JP2015087619A - 車両情報投影システム及び投影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
メモリ容量を削減しつつ、視点位置が変化した場合でも外景に適応した位置に表示品位の高い像を視認させることができる。
【解決手段】
ＲＯＭ（記憶部）４０３に、基準視点位置と、表示器１０に予め歪んだ表示画像Ｊを表示させるために画像データを変換するための基準ワーピングパラメタとを関連付けた画像変換テーブルを予め格納しておき、検出された視点位置に適した画像変換テーブルを、基準視点位置と基準ワーピングパラメタとを用いて補間する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の情報映像を投影し、車両の乗員前方側に虚像を視認させる車両情報投影システム及びこれに用いる投影装置に関する。

従来の車両情報投影システムとして、特許文献１に開示されるような投影装置であるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置を用いたものが知られている。このようなＨＵＤ装置は、車両のフロントガラスに情報映像を投影することで、視認者（乗員）に、車両の外界の実景とともに所定の情報を示す虚像を視認させるものであり、車両の案内経路を表す情報映像の形状や大きさや、表示させる位置を調整し、実景である車線（特定対象）に対応づけて表示することで、乗員は実景を視認しながら少ない視線移動だけで経路を確認することができるものである。

ところで、ＨＵＤ装置が像を投影するフロントガラスは、一般的に曲面を有しているため、ＨＵＤ装置が図１２（ａ）に示すような表示画像Ｊをフロントガラスに投影した場合、フロントガラスを通して視認される虚像Ｖが図１２（ｂ）に示すように歪んでしまうという問題が発生する。このような画像の歪みを解消するため、例えば、特許文献２に開示されているようなワーピング処理が行われる。このようなワーピング処理は、フロントガラスと乗員の視点との相対位置に応じた座標変換テーブルを予めメモリに格納しており、フロントガラスと視点との相対位置に応じて、メモリの座標変換テーブルに基づき画像を予め歪ませて表示器に表示（ワーピング処理）させることで、フロントガラスに投影される虚像に生じる歪みを補正している。

特開２０１１−１２１４０１号公報 特開２０１１−１０５３０６号公報

しかしながら、特許文献２に記載のＨＵＤ装置は、予め決められたフロントガラスと視点との相対位置に対して歪み補正用の座標変換テーブルが記憶されているため、視認者の体格や姿勢などによる視点位置の多様な変化に対して、視認者に歪みのない虚像を視認させるには、上述した多様な視点位置に対して、それぞれ歪み補正用の座標変換テーブルが必要となり、座標変換テーブルを記憶するメモリ容量が増大してしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記問題を鑑みてなされたものであり、メモリ容量を削減しつつ、視点位置が変化した場合でも外景に適応した位置に表示品位の高い像を視認させることができる車両情報投影システム及び投影装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る車両情報投影システムは、表示画像を表示する表示器と、前記表示画像を示す画像光を変形した表示光を透過反射曲面に投影する光学部材と、前記光学部材を回転または／および移動させるアクチュエータと、を有して前記透過反射曲面を介して視認させる虚像の位置を調整可能な投影装置と、前記アクチュエータを駆動させる契機となるトリガ信号を出力するトリガ出力手段と、前記トリガ信号のうち複数の基準トリガ信号に対応付けられ、前記表示画像を予め歪ませて前記表示器に表示させる基準ワーピングパラメタを格納する記憶部と、前記トリガ出力手段からの前記トリガ信号を入力して、前記基準トリガ信号以外の前記トリガ信号に対応するワーピングパラメタを、前記基準トリガ信号と前記基準ワーピングパラメタとを用いて補間して、前記表示画像を予め歪ませて前記表示器に表示させる表示コントローラと、を備えるものである。

また、第２の発明に係る投影装置は、上記車両情報投影システムで用いられる投影装置であり、表示画像を表示する表示器と、前記表示画像を示す画像光を変形した表示光を透過反射曲面に投影する光学部材と、前記光学部材を回転または／および移動させるアクチュエータと、を有して前記透過反射曲面を介して視認させる虚像の位置を調整可能なことを特徴とする。

本発明によれば、メモリ容量を削減しつつ、視点位置が変化した場合でも外景に適応した位置に表示品位の高い像を視認させることができる。

本発明の第一実施形態における車両情報投影システムの構成を説明する図である。 上記実施形態におけるＨＵＤ装置の構成を説明するための概略断面図である。 上記実施形態に虚像の表示位置を変化させた際の光路を説明する図である。 上記実施形態における車両の乗員が視認する景色を説明する図である。 上記実施形態における画像変換テーブルデータを説明する図である。 上記実施形態における表示画像と視認される虚像の様子を説明する図である。 上記実施形態における視点座標と画像変換テーブルデータとの関係を説明するための図である。 上記実施形態におけるワーピングパラメタ補間処理を説明するための図である。 上記実施形態における画像補正処理の動作フロー図である。 第二実施形態における画像変換テーブルデータを説明する図である。 上記実施形態における画像補正処理の動作フロー図である。 従来技術の問題点を説明する図である。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態における車両情報投影システム１について、図１〜図９を参照して説明する。なお、以下では、車両情報投影システム１の構成の理解を容易にするため、図１等に示したＸ、Ｙ、Ｚ座標系を用いて適宜説明する。ここでは、虚像Ｖを視認する乗員３から見ての左右方向に沿った軸をＸ軸、上下方向に沿った軸をＹ軸とし、Ｘ軸及びＹ軸と直交し、虚像Ｖを視認する乗員３の視線方向に沿った軸をＺ軸としている。また、図中、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸を示す矢印の向く方向を、矢印が示す軸の＋（プラス）方向、その反対側を−（マイナス）方向として、適宜、説明する。

図１に第一実施形態に係る車両情報投影システム１のシステム構成を示す。
本実施形態に係る車両情報投影システム１は、虚像Ｖ（図２における虚像Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）を表す表示光Ｌ（図２における表示光Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）を自車両２のフロントガラス２ａに投影し、虚像Ｖを自車両２の乗員（視認者）３に視認させる投影装置であるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）１００と、乗員３の顔をカメラ２１０ａで撮像し画像解析することで乗員３の眼の位置を推定する視点位置検出部２１０と、乗員３が操作可能な操作入力部２２０と、自車両２に設けられた車両ＥＣＵ３００から入力される情報に基づき、ＨＵＤ装置１００の表示を制御する表示コントローラ４００と、これら構成間の電気信号を授受可能に接続するバス５００と、から構成される。

ＨＵＤ装置（投影装置）１００は、例えば自車両２に搭載されるものであり、図２等に示すように、表示器１０と、平面ミラー２０と、自由曲面ミラー３０と、アクチュエータ４０と、を備え、後述する表示コントローラ４００からの制御信号に基づき、表示光Ｌをフロントガラス２ａに投影することで、乗員３に虚像Ｖを視認させるものである。なお、本実施形態におけるＨＵＤ装置１００は、乗員３の眼の位置３ａ，３ｂ，３ｃに基づき、表示光Ｌを投影する位置を調整する（乗員３が視認する虚像Ｖの位置を調整する）ことで、乗員３が自車両２の内部から前方を視認する際、乗員３の眼の位置が異なっていても、自車両２の外側の特定対象Ｗと乗員３に視認される虚像Ｖとの相対的な位置関係が一定となるように調整するものである。

ＨＵＤ装置１００は、表示器１０が表示した表示画像Ｊを表す画像光Ｋを、平面ミラー２０で自由曲面ミラー３０の方向へ反射させ、入射した画像光Ｋを自由曲面ミラー３０がフロントガラス２ａの方向へ表示光Ｌとして反射させ、透過部５０ｂからＨＵＤ装置１００の外へ出射する。ＨＵＤ装置１００から出射された表示光Ｌは、乗員３のフロントガラス２ａに投影され、表示画像Ｊに関する虚像Ｖが乗員３により視認される。ＨＵＤ装置１００がこのように表示する内容は、各種車両情報やナビゲーション情報等である。

表示器１０は、所定の情報（各種車両情報、ナビゲーション情報等）を報知するための表示画像Ｊを表す画像光Ｋを出射するものであり、例えば、液晶パネルなどの表示素子（図示しない）と、この表示素子を照明する光源（図示しない）とから構成される透過型液晶ディスプレイなどである。なお、表示器１０は、透過型液晶ディスプレイではなく、自発光型の有機ＥＬディスプレイや、反射型のＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、反射型及び透過型のＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）等で構成されてもよい。

表示器１０は、後述する表示コントローラ４００からの配線（バス５００）が接続され、バックライト用光源は、バス５００（表示制御手段４０６）からの電気信号に応じて所望の光を出射し、液晶パネルは、バス５００（表示制御手段４０６）からの電気信号に応じて所望の表示画像Ｊを表示面に表示する。表示器１０が表示する表示画像Ｊは、フロントガラス２ａの曲面及び自由曲面ミラー３０の曲面を考慮して、フロントガラス２ａを介して乗員３が虚像Ｖを歪みがなく視認できるように予め変形して表示される。この予め変形した表示画像Ｊの生成方法は、後に詳述する。

平面ミラー２０は、表示器１０が出射した画像光Ｋを、自由曲面ミラー３０に向けて反射させるものである。また、本実施形態において、表示器１０から出射される画像光Ｋを自由曲面ミラー３０に折り返す平面を有する反射部材である平面ミラー２０としたが、これに限られず、曲面ミラーであってもよい。また、表示器１０から自由曲面ミラー３０との間には、必要に応じて他の反射型の光学部材やレンズなどの屈折型の光学部材などを適宜追加してもよい。

自由曲面ミラー３０は、例えば合成樹脂材料からなる凹状の基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面ミラー２０で反射した表示画像Ｊ（画像光Ｋ）を拡大すると共に、表示画像Ｊ（画像光Ｋ）を変形して表示光Ｌとしてフロントガラス２ａの方向に出射する。自由曲面ミラー３０から出射した表示光Ｌは、筐体５０の開口部５０ａに設けられた透過部５０ｂを透過して、フロントガラス２ａに向かう。フロントガラス２ａに到達し、フロントガラス２ａにより乗員３側に反射された表示光Ｌは、乗員３の網膜上で結像され、乗員３は、フロントガラス２ａの外側（Ｚ軸のプラス方向）に表示画像Ｊの虚像Ｖをフロントガラス２ａの外景とともに視認する。この虚像Ｖは、表示器１０により予め変形されて表示された表示画像Ｊ（画像光Ｋ）が、自由曲面ミラー３０の曲面により表示光Ｌとして変形され、さらにフロントガラス２ａの曲面により変形されることにより歪みなく視認される。自由曲面ミラー３０は、反射面が凹状の曲面を有し、この曲面は、領域毎に異なる曲率を有する。自由曲面ミラー３０は、曲面の曲率により虚像Ｖのフロントガラス２ａによる歪み量を少なくするように画像光Ｋを変形する補正特性を有し、領域毎に異なる補正特性を有するように設計され、虚像Ｖを投影するフロントガラス２ａの曲面形状を考慮して設定される。また、自由曲面ミラー３０は、後述するアクチュエータ４０からの動力伝達により、回転軸線ＡＸを中心に回動し、この回動により、表示光Ｌのフロントガラス２ａに対する投影位置が調整される。この自由曲面ミラー３０の回動によって、画像光Ｋを変形して表示光Ｌを生成する反射領域が異なる。つまりは、この回動によって、画像光Ｋを変形する補正特性が変化する。すなわち、本実施形態における自由曲面ミラー３０は、フロントガラス２ａの曲面によって生じてしまう虚像Ｖの歪みを、表示光Ｌを投影するフロントガラス２ａの曲面形状を考慮して補正、及び虚像Ｖを拡大して投影することができる。

アクチュエータ４０は、モータ４１と、モータ４１の動力を自由曲面ミラー３０に伝達する歯車などの動力伝達部材４２と、これらモータ４１と動力伝達部材４２及び自由曲面ミラー３０を支持する支持基体（図示しない）と、を備え、バス５００（表示制御手段４０６）からの電気信号に応じて自由曲面ミラー３０を回転軸線ＡＸ周りに回転させるものである。モータ４１は、自由曲面ミラー３０を回転軸線ＡＸ周りに回転させるための動力を発生させるものであり、例えばステッピングモータ４１からなる。

アクチュエータ４０の動作による虚像Ｖの表示位置について、図３を用いて説明する。図３は、ＹＺ平面におけるＨＵＤ装置１００の概略断面図であり、図を見易くするために、表示器１０などは省略した。図３（ａ）は、乗員３の眼の位置が位置３ａである場合における光の経路を示した図である。平面ミラー２０から入射される画像光Ｋは、自由曲面ミラー３０の領域３０ａにより拡大及び変形されて表示光Ｌａとしてフロントガラス２ａの所定の位置に投影され、虚像Ｖａが乗員３ａにより自車両２の外側にある特定対象Ｗと重なって視認される。図３（ｂ）は、乗員３の眼の位置が位置３ａより低い位置３ｃである場合における光の経路を示した図である。アクチュエータ４０は、図３（ｂ）に示すように、乗員３の眼の位置が位置３ａより低い位置３ｃである場合、後述する表示コントローラ４００からの制御信号に基づき、自由曲面ミラー３０を、回転軸線ＡＸを中心に反時計回り（ＣＣＷ：Counter Clock Wise）に回転させる。これにより平面ミラー２０から入射される画像光Ｋは、自由曲面ミラー３０の領域３０ｃにより拡大及び変形されて表示光Ｌｃとしてフロントガラス２ａの低い位置に投影され、視点の低い乗員３ｃが虚像Ｖｃを自車両２の外側にある特定対象Ｗと重ねて視認することができる。また、図３では図示しないが、乗員３の眼の位置が位置３ａより高い位置３ｂである場合、アクチュエータ４０は、後述する表示コントローラ４００からの制御信号に基づき、自由曲面ミラー３０を、回転軸線ＡＸを中心に時計回り（ＣＷ： Clock Wise）に回転させる。これにより自由曲面ミラー３０から出射される表示光Ｌｂはフロントガラス２ａの高い位置に投影され、視点の高い乗員３ｂが虚像Ｖｂを自車両２の外側にある特定対象Ｗと重ねて視認することができる。

以上が、本実施形態におけるＨＵＤ装置１００の構成であり、ＨＵＤ装置１００から出射された表示光Ｌが自車両２のフロントガラス２ａに投影されることにより、図４に示すように、ステアリング２ｂの上側のフロントガラス２ａの所定の表示可能領域Ｅ内で虚像Ｖを視認させるものである。この表示可能領域Ｅの大きさ及び形状は、筐体５０の開口部５０ａの大きさや形状により決定される。虚像Ｖが視認される位置は、上述したようにアクチュエータ４０を駆動することで、表示可能領域Ｅ内で上下方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。以下に、本実施形態の車両情報投影システム１における虚像Ｖの位置調整及び虚像Ｖの歪み補正の方法について説明する。

視点位置検出部（特許請求の範囲に記載のトリガ出力手段、撮像手段）２１０は、自車両２内に乗員３の顔を撮像するカメラ（撮像手段）２１０ａを有し、このカメラ２１０ａで取得された撮像データをパターンマッチング法などにより画像解析することで、乗員３の視点位置を検出し、この乗員３の視点位置データ（トリガ信号）を後述する表示コントローラ４００に出力する。この視点位置データは、乗員３のＸ軸方向及びＹ軸方向における２次元の視点座標（ｘ，ｙ）を示すデータである。

車両ＥＣＵ３００は、自車両２を総合的に制御するＥＣＵであり、自車両２に搭載される様々なセンサ（図示しない）などから出力される信号に基づき、ＨＵＤ装置１００に表示させる情報映像を決定し、この情報映像の指示データを後述する表示コントローラ４００に出力することで、表示コントローラ４００がＨＵＤ装置１００に所望の車両情報を示す表示画像Ｊ（虚像Ｖ）を投影させる。また、本実施形態における車両ＥＣＵ３００は、ナビゲーションシステム（図示しない）と接続されており、ＧＰＳコントローラ（図示しない）からの位置情報に基づいて、現在位置近傍の地図データを記憶部から読み出し、案内経路を決定し、この案内経路に関する情報（ナビゲーション情報）を表示コントローラ４００に出力し、ＨＵＤ装置１００に案内経路映像などを表示させることにより、乗員３により設定された目的地までの経路案内を行う。

表示コントローラ４００は、表示器１０、アクチュエータ４０の動作を制御し、フロントガラス２ａの所定の位置に表示光Ｌを投影させるものであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やメモリなどを備える回路で構成されるＥＣＵであり、バスインターフェース部４０１と、メモリ制御部４０２と、ＲＯＭ４０３、画像データ生成部４０４と、ＲＡＭ４０５と、表示制御手段４０６と、を含み、ＨＵＤ装置１００、視点位置検出部２１０、操作入力部２２０、車両ＥＣＵ３００とＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のバス５００により信号の伝達を行う。

バスインターフェース部４０１は、バス５００に対するインターフェース処理を行う。バスインターフェース部４０１は、例えば、バス５００を介して視点位置検出部２１０に対して視点位置特定データを要求するリクエスト信号を送信し、バス５００を介して視点位置検出部２１０から視点位置特定データを受信する処理、操作入力部２２０から操作信号を受信する処理、及び車両ＥＣＵ３００から車両情報信号やナビゲーション情報信号を受信する処理等を行う。

メモリ制御部４０２は、バスインターフェース部４０１（車両ＥＣＵ３００）から入力される車両情報信号やナビゲーション情報信号に基づく画像データ、及びバスインターフェース部４０１（視点位置検出部２１０）から入力される視点位置特定データに基づく画像変換テーブルデータをＲＯＭ４０３から読み出し、画像データ生成部４０４に出力し、画像データ生成部４０４により生成された表示画像データをＲＡＭ４０５に格納する。ＲＡＭ４０５は、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ）や、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ ＲＡＭ）やＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ ＲＡＭ）などの揮発性メモリやフラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性メモリなどで構成され、１フレームを描画するのに必要な表示画像データを記憶可能なフレームバッファを複数有する。メモリ制御部４０２は、さらに、後述する表示制御手段４０６からの命令があり次第、ＲＡＭ４０５から表示画像データを取り出して表示制御手段４０６に出力し、表示制御手段４０６は、表示制御手段４０６内のバッファメモリ（図示しない）に記憶させる。ＲＡＭ４０５は、フレームバッファを複数有しているので、画像データ生成部４０４から入力される表示制御データの書き込みと、表示制御手段４０６への表示制御データの読み出しとをパラレルに行うことができる。これらＲＡＭ４０５内のフレームバッファの書き込み／読み出しについては、図示しないタイマにおける計時時間毎で切り替えられる。具体的に例えば、２０ｍｓｅｃ毎に切り替える。

画像データ生成部４０４は、ＲＯＭ４０３から読み出した画像データを、ＲＯＭ４０３から読み出した画像変換テーブルデータに応じて変換処理する。画像変換テーブルデータは、具体的に例えば、図５に示すように、基準視点座標ｘ，基準視点座標ｙからなる基準視点座標に基準ワーピングパラメタを対応付けたデータであり、乗員３の視点毎に表示器１０に表示させる表示画像Ｊを予め歪ませるためのデータである。基準ワーピングパラメタは、表示画像Ｊのうち複数の基準となる格子点（基準格子点）Ａの表示器１０上の表示座標をそれぞれ決定するためのデータであり、本実施形態のワーピングパラメタは、ｃ個の基準格子点Ａ１〜Ａｃの表示器１０上の表示座標をそれぞれ決定するためのデータを含む。図５の画像変換テーブルに基づき変換された表示画像Ｊは、具体的に例えば、図６（ａ）に示すように予め歪んだ画像として表示器１０の表示面に表示され、この表示画像Ｊがフロントガラス２ａに投影されると、図６（ｂ）に示すように歪みのない虚像Ｖを乗員３に視認させることができる。画像データ生成部４０４は、表示器１０の基準格子点Ａが対応付けられた画素以外の座標については、隣接する複数の座標位置関係に基づいて線形補間または多項式補間、スプライン補間等で導出することができ、また、２次元高次多項式で補間する場合には、複数個の基準格子点Ａの位置における座標関係から、最小二乗法もしくはニュートン法、最急降下法等を用いて多項式近似を行うとよい。斯かる構成により、表示器１０の画素数に対して、ＲＯＭ４０３に予め格納しておくワーピングパラメタの基準格子点Ａの数を抑えることができ、延いては、ＲＯＭ４０３のメモリ容量を削減することができる。つまり、画像データ生成部４０４は、図７に示すように、乗員３の視点座標（ｘ，ｙ）に応じて、ＲＯＭ４０３に予め格納された画像変換テーブル（ワーピングパラメタ）を読み出し、所定の画像データを予め歪ませた表示画像データに変換する。

ちなみに、ＲＯＭ４０３は、全ての視点座標（ｘ，ｙ）に応じた画像変換テーブル（ワーピングパラメタ）を予め格納していない。これは、画像データ生成部４０４が、予めＲＯＭ４０３に格納された画像変換テーブル（基準視点座標（基準トリガ）及び基準ワーピングパラメタ）を用いて、実際の視点座標（ｘ，ｙ）に適したワーピングパラメタを算出して補間可能なためである（ワーピングパラメタ補間処理）。以下に、ワーピングパラメタの補間方法を説明する。画像データ生成部４０４は、例えば、視点座標（ｘ，ｙ）からワーピングパラメタ（Ｐｉ，Ｑｉ）を、下記式のような多項式で補間することができる。

ここで、ｃｉｊ及びｄｉｊは、ワーピングパラメタ中のｉ番目の基準格子点Ａｉに対応する係数であり、例えば、最小自乗法によって算出できる。ＲＯＭ４０３には、予め設定された係数ｃｉｊ及びｄｉｊが記憶されているが、操作入力部２２０などの操作により調整可能としてもよい。このように係数を調整可能とすることで、フロントガラス２ａの形状や公差、またはＨＵＤ装置１００の組み立て公差の影響に適用させてワーピングパラメタを精度よく算出することができる。

なお、画像データ生成部４０４は、下記式（４）（５）のような線形補間により、視点座標（ｘ，ｙ）に適したワーピングパラメタ（Ｐｉ，Ｑｉ）を補間してもよい。

ここで、３ａ（ｘａ，ｙａ），３ｂ（ｘｂ，ｙｂ），３ｃ（ｘｃ，ｙｃ）は、実際の視点座標３（ｘ，ｙ）により、ＲＯＭ４０３に予め記憶された基準視点座標の中から選択された基準視点座標である。係数ｕ，ｖは、図８に示すような基準視点座標３ａ，３ｂ，３ｃにより形成される三角形内の線形補間により式（６），（７）を用いて算出される。ＲＯＭ４０３内で基準視点座標３ａ（ｘａ，ｙａ），３ｂ（ｘｂ，ｙｂ），３ｃ（ｘｃ，ｙｃ）に対応して記憶されている基準ワーピングパラメタＡａ（Ｐａ，Ｑａ），Ａｂ（Ｐｂ，Ｑｂ），Ａｃ（Ｐｃ，Ｑｃ）により式（４），（５）を用いて、実際の視点座標（ｘ，ｙ）に対応する画像変換テーブル（ワーピングパラメタ）Ａ１（Ｐ１，Ｑ１）〜Ａｃ（Ｐｃ，Ｑｃ）を算出する。

表示制御手段４０６は、表示器（表示素子、光源）１０やアクチュエータ４０を駆動するドライバーなどを含み、表示器１０の表示制御及びアクチュエータ４０の駆動制御をする。表示制御手段４０６は、画像データ生成部４０４が生成した表示画像データをＲＡＭ４０５から読み出して、この表示画像データに基づいて表示器１０を表示制御して予め歪ませた表示画像Ｊを表示させる。また、表示制御手段４０６は、視点位置検出部２１０から出力される視点位置特定データを受信して、この視点位置特定データに基づきアクチュエータ４０を駆動することで、フロントガラス２ａ上に表示される虚像Ｖの位置を調整する。また、表示制御手段４０６は、操作入力部２２０からの操作信号によってもフロントガラス２ａ上に表示される虚像Ｖの位置を調整する。以下に、図９の動作フローに基づき、本実施形態における『画像補正処理』について説明する。

（画像補正処理）
本実施形態における画像補正処理は、表示コントローラ４００が、ＨＵＤ装置１００の表示器１０及びアクチュエータ４０を駆動制御することにより、フロントガラス２ａ上に視認される虚像Ｖの位置を調整し、フロントガラス２ａの曲面形状によって生じる虚像Ｖの歪みを補正する処理である。

表示コントローラ４００は、まずステップＳ１０において、バス５００を介して視点位置検出部２１０に対して乗員３の視点位置である視点位置特定データ（視点座標）を要求するリクエスト信号を送信し、バス５００を介して視点位置検出部２１０から視点位置特定データ（トリガ信号）を受信する。
表示コントローラ４００は、ステップＳ２０において、受信した視点位置特定データに基づいて、虚像Ｖの位置の調整が必要か判定する（自由曲面ミラー３０のチルト角θを変化させる必要があるか判定する）。自由曲面ミラー３０のチルト角θの変化が必要な場合（ステップＳ２０でＹＥＳの場合）、画像データ生成部４０４は、ステップＳ３０において、視点位置検出部２１０から入力された視点位置特定データ（視点座標（ｘ，ｙ））に基づく、ワーピングパラメタをＲＯＭ４０３から読み出す。なお、入力された視点位置特定データ（視点座標（ｘ，ｙ））に基づく、基準ワーピングパラメタがない場合、実際の視点座標（ｘ，ｙ）と、ＲＯＭ４０３内に予め記憶された基準視点座標及び基準ワーピングパラメタとに基づき、実際の視点座標（ｘ，ｙ）に適したワーピングパラメタを生成する（ワーピングパラメタ補間処理）。
また、このステップＳ３０に併行して、表示コントローラ４００は、自由曲面ミラー３０のチルト角θを所望の角度に調整する（ステップＳ４０）。また、表示コントローラ４００は、ステップＳ２０において、自由曲面ミラー３０のチルト角θの変化が必要ではないと判断した場合（ステップＳ２０でＮＯの場合）、ワーピングパラメタを変更することなく、ステップＳ５０に移行する。
ステップＳ５０において、表示コントローラ４００は、車両ＥＣＵ３００から入力される各種車両情報やナビゲーション情報に基づく画像データをＲＯＭ４０３から読み出し、ワーピングパラメタを用いて表示画像Ｊを予め歪ませて表示させるための表示画像データを生成し、この表示画像データに基づいて、表示器１０の表示面に予め歪ませた表示画像Ｊを表示する表示する（ステップＳ６０）。そして、表示器１０により予め変形されて表示された表示画像Ｊ（画像光Ｋ）は、自由曲面ミラー３０の曲面により表示光Ｌとして変形され、この表示光Ｌが乗員３の視点位置に応じたフロントガラス２ａの所定領域に投影され、フロントガラス２ａの所定領域の曲面により変形されることで歪みなく乗員３に視認される。

以上説明したように、本実施形態における車両情報投影システム１によれば、予めＲＯＭ（記憶部）４０３に、基準視点位置と、表示器１０に予め歪んだ表示画像Ｊを表示させるために画像データを変換するための基準ワーピングパラメタとを関連付けた画像変換テーブルを格納しておき、検出された視点位置に適した画像変換テーブルを、基準視点位置と基準ワーピングパラメタとを用いて補間することによって、ＲＯＭ４０３のメモリ容量を削減しつつ、視点位置が変化した場合でも外景に適応した位置に表示品位の高い像を視認させることができる。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。以下に変形例の一例を示す。

（第二実施形態）
上記実施形態においては、ワーピングパラメタを補間する係数として、実際の視点座標（ｘ，ｙ）を用いていたが、第二実施形態における車両情報投影システム１では、ワーピングパラメタを補間する係数として、自由曲面ミラー３０のチルト角θを用いる点で異なる。以下に、本発明の車両情報投影システム１の第二実施形態について、図１０，図１１を用いて説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明は省略する。図１０は、自由曲面ミラー３０（アクチュエータ４０）のチルト角θと、基準ワーピングパラメタを対応付けた画像変換テーブルを説明するための図であり、図１１は、第二実施形態における画像補正処理の動作フローを説明する図である。

第二実施形態における画像変換テーブルデータは、図１０に示すように、基準チルト角（基準駆動量情報）θに基準ワーピングパラメタを対応付けたデータであり、自由曲面ミラー３０（アクチュエータ４０）のチルト角θ毎に表示器１０に表示させる表示画像Ｊを予め歪ませるためのデータである。画像データ生成部４０４は、自由曲面ミラー３０の実際のチルト角θに応じて、ＲＯＭ４０３に予め格納された画像変換テーブル（ワーピングパラメタ）を読み出し、所定の画像データを予め歪ませた表示画像データに変換する。なお、自由曲面ミラー３０のチルト角θは、第一実施形態における視点位置検出部２１０が検出する乗員３の視線位置により変化するものであるが、操作入力部２２０からの操作信号に基づき、自由曲面ミラー３０のチルト角θが変化してもよい。また、チルト角θを示す信号（トリガ信号）は、アクチュエータ４０を表示制御手段４０６がステップ制御する際のステップ数から推定することもできるが、これに限られず、自由曲面ミラー３０のチルト角θの推定方法は、公知の様々な方法を適用することができる。

ちなみに、ＲＯＭ４０３は、全てのチルト角θに応じた画像変換テーブル（ワーピングパラメタ）を予め格納していない。これは、画像データ生成部４０４が、予めＲＯＭ４０３に格納された画像変換テーブルを用いて、チルト角θに適したワーピングパラメタを算出して補間可能なためである（ワーピングパラメタ補間処理）。以下に、ワーピングパラメタの補間方法を説明する。画像データ生成部４０４は、例えば、実際のチルト角θからワーピングパラメタ（Ｐｉ，Ｑｉ）を、下記式のような多項式で補間することができる。

なお、画像データ生成部４０４は、下記式のような線形補間により、チルト角θに適したワーピングパラメタ（Ｐｉ，Ｑｉ）を補間してもよい。

ここで、θａ，θｂは、実際のチルト角θにより選択された基準格子点Ａに対応する基準チルト角θであり、２点の基準チルト角θａ，θｂの線形補間により式（１０），（１１）を用いて、実際のチルト角θに対応する画像変換テーブル（ワーピングパラメタ）Ａ１（Ｐ１，Ｑ１）〜Ａｃ（Ｐｃ，Ｑｃ）を算出する。

表示制御手段４０６は、視点位置検出部２１０から出力される視点位置特定データを受信して、この視点位置特定データに基づきアクチュエータ４０を駆動することで、フロントガラス２ａ上に表示される虚像Ｖの位置を調整する。以下に、図１１の動作フローに基づき、第二実施形態における『画像補正処理』について説明する。

（画像補正処理）
表示コントローラ４００は、まずステップＳ１０ａにおいて、バス５００を介して視点位置検出部２１０に対して乗員３の視点位置である視点位置特定データ（視点座標）を要求するリクエスト信号を送信し、バス５００を介して視点位置検出部２１０から視点位置特定データを受信する。または、ステップＳ１０ａにおいて、操作入力部２２０から操作信号を受信する。
表示コントローラ４００は、ステップＳ２０ａにおいて、受信した視点位置特定データ（または操作信号）に基づいて、虚像Ｖの位置の調整が必要か判定する（自由曲面ミラー３０のチルト角θを変化させる必要があるか判定する）。自由曲面ミラー３０のチルト角θの変化が必要な場合（ステップＳ２０ａでＹＥＳの場合）、画像データ生成部４０４は、ステップＳ３０ａにおいて、視点座標（または操作信号）に基づく自由曲面ミラー３０を回転させるチルト角θを算出し、このチルト角θに対応したワーピングパラメタをＲＯＭ４０３から読み出す。なお、算出されたチルト角θに対応したワーピングパラメタがない場合、算出されたチルト角θとＲＯＭ４０３内に予め記憶された基準ワーピングパラメタとに基づき、算出されたチルト角θに適したワーピングパラメタを生成する（ワーピングパラメタ補間処理）。
また、このステップＳ３０ａに併行して、表示コントローラ４００は、自由曲面ミラー３０のチルト角θを算出された所望の角度に調整する（ステップＳ４０ａ）。また、表示コントローラ４００は、ステップＳ２０ａにおいて、自由曲面ミラー３０のチルト角θの変化が必要ではないと判断した場合（ステップＳ２０ａでＮＯの場合）、ワーピングパラメタを変更することなく、ステップＳ５０ａに移行する。
ステップＳ５０ａにおいて、表示コントローラ４００は、車両ＥＣＵ３００から入力される各種車両情報やナビゲーション情報に基づく画像データをＲＡＭ４０５から読み出し、ワーピングパラメタを用いて表示画像Ｊを予め歪ませて表示させるための表示画像データを生成し、この表示画像データに基づいて、表示器１０の表示面に予め歪ませた表示画像Ｊを表示する（ステップＳ６０ａ）。そして、表示器１０により予め変形されて表示された表示画像Ｊ（画像光Ｋ）は、自由曲面ミラー３０の曲面により表示光Ｌとして変形され、この表示光Ｌが乗員３の視点位置に応じたフロントガラス２ａの所定領域に投影され、フロントガラス２ａの所定領域の曲面により変形されることで歪みなく乗員３に視認される。

以上説明したように、本実施形態における車両情報投影システム１によれば、予めＲＯＭ（記憶部）４０３に、基準チルト角θと、表示器１０に予め歪んだ表示画像Ｊを表示させるために画像データを変換するための基準ワーピングパラメタと、を関連付けた画像変換テーブルを格納しておき、検出された視点位置に適した画像変換テーブルを、基準ワーピングパラメタを用いて補間することによって、ＲＯＭ４０３のメモリ容量を削減しつつ、視点位置が変化した場合でも外景に適応した位置に表示品位の高い像を視認させることができる。

上記実施形態において、反射型の光学部材である凹面鏡（補正光学系）３０を回転させることで、虚像Ｖが投影される位置を調整していたが、凹面鏡３０を移動または／および回転させることで、虚像Ｖが投影される位置を調整してもよい。また、ＨＵＤ装置１００から出射される表示光Ｌを、表示画像Ｊ（画像光Ｋ）を変形するレンズなどの屈折型の補正光学系を回転および／または移動させることで、虚像Ｖが投影される位置を調整するものであってもよい。このような場合においても、補正光学系の回転（移動）に関する基準パラメタと、基準ワーピングパラメタを対応させた画像変換テーブルを予めＲＯＭ４０３に記憶させ、画像データ生成部４０４が、実際の補正光学系の回転（移動）に関するパラメタに応じたワーピングパラメタを補間するようにしてもよい。斯かる構成によっても上記実施形態と同様に、補正光学系の画像補正特性とフロントガラス（投影対象）２ａの曲面特性とが確実に特定の対応関係になった状態で、この特定の対応関係に適した歪み表示画像Ｊを表示器１０に表示させることができるので、精度よく虚像Ｖの歪みを補正することができる。

なお、上記実施形態における画像補正処理において、自由曲面ミラー３０を駆動している間、表示コントローラ４００は、表示器１０の表示を停止させる（乗員３が視認できない程度に視認性を低下させる）ことが望ましい。斯かる構成により、虚像Ｖの表示位置が連続して移動する際、虚像Ｖが歪んで乗員３に視認されてしまうことを防止することができる。また、自由曲面ミラー３０が目標の位置（角度）に到達した後も、ワーピングパラメタによる画像補正が完了するまで表示器１０の表示を停止するとよい。

また、透過反射曲面は、自車両２のフロントガラス２ａに限定されず、板状のハーフミラー、ホログラム素子等により構成されているコンバイナであってもよい。

１ 車両情報投影システム、２ａ フロントガラス（投影対象）、１００ ＨＵＤ装置（投影装置）、１０ 表示器、２０ 平面ミラー、３０ 自由曲面ミラー（光学部材）、４０ アクチュエータ、２１０ 視点位置検出部（トリガ出力手段）、２２０ 操作入力部（トリガ出力手段）、４００ 表示コントローラ（制御手段）、Ｅ 表示可能領域、Ｋ 表示画像、Ｌ 画像光、Ｎ 表示光、Ｖ 虚像

Claims (8)

1. 表示画像を表示する表示器と、前記表示画像を示す画像光を変形した表示光を透過反射曲面に投影する光学部材と、前記光学部材を回転または／および移動させるアクチュエータと、を有して前記透過反射曲面を介して視認させる虚像の位置を調整可能な投影装置と、
   前記アクチュエータを駆動させる契機となるトリガ信号を出力するトリガ出力手段と、
   前記トリガ信号のうち複数の基準トリガ信号に対応付けられ、前記表示画像を予め歪ませて前記表示器に表示させる基準ワーピングパラメタを格納する記憶部と、
   前記トリガ出力手段からの前記トリガ信号を入力して、前記基準トリガ信号以外の前記トリガ信号に対応するワーピングパラメタを、前記基準トリガ信号と前記基準ワーピングパラメタとを用いて補間して、前記表示画像を予め歪ませて前記表示器に表示させる表示コントローラと、を備える、
   ことを特徴とする車両情報投影システム。
2. 前記表示コントローラは、前記基準トリガ信号以外の前記トリガ信号に対応する前記ワーピングパラメタを、多項式または線形補間により補間する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両情報投影システム。
3. 前記トリガ出力手段は、視認者の視点を画像認識する撮像手段を有し、前記トリガ信号として前記視認者の視点座標を出力する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両情報投影システム。
4. 前記トリガ信号は、前記アクチュエータが前記光学部材を回転または／および移動させる駆動量情報を含み、
   前記記憶部は、前記駆動量情報のうち複数の基準駆動量情報に対応付けられ、前記表示画像を予め歪ませて前記表示器に表示させる基準駆動量情報を格納し、
   前記表示コントローラは、前記基準駆動量情報以外の前記駆動量情報に対応するワーピングパラメタを、前記基準駆動量情報と前記基準ワーピングパラメタとを用いて補間して、前記表示画像を予め歪ませて前記表示器に表示させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両情報投影システム。
5. 前記光学部材は、前記透過反射曲面の曲面による前記虚像の歪み量を少なくするように前記表示光を変形する補正特性を有し、前記アクチュエータの駆動に応じて前記補正特性が異なる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両情報投影システム。
6. 前記光学部材は、反射面の領域毎に異なる前記補正特性を有する曲面を有する自由曲面ミラーである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両情報投影システム。
7. 前記自由曲面ミラーは、凹状の前記反射面を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両情報投影システム。
8. 請求項１乃至７のいずれかの車両情報投影システムに用いられる投影装置。
   
   

Images