JP2016176983A - ヘッドアップディスプレイ装置及び表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示像を認識しやすくすることができるヘッドアップディスプレイ装置及び表示方法を提供する。【解決手段】本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両の周囲の画像を撮像する撮像部１１０と、撮像部１１０が撮像した画像に基づいて、投影させる表示像の表示面における位置を決定する制御部１２０と、制御部１２０が決定した位置に表示像を投影する投影部１４０と、投影部１４０により投影された表示像をドライバの視界に表示する表示部１５０と、を備え、投影部１４０は、表示像の結像位置を連続的に変化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置及び表示方法に関する。

従来、車両のドライバに対して様々な情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。例えば、特許文献１には、ドライバが注視している物体（注視物体）を特定し、特定した物体までの距離を測定し、測定された距離に基づいて表示像を注視物体上に重畳して結像させるヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。

特開２００５−３１３７７２号公報

特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置では、表示像を表示させる前に、ドライバが注視している物体を特定し、抽出物体を検出し、注視物体までの距離を測定するという処理を行う必要がある。しかしながら、かかる処理を行っている間に、車両が進行したり、ドライバが視線を動かしたりすること等により、処理を行った時点と、処理後に表示像を表示した時点とにおいて状況が変化している場合がある。そのため、表示像が、状況に応じてタイムリーに表示されず、ドライバにとって表示像が認識しにくくなる場合がある。

かかる観点に鑑みてなされた本発明の目的は、表示像を認識しやすくすることができるヘッドアップディスプレイ装置及び表示方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
車両の周囲の画像を撮像する撮像部と、
前記撮像部が撮像した前記画像に基づいて、投影させる表示像の表示面における位置を決定する制御部と、
前記制御部が決定した前記位置に前記表示像を投影する投影部と、
前記投影部により投影された前記表示像をドライバの視界に表示する表示部と、を備え、
前記投影部は、前記表示像の結像位置を連続的に変化させることを特徴とする。

また、第２の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記投影部は、発光部と、前記発光部から出力された光を結像させる光学素子とを備え、前記発光部と前記光学素子との距離及び前記光学素子の特性の少なくともいずれかを変化させることにより、前記結像位置を変化させることを特徴とする。

また、第３の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記光学素子の特性は、前記光学素子が含むレンズの曲率であることを特徴とする。

また、第４の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記表示像は、前記画像に含まれる対象物の位置を前記ドライバに認識させる像であることを特徴とする。

また、第５の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記表示像は、水平方向に延びるバー形状であることを特徴とする。

また、第６の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記表示像は、前記対象物の上方又は下方に表示されることを特徴とする。

また、第７の観点に係る表示方法は、
車両が備えるヘッドアップディスプレイ装置による表示像の表示方法であって、
前記車両の周囲の画像を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップにおいて撮像された前記画像に基づいて、表示させる表示像の表示面における位置を決定する決定ステップと、
前記決定ステップにおいて決定された前記位置に前記表示像を、結像位置を連続的に変化させて表示部に表示させるステップと
を含むことを特徴とする。

第１の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、制御部は、撮像部が撮像した画像に基づいて、決定した表示面における位置に、表示像を、投影部から表示部に投影することにより、表示像をドライバに認識させる。このとき、投影部は、表示像の結像位置を連続的に変化させているため、ドライバが、結像した表示像をいずれかの結像位置で焦点を合わせて認識できる可能性が高まる。

また、第２の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、投影部は、発光部と光学素子との距離及び前記光学素子の特性の少なくともいずれかを変化させて、表示像の結像位置を連続的に変化させることができるため、ドライバが、結像した表示像をいずれかの結像位置で焦点を合わせて認識できる可能性が高まる。

また、第３の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、レンズの曲率の変化により、表示像の結像位置を変化させることができる。

また、第４の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、表示像は、画像に含まれる対象物の位置をドライバに認識させる像であるため、ドライバは、対象物の位置を把握しやすい。

また、第５の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、表示像は、水平方向に延びるバー形状であるので、ドライバは、表示されたホログラム虚像を水平方向に延びた帯状のグラデーションとなったマーカー表示として認識できる。

また、第６の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、表示像は、対象物の上方又は下方に表示されるため、ドライバは、対象物の位置を認識しやすい。

また、第７の観点に係る表示方法によれば、撮像された画像に基づいて決定した位置に、表示像を投影することにより、表示像をドライバに認識させる。このとき、表示像の結像位置が連続的に変化されるため、ドライバが、結像した表示像をいずれかの結像位置で焦点を合わせて認識できる可能性が高まる。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略的な機能ブロック図である。 図１に示す制御部が行う一連の処理の一例を示すフローチャートである。 図１のヘッドアップディスプレイ装置による表示像の表示の概略を示す概念図である。 ドライバが視認する表示像の概略を示す概念図である。 ドライバが視認する表示像及び対象物の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略的な機能ブロック図である。本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、撮像部１１０と、入力部１２０と、制御部１３０と、投影部１４０と、表示部１５０とを備える。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば、乗用車等の車両に搭載され、車両を運転するドライバに対して、所定の情報を表示する。

撮像部１１０は、車両の周囲の画像、特に車両の前方又は車両の進行方向の画像を撮像するカメラ１１１と、カメラ１１１により撮像した画像の画像演算処理を行う演算部１１２とを備える。カメラ１１１は、例えばＣＣＤカメラであり、車両のフロントガラスの周縁部に配置される。

入力部１２０は、ドライバが各種入力操作を行うものである。入力部１２０は、例えば、ステアリングハンドル又はダッシュボード等、ドライバの手の届く範囲に取り付けられたスイッチ及びダイヤル等である。入力部１２０は、音声認識技術を用いて実現された入力手段であってもよい。ドライバは、入力部１２０を操作することにより、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００が実行する表示像の表示機能を起動又は停止することができる。また、ドライバは、入力部１２０への入力操作により、車両が備える各種機能を起動、実行又は停止できる。

制御部１３０は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の各機能ブロックをはじめとして、ヘッドアップディスプレイ装置１００の全体を制御及び管理する。制御部１３０は、例えばヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載された車両の制御を行うＥＣＵ（Electric Control Unit又はEngine Control Unit）であってもよく、ヘッドアップディスプレイ装置１００の制御を行うサブＥＣＵであってもよい。制御部１３０が車両全体の制御を行うＥＣＵである場合には、制御部１３０は、例えば、カーエアコンディショナ、パワーウィンドウ、カーナビゲーションシステム、カーオーディオ、ヘッドアップディスプレイ等、車両に関連する種々の機器の制御を行う。

制御部１３０は、撮像部１１０が撮像した画像に基づいて、投影させる表示像の表示面における位置を決定する。ここで、表示面における位置とは、投影された表示像の、表示部１５０の表示面における座標である。表示像は、撮像部１１０が撮像した画像に含まれる対象物の位置をドライバに認識させる像であり、例えばマーカー表示により表示される。制御部１３０は、投影させる表示像の位置の決定において、まず、撮像部１１０が撮像した画像を、車両における撮像部１１０の位置に基づき、ドライバから見た画像となるように座標変換する。

次に、制御部１３０は、例えば、座標変換した画像の画像分析を行うことにより、ドライバに認識させる対象物を特定する。対象物は、例えば運転時にドライバが留意すべき物体であり、具体的には、人、車両、落下物、ロードコーン及び標識等である。ただし、対象物はこれらに限られるものではない。

そして、制御部１３０は、表示部１５０に表示させる、対象物の存在を示す表示像の表示面における位置を決定する。表示像は、例えば対象物の上方又は下方に表示される。本実施形態では、制御部１３０は、表示像を対象物の下方に表示すると決定するとして、以下説明する。また、本実施形態では、制御部１３０は、表示像としてバー形状を表示すると決定するとして、以下説明する。なお、制御部１３０は、画像分析により特定した対象物の種類ごとに、表示像の表示位置（上方又は下方）等を決定してもよい。

制御部１３０は、投影させる表示像の表示面における位置を決定すると、決定した位置に表示像を投影させるように、投影部１４０を制御する。

投影部１４０は、制御部１３０の制御に基づき、制御部１３０が決定した位置に表示像を表示部１５０に投影する。投影部１４０は、発光部１４１と、光学素子１４２とを備える。発光部１４１は、例えばバックライトと液晶等の情報表示素子とを備える。光学素子１４２は、例えばミラー及びレンズ等を備え、発光部１４１から出力された光を、ホログラム虚像として結像させる。

本実施形態では、投影部１４０は、光学素子１４２に対する発光部１４１の距離を変化させることが可能な機構を備える。発光部１４１は、表示部１５０に表示像を投影している間、光学素子１４２との距離を連続的に変化し続ける。発光部１４１は、例えば、発光部１４１と光学素子１４２とを結ぶ直線上で、所定の位置を振動中心として単振動を行うことにより、光学素子１４２との距離を連続的に変化させる。発光部１４１の位置が光学素子１４２に対して連続的に変化することにより、表示部１５０に表示される表示像の結像位置が連続的に変化する。なお、発光部１４１は、所定周波数以上の周波数で単振動し、例えば、１５Ｈｚから３０Ｈｚで単振動する。

表示部１５０は、投影部１４０により投影された表示像をドライバの視界に表示する。表示部１５０は、例えば車両のフロントガラスであってもよく、運転席の前方に設けたコンバイナ（凹面ハーフミラー）などであってもよい。

記憶部１６０は、半導体メモリ又は磁気メモリ等で構成することができ、各種情報や制御部１３０により実行される制御プログラム等を記憶する。

次に、制御部１３０が実行する一連の処理について、図２に一例として示すフローチャートを参照しながら説明する。図２のフローは、ドライバが入力部１２０から、ヘッドアップディスプレイ装置１００の表示像の表示機能の起動を入力すると、開始される。

まず、制御部１３０は、ドライバの入力に基づき、ヘッドアップディスプレイ装置１００の表示像の表示機能を起動する（ステップＳ１０１）。

次に、制御部１３０は、撮像部１１０が撮像した画像（撮像画像）を取得する（ステップＳ１０２）。

制御部１３０は、撮像画像に基づいて、対象物を特定することにより表示像の表示面における位置を決定する（ステップＳ１０３）。対象物の特定に際し、制御部１３０は、上述したように予め画像の座標変換を行う。また、制御部１３０は、対象物の種類に応じて、異なる表示像の表示位置（上方又は下方）で表示を行う場合には、ステップＳ１０３において、表示像の表示位置を決定する。

次に、制御部１３０は、投影部１４０を制御することにより、ステップＳ１０３で決定した位置に、表示像を表示部１５０に向けて投影させる（ステップＳ１０４）。表示部１５０には、投影された像が表示される。これにより、車両のドライバは、フロントガラス越しに見える車両の前方の風景に重畳して、表示像を見ることができる。このようにして、ドライバは、表示像であるマーカー表示に関する対象物を明確に認識できる。

そして、制御部１３０は、ドライバにより、入力部１２０から、ヘッドアップディスプレイ装置１００の表示像の表示機能の停止が入力されたか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

制御部１３０が表示像の表示機能の停止が入力されていないと判断した場合（ステップＳ１０５のＮｏ）、このフローは、ステップＳ１０２に戻る。そして、ステップＳ１０５において、制御部１３０が表示像の表示機能の停止が入力されたと判断するまで、ステップＳ１０２からステップＳ１０５が繰り返される。

一方、制御部１３０は、表示像の表示機能の停止が入力されたと判断した場合（ステップＳ１０５のＹｅｓ）、表示像の表示機能を停止し（ステップＳ１０６）、このフローを終了する。

次に、図３乃至図５を参照しながら、ヘッドアップディスプレイ装置１００により表示される表示像について、詳細に説明する。図３は、図１のヘッドアップディスプレイ装置１００による表示像の表示の概略を示す概念図である。また、図４は、ドライバが視認する表示像の概略を示す概念図である。また、図５は、ドライバが視認する表示像と対象物との一例を示す図である。

投影部１４０は、例えば車両のダッシュボード等に配置される。図３に示すように、投影部１４０から投影された表示像は、表示部１５０に表示され、対象物２２０の下方に表示されたホログラム虚像２００としてドライバ２１０に認識される。ここで、投影部１４０の発光部１４１は、表示部１５０に表示像を投影している間、光学素子１４２との距離を連続的に変化し続ける。本実施形態では、図３の投影部１４０内に上下方向の矢印で示すように、発光部１４１は、発光部１４１と光学素子１４２とを結ぶ直線上で、所定の位置を振動中心として単振動を行うことにより、光学素子１４２との距離を連続的に変化（単振動）させる。発光部１４１の位置が図３に示す方向に連続的に変化すると、ホログラム虚像（表示像）２００の結像位置は、ドライバ２１０から見て前後方向に連続的に変化する。

図４は、結像位置が連続的に変化するホログラム虚像２００と、ドライバ２１０が視認する像との関係と示す図である。図４（ａ）の２００ａから２００ｅは、連続的に変化するホログラム虚像２００について、それぞれある瞬間に結像されたホログラム虚像２００の位置を概念的に示したものである。位置２００ａは、ドライバ２１０から最も離れた位置で結像されるホログラム虚像２００の結像位置であり、位置２００ｅは、ドライバ２１０から最も近い位置に結像されるホログラム虚像２００の結像位置であるとする。また、位置２００ｃは、位置２００ａと位置２００ｅとの中間に位置するとする。つまり、本実施形態において、ホログラム虚像２００の結像位置は、位置２００ｃを中心として、位置２００ａから位置２００ｅまでの振幅で単振動する。

ここで、図４（ａ）に示すように、対象物２２０が、位置２００ｃに存在するとする。この場合、ドライバ２１０は、対象物２２０を見る際に、対象物２２０に焦点を合わせる。対象物２２０に焦点が合っている状態において、ホログラム虚像２００が位置２００ｃに結像された瞬間は、図４（ｂ）の位置２００ｃに示すように、ドライバ２１０は、焦点が合った状態でホログラム虚像２００を視認できる。しかし、ホログラム虚像２００が位置２００ｃから位置２００ａ側又は位置２００ｅ側に結像している間は、焦点が合わず、ドライバ２１０には、図４（ｂ）の位置２００ａ、２００ｂ、２００ｄ及び２００ｅに示すように、位置２００ｃからの距離に応じて、２つのホログラム虚像２００が水平方向にずれて見える。

発光部１４１が所定周波数（例えば１５Ｈｚ）以上の周波数で単振動することにより、ドライバ２１０には、位置２００ａから位置２００ｅの間で結像するホログラム虚像２００が、残像として認識できる。図５は、図４に示す状態において、ドライバ２１０が視認する対象物２２０及びホログラム虚像２００の一例を示す図である。ドライバ２１０は、残像として、図５に示すように連続して変位するホログラム虚像２００を重畳して認識するため、ホログラム虚像２００を、中央ほど濃く、両端ほど薄くなったグラデーションのマーカー表示として視認する。発光部１４１は、位置２００ａから位置２００ｅの間で結像するホログラム虚像２００を、残像として認識可能な程度の周波数で単振動する。

このようにして、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、制御部１３０は、撮像部１１０が撮像した画像に基づいて、決定した表示面における位置に、表示像を投影部１４０から表示部１５０に投影することにより、ドライバ２１０に認識させる。このとき、投影部１４０は、表示像の結像位置を連続的に変化させているため、ドライバ２１０が、結像した表示像をいずれかの結像位置で焦点を合わせて認識できる可能性が高まる。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示像の結像位置を連続的に変化させて表示像をドライバ２１０に認識させるため、表示像によってドライバ２１０に認識させる対象物２２０までの距離を推定するという処理を行うことなく表示像を表示できる。そのため、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、従来のヘッドアップディスプレイ装置と比較して、表示像の表示までの時間を短縮できる。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００において、表示像は、画像に含まれる対象物２２０の位置をドライバ２１０に認識させる像であるため、ドライバ２１０は、対象物２２０の位置を把握しやすい。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００において、表示像は、水平方向に延びるバー形状であるので、ドライバ２１０は、表示されたホログラム虚像２００を水平方向に延びた帯状のグラデーションとなったマーカー表示として認識できる。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００において、表示像は、対象物２２０の下方に表示されるため、ドライバ２１０は、対象物２２０の位置を認識しやすい。なお、表示像が対象物２２０の上方に表示される場合にも、同様の効果を生じる。

本発明を諸図面や実施例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、各手段に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を１つに組み合わせたり、あるいは分割したりすることが可能である。

例えば、上記実施形態では、表示像がバー形状で表示されると説明したが、表示像の形状はバー形状に限られない。例えば、表示像は、ドット形状で表示されてもよい。図６は、表示部がドット形状で表示された場合にドライバ２１０が視認する表示像及び対象物２２０の一例を示す図である。表示像がドット形状で表示される場合、上記実施形態で説明した原理と同様の原理から、焦点が合わないホログラム虚像のドットは、水平方向にずれて見える。また、発光部１４１の単振動により、ドライバ２１０は、ホログラム虚像のドットを残像として認識する。従って、ドライバ２１０は、水平方向に連続してずれたドットを残像として見ることとなる。そのため、表示像は、水平方向に延びた帯状のマーカー表示として認識される。

また、上記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光学素子１４２に対する発光部１４１の距離を変化させることにより、結像位置を連続的に変化させると説明したが、結像位置を変化させる方法は、これに限られない。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、例えば、光学素子１４２の特性を連続的に変化させることにより、結像位置を変化させてもよい。具体的には、光学素子１４２のレンズが、曲率を連続的に変更可能な構造を有しており、投影部１４０が表示部１５０に表示像を投影している間、レンズが連続的に曲率を変更することにより、ヘッドアップディスプレイ装置１００は結像位置を連続的に変化させることができる。

また、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光学素子１４２に対する発光部１４１の距離及び光学素子１４２の特性の双方を変化させることにより、結像位置を変化させてもよい。かかる構造は、投影部１４０を搭載するダッシュボード内において、発光部１４１を変位させるための空間が十分に確保できないために結像位置を十分に変更させることができない場合等に、特に有効である。

１００ ヘッドアップディスプレイ装置
１１０ 撮像部
１１１ カメラ
１１２ 演算部
１２０ 制御部
１３０ 入力部
１４０ 投影部
１４１ 発光部
１４２ 光学素子
１５０ 表示部
１６０ 記憶部
２００ ホログラム虚像（表示像）
２００ａ、２００ｂ、２００ｃ、２００ｄ、２００ｅ 結像位置
２１０ ドライバ
２２０ 対象物

Claims (7)

1. 車両の周囲の画像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部が撮像した前記画像に基づいて、投影させる表示像の表示面における位置を決定する制御部と、
   前記制御部が決定した前記位置に前記表示像を投影する投影部と、
   前記投影部により投影された前記表示像をドライバの視界に表示する表示部と、を備え、
   前記投影部は、前記表示像の結像位置を連続的に変化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. 前記投影部は、発光部と、前記発光部から出力された光を結像させる光学素子とを備え、前記発光部と前記光学素子との距離及び前記光学素子の特性の少なくともいずれかを変化させることにより、前記結像位置を変化させる、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記光学素子の特性は、前記光学素子が含むレンズの曲率である、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記表示像は、前記画像に含まれる対象物の位置を前記ドライバに認識させる像である、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記表示像は、水平方向に延びるバー形状である、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記表示像は、前記対象物の上方又は下方に表示される、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 車両が備えるヘッドアップディスプレイ装置による表示像の表示方法であって、
   前記車両の周囲の画像を撮像する撮像ステップと、
   前記撮像ステップにおいて撮像された前記画像に基づいて、表示させる表示像の表示面における位置を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップにおいて決定された前記位置に前記表示像を、結像位置を連続的に変化させて表示部に表示させるステップと
   を含む表示方法。