JP2010070066A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】単眼ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）において投影する映像の投影位置が、車両の振動や運転者の姿勢の変化により一方の目（単眼）の視線上からずれることを低減し、表示される情報の視認性を高める。
【解決手段】この発明の１つの実施の形態は、投影情報を発生する表示情報発生手段３２と、表示情報発生手段により発生された表示すべき情報を運転者の視線に沿ってフロントシールド上で重ね合わせるコンバイナ１１と、車両の振動を検出するために運転者の視線に入る風景を取り込む前方カメラ３と、運転者と車両の相対位置の変化を取り込むドライバーカメラ５とを有し、前方カメラとドライバーカメラにより取得した情報に基づいて、コンバイナに投影する情報の位置を変化することにより、視認性を高めるヘッドアップディスプレイである。
【選択図】 図１０

Description

この発明は、運転者による運転により走行する車両に搭載され、運転者に視線の変化を要求することなく走行速度や車両の状況等を報知可能なヘッドアップディスプレイに関する。

運転者による運転により走行する自動車等において、運転に必要な情報を運転者の視線上に表示するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display，ＨＵＤ）と呼ばれる運転支援装置が実用化されて久しい。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を用いることで、速度やナビゲーション等、走行に必要不可欠な情報を、運転者は遠くの前方を見ている視線を近くに移さずに、取得（視認）できる。

なお、今日では、速度や車両の状態等を報知するのみならず、ナビゲーション機能や、ナイトビューあるいはナイトビジョンと呼ばれる多くの運転支援情報を報知するものが、広く実用化されている。

反面、ＨＵＤによるナビゲーション機能やナイトビューあるいはナイトビジョン機能を充実させた結果、フロントシールド上のコンバイナに投影される映像が複雑となり、運転者の両眼視に伴って映像が二重に見える、あるいは遠近感に違和感が生じる、等の新たな課題が報告されている。

このため、運転者（人間）の両眼視差を考慮して、一方の目の視線上にのみ映像が位置されるよう、投影映像を工夫した単眼ＨＵＤが提案されている。

しかしながら、単眼ＨＵＤにおいて投影する映像は、人間の両眼視差を考慮して、一方の目の視線上にのみ位置されることが必要であり、例えば車両が振動し、あるいは運転者の姿勢が変化する、等の要因により一方の目の視線上から外れやすく、必ずしも視認性がよいとはいえない。

特許文献１には、運転者の眼球の位置の計測値と車外の目標物までの距離等の情報に従い、ＨＵＤに表示する映像の位置を補正することが示されている。
特開２００６−１４２８９７

しかしながら、特許文献１に示された方法によっても、単眼ＨＵＤにおいて投影する映像は、車両の振動や運転者の姿勢の変化を吸収して、一方の目の視線上にのみ映像を位置させるには不十分である。

すなわち、単眼ＨＵＤにおいて、車両の振動や運転者の姿勢の変化等に依存して映像の視認性が変化することに対する確実な対応策は、現時点では実現されていない。

この発明の目的は、単眼ＨＵＤにおいて投影する映像の投影位置が、車両の振動や運転者の姿勢の変化により一方の目（単眼）の視線上からずれることを低減し、視認性の高いＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）を提供することである。

この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、投影すべき情報を発生する表示情報発生手段と、この表示情報発生手段により発生された表示すべき情報を所定の位置に案内するコンバイナと、前記表示情報発生手段により発生され、前記コンバイナに投影される映像の位置が変動する要因を検出する検出手段と、この検出手段が検出した前記コンバイナに投影される映像の位置の変動量を求める移動量検出部と、この移動量検出部により求められた変動量に基づいて、前記コンバイナに前記表示情報発生手段からの映像が投影される位置を変化する投影位置補正手段と、を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイを提供するものである。

この発明の実施の形態を適用することで、自動車用ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）において、投影される映像が運転者の一方の目（単眼）の視線上から外れることが低減される。これにより、投影される映像の視認性が高く、かつ長時間の利用においても疲れない表示が可能なＨＵＤが得られる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について説明する。

図１は、本発明の実施の形態が適用可能な車載用ヘッドアップディスプレイ（運転支援装置、Head Up Display，以下、ＨＵＤと略称する）の概要を示す。

ＨＵＤ１０１は、概略的には、車両のフロントシールド（前方ガラス）の所定の位置に設けられるコンバイナに対して表示対象の映像（表示情報）を投影するプロジェクション装置３１と、コンバイナにプロジェクション装置３１からの映像を案内するミラー４０を含む。なお、コンバイナをＨＵＤと称する場合もあるが、本実施の形態においては、総ての構成を総称してＨＵＤとして説明する。

プロジェクション装置３１は、表示情報発生手段３２が発生する表示対象の映像、すなわちコンバイナに投影すべき、例えば走行速度や各種警告表示、もしくは予め用意されたさまざまなアプリケーションに基づいて表示することが予定されている各種データや地図情報等を、コンバイナに向けて、投影する。コンバイナとプロジェクション装置３１との間には、コンバイナに投影されるミラー４０の角度を制御するミラー制御機構４１が設けられている。すなわち、図５に示すように、プロジェクション装置３１からミラー４０を介してフロントシールド１のコンバイナ１１に、表示情報が投影される。なお、ＨＵＤ１０１の基本的な機能および映像表示原理については、既に広く利用されているので説明は省略するが、多くの場合、プロジェクション装置３１は、運転者の視野を外した位置に設けられ、プロジェクション装置３１を出射された表示情報すなわち投影映像が、図３に一例を示すが、フロントシールド１に設けられたコンバイナ１１により反射されて、運転者の視線に重ねられる。

ミラー制御機構４１は、図９を用いて後段に説明するが、ミラー４０を保持し、少なくとも水平方向と水平方向に直交する垂直方向の２方向について、ミラー４０の傾きを制御する図示しないミラーモーターを含み、ミラーモーターの任意の回転によりミラー４０の傾きを任意に設定できる。なお、図示しないミラーモーターは、モーター駆動部５１により、水平方向および垂直方向のそれぞれについて、独立して駆動される。

モーター駆動部５１は、運転者の姿勢あるいは視線に関する情報を取得するドライバーカメラ５と、車両の振動や傾きに関する情報を取得する前方カメラ３により得られるＨＵＤにおいて投影する映像の投影位置と車両の振動や運転者の姿勢の変化により一方の目（単眼）の視線上からのずれに対する補正量を設定する補正量演算部６１からの情報に従い、ミラー４０を保持したミラー制御機構４１のミラーモーターを動作させる。なお、補正量演算部６１におけるミラーモーターの動作すなわちミラー４０の角度を補正するためにミラー制御機構４１に供給される制御量は、例えば移動量検出部６２により前方カメラ３により取得した情報（前方映像）から検出される移動量（vector）に基づいて、設定される。

すなわち、通常状態が図４（ａ）に示すように、表示画像の中央に投影される映像例である「↑」が車両の振動によって、図４（ｂ）に示すように、表示画像の中央から上方に浮き上がったように視認されるような場合において、前方カメラ３により取り込んだ景色の情報から車両が振動していることを検出し、ミラー４０の角度を変化させることで、図４（ｃ）に示すように、映像が投影される位置（この場合、高さ）を補正することができる。

なお、前方カメラ３は、図８（ｂ）に示したように、好ましくは、フロントグリルと呼称される図示しない車両の前方の所定の位置、例えば冷却風取り込み部、もしくは前照灯（ヘッドライト）の近傍等、あるいは図３もしくは図５に示されるフロントシールド１の内側の所定の位置に設けられる。また、前方カメラ３に換えて、あるいは併用して車両の傾斜または振動を検出する振動／傾斜センサが設けられてもよいことはいうまでもない。すなわち、今日、車両によっては、振動／傾斜センサが搭載されている場合も有り、そのような場合には、前方カメラ３を省略することも可能である。

コンバイナ１１は、フロントシールド（前面ガラス）１に密着された、あるいは一体に形成された樹脂シートであって、運転者がフロントシールド１から前方を視認している状態で、運転者にフロントシールド１との境界を意識させることなく投影映像を視認させることができる。また、コンバイナ１１は、フロントシールド１の屈折率と実質的に等しい屈折率が与えられ、表面に設けられる反射防止膜とともに、フロントシールド１への車内の写り込みや、投影映像および外光の乱反射等を低減できる。

図２は、図１に示したＨＵＤを、より安定な投影映像を表示可能とする別の実施形態を示す。

図２に示すＨＵＤ２０１は、図１に示したＨＵＤに比較して、さらにドライバーカメラ５を有することを特徴とする。ドライバーカメラ５により取り込まれた運転者の映像は、第２の移動量検出部６３により、運転者の着座位置（姿勢）の変化量（vector）として検出される。なお、ドライバーカメラ５は、例えば図３に示すように、前方カメラ３の近傍あるいは図示しないが、プロジェクション装置３１の近傍等、運転者の姿勢の変化を検出可能な任意の位置に設けられる。

ドライバーカメラ５は、例えば図７（ａ）〜図７（ｃ）に一例を示すが、運転者の顔の情報、例えば両目の距離等を取得し、運転者の着座状態すなわち車内での姿勢の変化を検出する。

例えば、図７（ａ）〜図７（ｃ）に示したドライバーカメラ５からの出力は、デジタルスチルカメラあるいはデジタルムービー（ビデオ）カメラ等の分野において既に、実用化されている「顔認識技術」と、ドライバーカメラ５に特有のカメラの位置に起因する歪の影響を除去する「歪補正」と、を用いて特徴点、例えば瞳位置を抽出し、その座標位置の変化を運転者の着座位置の変化として捕らえることで、容易に実現できる。

すなわち、図７（ａ）に示す状態が、最初の着座状態すなわち車両が動いていない場合に撮影された基準位置画像であるとすれば、図７（ｂ）に示す状態を、運転者の位置が（車両の振動等により）車内上方に変移した状態である、と判断できる。また、例えば図７（ｃ）に示す状態は、車両の振動、あるいは運転者の意図的な姿勢の変化により、運転者の位置が、フロントシールドに近づいた状態であることを示す。なお、図示しないが、運転者がフロントシールドから離れる側に移動した場合には、図７（ｃ）に示した例とは逆に、運転者の映像が小さくなることにより、検出できることはいうまでもない。

次に、図２に示したＨＵＤにおいて、表示情報を投影する位置を補正する方法の一例を説明する。

図６（ａ）は、運転者の着座位置（運転者の姿勢）が変化した場合に、コンバイナ１１に投影される表示情報が、意図された状態で視認できなくなることを示す。すなわち、ＨＵＤを用いてフロントシールド１のコンバイナ１１に投影される表示情報（映像）は、図６（ａ）に実線（運転者の視線に実質的一致される）で示す角度で、運転者により視認されることを前提として投影される（表示情報発生手段３２において予め単眼ＨＵＤ向けに最適化された映像が発生される）。

例えば、車両の振動により、運転者の車内の相対位置が図６（ａ）において点線で示す位置に変移した場合、フロントシールド１のコンバイナ１１に投影される映像は、運転者の視線（実線）とは異なる角度（点線）により、運転者に視認されることになる。

この場合、コンバイナ１１に投影された単眼ＨＵＤのために最適化された映像が、両目で視認されることがあり、映像がずれて視認され、あるいは遠近感に違和感が生じることになる。

従って、図８（ａ）に示すように、コンバイナ１１とプロジェクション装置３１との間に位置去れるミラー４０の角度を、ミラー制御機構４１により点線で示すように変更し、運転者の視線と実質的に等しい角度となるよう、投影映像がコンバイナ１１に投影される位置を補正することで、単眼ＨＵＤのために最適化された映像が、両目で視認されることが抑止される。

なお、ミラー４０の角度の補正は、例えばドライバーカメラ５により撮影した画像から得られる運転者の瞳位置座標（上述の「歪補正」終了後）を、ミラー補正機構４１の詳述しないモーターに供給すべき回転角に変換し、例えばフィルタリングと線形補間とによりモーター駆動パルスのパルス数としてモーター駆動部５１に供給することで、容易に実現できる。

すなわち、路面の凹凸等の影響により車両が振動して、運転者の車内の相対位置が変化した場合であっても、投影された映像がずれて視認されることが低減される。また、遠近感に違和感が生じることも防止できる。

なお、ドライバーカメラ５により取り込んだ運転者の位置に関する情報と、前方カメラ３により取り込んだ情報とを組み合わせることにより、図６（ｂ）に示すように、車両の振動とともに運転者の姿勢が変化するような場合に、補正が過剰になることを防止できる（図６（ｂ）の例は、実質的に補正が不要である）。

また、表示画像発生手段３２の出力（画像）のフレーム周波数と上記２つのカメラ３，５のフレーム周波数は、同一かつ同期していることが望ましい。

図１０は、図１および図２に示したＨＵＤとは表示情報の補正方法を異ならせたＨＵＤの例を示す。なお、車両内の要素の配列としては、図５に示す例に相当する。

図１０に示すＨＵＤ３０１において、プロジェクション装置３１によりコンバイナ１１に投影される表示情報は、表示情報発生手段３３２で発生される時点で、移動量検出部６２により検出される前方カメラ３による画像に関する情報と第２の移動量検出部６３により検出される運転者の位置に関する情報とに基づいて、予め出力（表示）位置が変化されることを特徴とする。

すなわち、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に一例を示すが、通常の表示位置に対応する表示情報発生手段３３２の表示画像が、図１１（ａ）に示すようにオフセット量が「０」である（中心軸Ｏ上に画像の中心が位置している）場合に、移動量検出部６２と第２の移動量検出部６３により検出された変移量に基づいて、中心軸Ｏに対して「Ｘ」だけシフトした状態（図１１（ｂ）参照）、または中心軸に対して「Ｙ（Ｘとは符号が逆の任意の大きさ）」だけシフトさせた（図１１（ｃ）参照）状態で、表示することで、図１または図２に示したＨＵＤに比較して、可動部であるミラーおよびミラー駆動機構を必要としないＨＵＤを得ることができる。

なお、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示した表示情報の位置補正を水平方向および垂直方法のそれぞれに適用することで、図１または図２に示したＨＵＤを例に説明したミラーの動きを実現できることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明の実施形態の１つによれば、走行中の路面凹凸などに起因する車両の振動、および車両の振動に加えて生じることのある運転者の車内の相対位置の変化に応じて、フロントシールドのコンバイナに投影する表示情報の位置を補正することで、外景色に対して、安定した表示情報の表示が可能となる。

これにより、運転者の視認性を損なうことなく、運転者の視線に逐次重なり合う良好な（見やすい）表示状態で、速度や車両の状態等あるいはナビゲーション映像を表示でき、長時間の利用においても疲れない表示が可能なヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が提供される。

なお、単眼ＨＵＤにおいては、運転者（人間）の両眼視差を考慮した一方の目の視線上にのみ投影することを前提とした表示情報が用意されることから、例えば車両が振動し、あるいは運転者の姿勢が変化する、等の要因により、視認性が低下し易い、あるいは遠近感に違和感が生じることが報告されているが、本実施例により、車両の振動や運転者の姿勢の変化により一方の目（単眼）の視線上からずれることが低減されるため、特に長時間の利用における運転者の疲労の軽減（疲労が蓄積される可能性の低減）が期待できる。

また、発明の詳細な説明においては、車両の振動と運転者の姿勢のうちの上下方向の変化について主として説明したが、前方カメラおよびドライバーカメラにより取得した画像の左右方向についても同様の処理により、投影される映像の補正が可能であるこというまでもない。

なお、本発明の内容はここに記述した形態だけに限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で、他にも様々な形態を取り得ることはいうまでもない。また、各実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて、もしくは一部を削除して実施されてもよく、その場合は、組み合わせもしくは削除に起因したさまざまな効果が得られる。

この発明の実施の形態が適用される車載用ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の概要を説明する概略図。 図１に示したＨＵＤの別の実施の形態の一例を説明する概略図。 図１および図２に示したＨＵＤにおいて、表示情報の補正に用いる情報を取得するカメラの位置の一例を説明する概略図。 図１および図２に示したＨＵＤにおいて、フロントシールドのコンバイナに投影される表示情報の表示位置を補正する概念を説明する概略図。 ＨＵＤと運転者の視線との関係を説明する概略図。 ＨＵＤにより表示される表示情報と運転者の車内の相対位置との関係を説明する概略図。 ＨＵＤにより表示される表示情報を運転者の車内の相対位置に関して補正する方法の一例を説明する概略図。 ＨＵＤにより表示される表示情報を運転者の車内の相対位置に関して補正する方法の一例を説明する概略図。 図１および図２に示したＨＵＤにおいて、フロントシールドのコンバイナに投影される表示情報の表示位置を補正する要素を説明する概略図。 図１および図２に示したＨＵＤに対する表示情報の別の補正方法の一例を説明する概略図。 図１０に示した表示情報の補正方法の一例を説明する概略図。

符号の説明

１…フロントシールド、３…前方カメラ、５…ドライバーカメラ、１１…コンバイナ、３１…プロジェクション装置、３２，３３２…表示情報発生手段（表示手段）、４０…ミラー、４１…ミラー制御機構、５１…モーター駆動部、６１…補正量演算部、６２…移動量検出部、６３…第２の移動量検出部、１０１，２０１，３０１…ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）。

Claims (9)

1. 投影すべき情報を発生する表示情報発生手段と、
   この表示情報発生手段により発生された表示すべき情報を所定の位置に案内するコンバイナと、
   前記表示情報発生手段により発生され、前記コンバイナに投影される映像の位置が変動する要因を検出する検出手段と、
   この検出手段が検出した前記コンバイナに投影される映像の位置の変動量を求める移動量検出部と、
   この移動量検出部により求められた変動量に基づいて、前記コンバイナに前記表示情報発生手段からの映像が投影される位置を変化する投影位置補正手段と、
   を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
2. 前記表示情報発生手段により発生され、前記コンバイナに投影される映像の位置が運転者の視線に対して変動する要因を検出する第２の検出手段をさらに有することを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記検出手段は、車両の前方の運転者が視認する風景に関する情報を取得するカメラを含むことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記第２の検出手段は、運転者と車両の相対位置の変化に関する情報を取得するカメラを含むことを特徴とする請求項２記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 前記投影位置補正手段は、前記表示情報発生手段が発生する情報を前記コンバイナに投影する角度を変化する機構を含むことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記表示情報発生手段が発生する情報は、運転者の一方の目の視線に一致するよう設定されている単眼用の映像であることを特徴とする請求項５記載のヘッドアップディスプレイ。
7. 前記投影位置補正手段は、前記表示情報発生手段が発生する情報の前記表示情報発生手段における表示位置を変化する機構を含むことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
8. 前記表示情報発生手段が発生する情報は、運転者の一方の目の視線に一致するよう設定されている単眼用の映像であることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
9. 前記表示情報発生手段が発生する情報は、運転者の一方の目の視線に一致するよう設定されている単眼用の映像であることを特徴とする請求項７記載のヘッドアップディスプレイ。

Images