両Ｖに備えられた速度センサー等から車両Ｖの走行速度を取得する。車速取得部７０は、取得した走行速度をコントローラ２０に送信しうる。車速取得部７０は、例えば車両Ｖのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を含みうる。車速取得部７０は、例えば、装置外の車速センサーもしくはＥＣＵから背景αを含む映像信号の入力を受ける入力端子として構成しうる。

図２を参照して、ディスプレイ１０の概略構成について説明する。ディスプレイ１０は、光源装置１１と、表示パネル１２と、照明光学系１３とを備える。

光源装置１１は、照明光を発光する部材である。光源装置１１は、例えば白色光を発散して射出する一つ又は複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を含みうる。光源装置１１から射出される照明光は、照明光学系１３を透過して表示パネル１２に照射される。

光源装置１１は、複数のＬＥＤを含む場合、例えば、図２に示すように表示パネル１２に平行な面上に、表示パネル１２の中心からの垂線との交点付近に近接させて点光源とみなせる場所に位置しうる。

表示パネル１２は、透過型の表示パネルである。表示パネル１２は、液晶表示パネル及びＭＥＭＳシャッターパネルを含む。液晶パネルは、例えば、偏光フィルタ、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶表示素子、カラーフィルタ等を備えうる。表示パネル１２は、照明光学系１３から照明光が照射されると、透過光を表示光Ｘとして射出する。表示光Ｘは表示パネル１２の表示面に表示される画像に対応する光となる表示パネル１２の表示面にカラー画像が表示されている場合、表示光Ｘは、カラー画像に対応する光となる。表示パネル１２の表示面に表示される画像が変化すると、表示光Ｘは、変化した画像に対応して変化する。表示パネル１２の表示面に表示される画像は、コントローラ２０によって制御される。コントローラ２０は、表示パネル１２の表示面に表示する画像を制御することで、表示光Ｘを制御しうる。

照明光学系１３は、光源装置１１と表示パネル１２との間に位置する。照明光学系１３は、光源装置１１からの照明光を表示パネル１２に導く。照明光学系１３は、例えば、レンズ１３１や拡散板１３２等を含む。照明光学系１３は、光源装置１１からの照明光を表示パネル１２に入射させる。

図３を参照して、ＨＵＤ装置１による虚像Ｚの一例について説明する。表示パネル１２の表示面には、車両速度情報や平均燃費情報等の各種の情報が、予め設定された色度及び輝度で表示される。ここで、表示面に表示される情報の色度及び輝度は、例えば、以下によって制御される。コントローラ２０が、光源装置１１にどの程度の輝度で照明光を射出させ、表示パネル１２にどの程度の色度で情報を表示制御させれば、表示パネル１２の表示面にどの程度の色度及び輝度で情報が表示されるかを考慮した対応情報を予め記憶する。コントローラ２０は、この対応情報に基づいて光源装置１１及び表示パネル１２を制御する。

虚像Ｚは、半透過板Ｙを通して操作者Ｍが視認可能な背景αに重なって操作者Ｍに視認される操作者Ｍは、図３に示すように、背景αに重なった虚像Ｚを視認することになる。背景αと虚像Ｚとが同色系である場合、虚像Ｚに表示される情報が背景αと識別しにくくなる。そこで、本実施形態では、以下の処理によって虚像Ｚの視認性を向上させる。

以下、図４のフローチャートを参照して、コントローラ２０が実行する処理について説明する。

コントローラ２０は、色度取得部４０及び輝度取得部５０から、虚像Ｚに重畳される背景αの撮像情報に基づく色度及び輝度を取得する（ステップＳ１）。ここで、取得される背景αの色度及び輝度は、ｕ’ｖ’Ｙ表色系で（Ｙ₂，ｕ’，ｖ’）として表される。取得される背景αの色度及び輝度は、例えば下記の変換式によって、ｘｙＹ表色系である（Ｙ₂,ｘ₂,ｙ₂）に変換される。
ｘ₂＝９ｕ’／（６ｕ’−１６ｖ’＋１２）
ｙ₂＝４ｖ’／（６ｕ’−１６ｖ’＋１２）

次に、コントローラ２０は、表示面と背景αとを合成した合成表示面の色度及び輝度を算出する（ステップＳ２）。ここで、合成表示面の色度及び輝度の算出に用いる表示面の色度及び輝度は、ｘｙＹ表色系で（Ｙ₁，ｘ₁，ｙ₁）として表される情報としてコントローラ２０が読み出し可能に予め記憶されている。合成表示面の色度及び輝度は、ＸＹＺ表色系では（Ｘ₃，Ｙ₃，Ｚ₃）、ｘｙＹ表色系では（Ｙ₃，ｘ₃，ｙ₃）として表される情報であるとする。

ステップＳ２において算出される合成表示面の色度及び輝度に関する各値は、表示面の色度及び輝度と、背景αの色度及び輝度とについて対応する各値の和で表される。例えば以下のように表すことができる。
Ｘ₃＝Ｙ₁×ｘ₁／ｙ₁＋Ｙ₂×ｘ₂／ｙ₂
Ｙ₃＝Ｙ₁＋Ｙ₂
Ｚ₃＝Ｙ₁×（１−ｘ₁−ｙ₁）／ｙ₁＋Ｙ₂×（１−ｘ₂−ｙ₂）／ｙ₂
従って、ｘ₃＝Ｘ₃／（Ｘ₃＋Ｙ₃＋Ｚ₃）、及びｙ₃＝Ｙ₃／（Ｘ₃＋Ｙ₃＋Ｚ₃）も、上記Ｘ₃，Ｙ₃，Ｚ₃の各値を代入することで、表示面の色度及び輝度と、背景αの色度及び輝度とに基づいて表すことができる。

次に、コントローラ２０は、背景αの色度と合成表示面の色度との色度差、及び背景αの輝度と合成表示面の輝度との輝度比から、色差を算出する（ステップＳ３）。具体的には、例えば図５に示すように、色度差Δ（ｘ，ｙ）を横軸、輝度比ΔＹを縦軸にそれぞれ取った場合に、（Δ（ｘ，ｙ），ΔＹ）として定まる座標値を色差として定義することができる。ここで、背景αに対する合成表示面の色度差Δ（ｘ，ｙ）は、
Δ（ｘ，ｙ）＝｛（ｘ₃−ｘ₂）²＋（ｙ₃−ｙ₂）²｝^1/2
として表すことができる。また、背景αに対する合成表示面の輝度比ΔＹは、
ΔＹ＝（Ｙ₁＋Ｙ₂）／Ｙ₂
として表すことができる。

コントローラ２０は、算出した色差が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、例えば図５に示すように、
ΔＹ＝ａ×Δ（ｘ，ｙ）＋ｂ （ただし、ａ＜０，ｂ＞０）
で定義される直線を補正閾値線Ａとする。そして、色差が補正閾値線Ａで定義される色差以上の値である場合、すなわちΔＹ≧ａ×Δ（ｘ，ｙ）＋ｂを満たす場合、色差が所定値以上であると判定する。

コントローラ２０は、色差が所定値未満であると判定すると（ステップＳ４のＮＯ）、表示面の色度及び輝度を補正し（ステップＳ５）、ステップＳ２の処理に戻る。具体的には、例えば図５に示すように、色差が補正閾値線Ａで定義される色差未満の値である場合、すなわちΔＹ＜ａ×Δ（ｘ，ｙ）＋ｂを満たす場合（色差が補正対象領域Ｂに含まれる値である場合）、色差が所定値未満であると判定する。

表示面の色度及び輝度の補正は、例えば、以下の手順で行うことができる。コントローラ２０は、まず、表示面の輝度の設定値を上昇させる。コントローラ２０は、表示面の上昇後の輝度の設定値に基づいて、ステップＳ２からステップＳ４の処理を再実行する。コントローラ２０は、色差が所定値以上となるまで、表示面の輝度の設定値を、輝度上限値を限度として上昇させる。表示面の輝度の設定値を輝度上限値まで上昇させても色差が所定値以上にならない場合、コントローラ２０は、表示面の色度の設定値を変更する。コントローラ２０は、表示面の変更後の色度の設定値に基づいて、ステップＳ２からステップＳ４の処理を再実行する。コントローラ２０は、色差が所定値以上となるまで、表示面の色度の設定値を変更させる。

表示面の色度の設定値の変更は、例えば、表示面の色度の設定値を背景αの色度の補色とすることで行うことができる。具体的には、図６に示すように、ｘｙ座標上で、表示面の色度の設定値（ｘ₁，ｙ₁）と背景αの色度（ｘ₂，ｙ₂）とを結んだ直線上であって、背景αの色度（ｘ₂，ｙ₂）とは反対側の（ｘ₁’，ｙ₁’）に表示面の色度の設定値を移動させてよい。

コントローラ２０は、色差が所定値以上になると（ステップＳ４のＹＥＳ）、虚像Ｚを色度及び輝度の各設定値に基づいて表示させて（ステップＳ６）、処理を終了する。

以上の処理により、ＨＵＤ装置１は、表示面と、表示面に重畳される背景αとの色差が所定値以上となるように、表示面の色度及び輝度を制御することができる。よって、ＨＵＤ装置１は、背景αに関わらず、虚像Ｚの視認性を確保することができる。

なお、図４に示した処理において、コントローラ２０は、色度取得部４０及び輝度取得部５０を介して、背景αのうち図３に示した虚像Ｚを構成する各領域（ブロック）に分割してよい。コントローラ２０は、その分割されたブロック毎に、色度及び輝度を取得してよい。コントローラ２０は、ブロック毎に合成表示面の色度及び輝度を算出してよい。コントローラ２０は、ブロック毎に色度差が所定値以上となるように虚像Ｚに対応する表示面のブロック毎の色度及び輝度を制御してよい。ＨＵＤ装置１は、表示面を構成するブロック毎に、背景αとの色差を所定値以上とすることができる。なお、ブロック毎の色度及び輝度は、各ブロック内における各値の平均値、最大値、又は中央値を代表値として用いうる。

コントローラ２０は、図４に示した処理に加えて、車内照度取得部６０によって取得される車室内の照度が高いほど、表示面の輝度を上げる構成としてよい。ＨＵＤ装置１は、背景αに加えて車室内の照度による虚像Ｚの視認性への影響を低減しうる。

コントローラ２０は、図４に示した処理を、車速取得部７０によって取得される車両Ｖの走行速度が高いほど、高頻度で実行しうる。ＨＵＤ装置１は、車両Ｖの走行速度の上昇に伴って背景αが高頻度で変化しても、高い視認性を継続的に確保できる。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

また、図４に示した処理において、コントローラ２０が、背景αの色度及び輝度と、表示面の色度及び輝度とから色差を算出し、色差が所定値以上となるように制御する構成としたが、このような構成には限定されない。コントローラ２０が、例えば、背景αの色度と表示面の色度との差（色度差）を算出し、この色度差が所定値以上となるように表示面の色度を制御する構成としてよい。この場合、輝度取得部５０は必ずしも必要ない。このように、背景αの色度と表示面の色度との色度差が一定以上に保たれるので、ＨＵＤ装置１は、背景αに関わらず、虚像Ｚの視認性を確保することができる。

また、色度取得部４０及び輝度取得部５０は、一つの撮像装置として一体的に構成されるとしたが、それぞれ別の撮像装置でよく、また、撮像装置以外のセンサー等であってよい。

また、図４に示した処理におけるステップＳ４において、色差が所定値以上であるか否かの判定に用いた補正閾値線Ａを、図５に示したように直線として示したが、曲線等、他の任意の閾値線であってよい。

１ ＨＵＤ装置
１０ ディスプレイ
２０ コントローラ
４０ 色度取得部
５０ 輝度取得部
６０ 車内照度取得部
７０ 車速取得部
Ａ 補正閾値線
Ｂ 補正対象領域
Ｍ 操作者
Ｖ 車両
Ｘ 表示光
Ｙ 半透過板
Ｚ 虚像
α 背景

Claims (6)

1. 画像を表示する表示面を有する表示パネルと、
   前記表示面からの表示光を反射させて、所定の空間に導く半透過板と、
   前記所定の空間に位置する操作者が視認する前記表示面の虚像に重なる背景の色度を取得する色度取得部と、
   前記表示面と前記背景とを合成した合成表示面の色度を算出し、前記背景の色度と前記合成表示面の色度との色度差が所定値以上となるように前記表示面の色度を制御するコントローラと、
   を備える、車両用ヘッドアップディスプレイシステム。
2. 前記背景の輝度を取得する輝度取得部をさらに備え、
   前記コントローラは、
   前記合成表示面の輝度を算出し、
   前記背景の輝度と前記合成表示面の輝度との輝度比及び前記色度差に基づく色差が所定値以上となるように前記表示面の色度及び輝度を制御する、
   請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイシステム。
3. 前記色度取得部及び前記輝度取得部は１つの撮像装置から取得される、請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイシステム。
4. 前記車両の車室内の照度を取得する車内照度取得部をさらに備え、
   前記コントローラは、前記照度が高いほど、前記表示面の輝度を上げる、
   請求項２又は３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイシステム。
5. 前記色度取得部は、前記背景を分割し、その分割されたブロック毎の色度を取得し、
   前記コントローラは、前記合成表示面の前記色度を前記ブロック毎に算出し、前記ブロック毎の前記色度差が所定値以上となるように前記表示面の前記ブロック毎の色度を制御する、
   請求項１から４の何れか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイシステム。
6. 前記車両の走行速度を取得する車速取得部をさらに備え、
   前記コントローラは、前記車両の走行速度が高いほど、高頻度で処理を実行する、
   請求項１から５の何れか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイシステム。

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