JP2017013671A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両に振動等が生じても、ユーザに与える表示の違和感を低減することを可能とする。【解決手段】表示画像を表示する表示器を備え、前記表示画像を示す表示光Lをフロントガラス3に照射してユーザ4に前記表示画像の虚像Vを自車両2前方の実景と重ねて視認可能とするHUD装置100である。前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、前記対象物の位置に関する位置情報を入力する入出力部530と、入出力部530が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部500と、を備えてなる。【選択図】図1
Description
本発明は、視認者に実景とともに表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
ヘッドアップディスプレイ(HUD:Head Up Display)装置は、自車両前方の風景に重畳画像を重ねて表示することで、実景に情報などを付加・強調した拡張現実(AR:Augmented Reality)を生成し、車両を運転するユーザの視線移動を極力抑えつつ、所望の情報を的確に提供することで、安全で快適な車両運行に寄与することができるものである。
ヘッドアップディスプレイ装置が表示する画像の一つとして、車両前方に存在する特定の対象物に重畳させて強調する強調画像があり、ユーザに対象物の存在を認識させるものが、特許文献1に記載されている。
しかしながら、車両が振動したり、加減速によって車両姿勢が変化したりすることなどによって、対象物と強調画像とがずれてしまい、ユーザに違和感を与えてしまう可能性があった。特に、対象物として帯状の車線の区画線(白線)と重畳して区画線と同様の帯状の強調画像を表示する場合、車両の振動等によって区画線と強調画像とが重なった状態からズレが生じると区画線と強調画像との一体感が急に失われてユーザにとっては違和感が大きい表示となる。
したがって、本発明は、車両に振動等が生じても、ユーザに与える表示の違和感を低減す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を目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示画像を表示する表示器を備え、前記表示画像を示す表示光を透過反射部に照射して視認者に前記表示画像の虚像を車両前方の実景と重ねて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、
前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部と、
前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように前記表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部と、を備えてなることを特徴とする。
前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、
前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部と、
前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように前記表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部と、を備えてなることを特徴とする。
本発明によれば、車両に振動等が生じても、ユーザに与える表示の違和感を低減することができる。
本発明のヘッドアップディスプレイシステム1(以下、HUDシステムと記載)の実施形態について、図1を参照して説明する。
HUDシステム1は、自車両2に搭載されるものであり、ヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUD装置と記載)100と、前方情報取得部200と、視点位置検出部400と、前方情報取得部200及び視点位置検出部400から情報を入力し、HUD装置100を制御する表示制御部500と、これらを信号授受可能に接続するネットワーク部600と、を備える。
HUD装置100は、自車両2のインパネ内に配置され、図2に示すように、表示器11と、平面鏡12と、凹面鏡13と、アクチュエータ14と、筐体15と、表示制御部500と、から構成されている。HUD装置100は、表示器11が表示した表示画像Mを表す表示光Lを、リレー光学系を構成する平面鏡12と凹面鏡13とで反射させ、自車両2のフロントガラス3(透過反射部の一例)に照射することで、ユーザ4(視認者、主に運転者)に自車両2前方の実景と重ねて表示画像Mの虚像Vを視認させることができる。
表示器11は、例えばTFT(Thin Film Transistor)型の液晶表示器や有機EL(Electroluminescence)表示器からなり、その表示面に表示画像Mを表示し、表示画像Mを示す表示光Lを平面鏡12に向けて出射する。なお、表示器11はプロジェクタと表示面を構成するスクリーンとを備えるものであってもよい。
平面鏡12は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものである。平面鏡12は、表示器11が出射した表示光Lを、凹面鏡13に向けて反射させる。
凹面鏡13は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものである。凹面鏡13は、平面鏡12で反射した表示光Lをさらに反射させ、フロントガラス3に向けて出射する。なお、凹面鏡13は、拡大鏡としての機能を有し、表示器11に表示された表示画像Mを拡大してフロントガラス3側へ反射する。すなわち、ユーザが視認する虚像Vは、表示器11に表示された表示画像Mが拡大された像である。
アクチュエータ14は、モータ(図示しない)と、モータの動力を凹面鏡13に伝達する歯車などの動力伝達部材(図示しない)と、これらモータと動力伝達部材及び凹面鏡13を支持する支持基体と、を備え、凹面鏡13を回転軸線AX周りに回転させるものである。アクチュエータ14は、凹面鏡13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からなる。アクチュエータ14は、後述する表示制御部500の制御の下で凹面鏡13を回転軸線AX周りに回転させる。アクチュエータ14は、凹面鏡13を回転させることで凹面鏡13の角度を調整し、表示光Lの照射位置を調整したり、外光が凹面鏡13によって表示器11に向かうように反射されない角度に調整したりすることが可能である。
筐体15は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成される上ケース151と、下ケース152とから構成され、これら上ケース151と下ケース152を係合することで、平面鏡12、凹面鏡13、及びアクチュエータ14を内部に収納し、外部に表示器11、及び表示制御部500が実装された制御基板が取り付けられる。
上ケース151は、フロントガラス3に対向する部分に、表示光Lを通過させる開口部151aを有し、この開口部151aは、透光性カバー151bに覆われている。また、上ケース151は、開口部151aの平面鏡12に近接する箇所に遮光壁151cを有し、開口部151a(透光性カバー151b)から入射する外光が平面鏡12側または表示器11側へ進行することを防止する。
下ケース152は、筐体15の内部に収納する平面鏡12、凹面鏡13、アクチュエータ14、及び外部に取り付ける表示器11、制御基板を係合する係合部(図示しない)をそれぞれ有し、各部材をそれぞれ位置決め固定する。また、下ケース152は、表示器11が表示する表示画像Mが平面鏡12に臨むように開口した表示口152aを有する。筐体15内は、表示光Lが通過する光路が設けられているが、これらの光路は、HUD装置100のサイズを小さく抑えるため、及び筐体15内に侵入してくる外光の量を抑えるために、極力小さくすることが望ましい。
上ケース151は、フロントガラス3に対向する部分に、表示光Lを通過させる開口部151aを有し、この開口部151aは、透光性カバー151bに覆われている。また、上ケース151は、開口部151aの平面鏡12に近接する箇所に遮光壁151cを有し、開口部151a(透光性カバー151b)から入射する外光が平面鏡12側または表示器11側へ進行することを防止する。
下ケース152は、筐体15の内部に収納する平面鏡12、凹面鏡13、アクチュエータ14、及び外部に取り付ける表示器11、制御基板を係合する係合部(図示しない)をそれぞれ有し、各部材をそれぞれ位置決め固定する。また、下ケース152は、表示器11が表示する表示画像Mが平面鏡12に臨むように開口した表示口152aを有する。筐体15内は、表示光Lが通過する光路が設けられているが、これらの光路は、HUD装置100のサイズを小さく抑えるため、及び筐体15内に侵入してくる外光の量を抑えるために、極力小さくすることが望ましい。
前方情報取得部200は、自車両2の前方に存在する特定の対象物を検出するものであり、本実施形態では、自車両2の前方側を撮像するステレオカメラ210と、このステレオカメラ210で取得された撮像データを解析する前方画像解析部220と、を有する。
ステレオカメラ210は、自車両2が走行する道路を含む前方領域を撮像するものであり、前方画像解析部220がステレオカメラ210で取得された撮像データを、公知の画像処理、パターンマッチング法などにより画像解析することで、道路形状に関する情報(車線,白線,停止線,横断歩道,道路の幅員,車線数,交差点,カーブ,分岐路等)や道路上の対象物(車道外側線W1、車道中央線W2等)に関する情報を解析することができ、さらに撮像された対象物と自車両2との間の距離を算出することができる。
すなわち、本実施形態において、前方情報取得部200は、ステレオカメラ210で撮像した撮像データから解析した道路上の特定の対象物に関する情報、及び撮像された対象物と自車両2との距離に関する情報などを後述する表示制御部500に出力する。
なお、前方情報取得部200は、前方に存在する対象物を検出するため、単眼カメラ、赤外線カメラ、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波センサ、または公知のセンサを適用してもよい。また、前方情報取得部200は、前述したような自車両2に設けるセンサではなく、図示しない通信手段を介して路上の通信インフラや他車などと通信することで、自車両2の前方に存在する対象物を検出してもよい。
視点位置検出部400は、ユーザ4の視点位置(視線の上下及び左右方向の位置)を検出するものであり、本実施形態では、ユーザ4を撮像する赤外線カメラ410と、この赤外線カメラ410で取得された撮像データを解析する視点画像解析部420と、を有する。
赤外線カメラ410は、ユーザ4の目を撮像するものであり、視点画像解析部420が赤外線カメラ410で取得された撮像データを、公知の画像処置、パターンマッチング法などにより画像解析することで、ユーザ4の視点位置を解析して、ユーザ4の視点位置に関する情報を後述する表示制御部500に出力する。なお、ユーザ4が図示しない入力手段を操作することで、自らの視点位置に合うように虚像Vの表示位置を調整するようにしてもよく、このような場合、視点位置検出部400を省略してもよい。
表示制御部500は、1つもしくは複数のマイクロプロセッサ,マイクロコントローラ,ASIC,FPGA,任意の他のICなどを有する処理部510と、書き換え可能なRAM,読み出し専用のROM,消去不能なプログラム読み出し専用のE2PROM,不揮発性メモリであるフラッシュメモリなどのプログラムやデータを記憶することができる1つまたは複数のメモリを有する記憶部520と、ネットワーク部600に接続された入出力部530と、を備える。
ネットワーク部600は、例えば、CAN(Controller Area Network)バス通信等であり、表示制御部500を、HUD装置100,前方情報取得部200,視点位置検出部400,車両ECU5及び図示しないナビゲーションシステム(車載機器)と信号を授受可能に接続する。
処理部510は、前方情報取得部200から入力される対象物の位置に関する情報と、視点位置検出部400から入力されるユーザ4の視点位置に関する情報に基づき、HUD装置100に表示させる表示画像Mの表示位置を演算して、HUD装置100を制御する。このように、対象物の位置とユーザ4の視点位置とに基づいて、表示画像Mの表示位置を設定することにより、ユーザ4の体格の違いや姿勢の違いがあった場合でも、実景における対象物に対する所望の位置に虚像Vを表示させることができる。
入出力部(位置情報入力部、速度入力部)530は、前方情報取得部200などとネットワーク部600を介して通信可能に接続されている。処理部510は、入出力部530を介して、対象物の位置に関する情報やユーザ4の視点位置に関する情報や車両ECU5からの自車両2の走行速度情報などを入力し、これら入力情報に基づいてHUD装置100を制御する。
図3を用いて、ユーザ4が視認する実景と虚像Vとの様子を説明する。図3は、自車両2の運転席からユーザ4が前方視認した際の風景の一例を示した図である。表示画像Mの虚像Vは、実景中の特定の帯状対象物(車道外側線W1,車道中央線W2)に対して所定の位置関係を持って表示される帯状強調画像の虚像(以下、帯状強調虚像という)V1,V2を含む。図3に示す帯状強調虚像V1,V2は、それぞれ走行車線側の車道外側線W1,車道中央線W2を強調して車線逸脱を抑制する車線幅認識画像である。帯状強調虚像V1,V2は、それぞれが対象物である車道外側線W1,車道中央線W2の近傍であって、車道外側線W1,車道中央線W2に対して走行車線中央側に位置する位置関係となるように表示される。また、帯状強調虚像V1,V2は、自車両2の走行速度に応じて、車道外側線W1,車道中央線W2との間隔S1,S2が変化するように表示される。図3に示す例は、図3(b)の例が、図3(a)の例に対して自車両2の走行速度が大きい場合を示しており、図3(b)における間隔S2は、図3(a)における間隔S1よりも大きくなっている。このようにした理由については後で述べる。
次に、図4に基づいて、HUDシステム1におけるHUD装置100の表示処理について説明する。表示制御部500は、イグニッション(IGN)スイッチがオフ状態からオン状態となったと判定すると、ステップS1以降の処理を開始する。
まず、ステップS1において、表示制御部500は、前方情報取得部200からの帯状対象物(車道外側線W1,車道中央線W2など)の位置に関する情報(位置情報)、帯状対象物の形状に関する情報、帯状対象物と自車両2との距離に関する情報、視点位置検出部400からのユーザ4の視点位置情報、及び車両ECU5からの走行速度情報などの各種情報を取得する。表示制御部500は、帯状対象物の位置情報を表示器11の表示面上の座標に変換した上でこの位置情報を保持する。
次に、ステップS2において、表示制御部500は、前方情報取得部200において帯状対象物を検出したか否かを判断する。具体的にはステップS1において帯状対象物の位置情報を取得した場合に帯状対象物を検出したと判断する。表示制御部500は、帯状対象物を検出したと判断した場合(ステップS2でYES)はステップS3に移行し、帯状対象物を検出していないと判断した場合(ステップS2でNO)はステップS1に戻って帯状対象物が検出されるまで繰り返し各種情報を取得する。なお、前方情報取得部200において帯状対象物を検出する具体的方法としては、ステレオカメラ210が撮像した自車両2の前方風景画像を2値化処理あるいはエッジ検出処理し、出力されたエッジ画像をハフ変換することで前方風景画像中の直線部を検出する。検出された直線部のうち、路面上の帯状対象物であると推定できる角度のものを帯状対象物として検出する。
ステップS3において、表示制御部500は、前方情報取得部200において検出した帯状対象物を強調する帯状強調画像M1,M2(図5参照)を生成する。具体的には、ステップS1で取得した帯状対象物の形状に関する情報に基づいて、帯状対象物の形状に応じた帯状強調画像M1,M2を生成する。なお、角度や形状(直線状、破線状など)が異なる複数種類の帯状強調画像からなるデータテーブルを用意し、取得した帯状対象物の形状に最も近似する帯状強調画像を読み出してもよい。
次に、ステップS4において、表示制御部500は、ステップS1で取得した自車両2の走行速度情報に基づいて、帯状強調画像M1,M2の表示位置修正量を決定する。具体的には、表示制御部500は、記憶部520に保有している表示位置修正量データテーブルに基づいて走行速度の値に対応する表示器11の表示面上での表示位置修正量を読み出す。なお、表示位置修正量データテーブルにおいて、表示位置修正量は走行速度の値が大きくなるのに伴ってその値も大きくなる関係となっている。
次に、ステップS5において、表示制御部500は、図5に示すように、ステップS4で決定した表示位置修正量に基づいてステップS3で生成した帯状強調画像M1,M2の位置を修正して表示画像Mを生成する。具体的には、表示画像M全体における帯状強調画像M1,M2の位置をその虚像V1,V2が帯状対象物である車道外側線W1,車道中央線W2とちょうど重なる位置(図5の点線で示す位置)を基準位置として表示位置修正量の分だけ走行車線の中央側(表示画像Mの左右中央方向)に移動させる。なお、表示器11からフロントガラス3までの表示光Lの反射回数によっては、表示画像Mは左右が反転した画像となる場合がある。
次に、ステップS6において、表示制御部500は、ステップS5において生成した表示画像Mの画像データを表示器11に出力して、その表示面に表示画像Mを表示させる。表示器11の表示面に表示された表示画像Mを示す表示光Lは、リレー光学系を経てフロントガラス3に照射され、ユーザ4に表示画像Mの虚像V(帯状強調画像M1,M2の虚像である帯状強調虚像V1,V2)が視認される。
表示制御部500は、以上の処理をIGNスイッチがオン状態からオフ状態になったと判定されるまで繰り返し実行する。これにより、HUD装置100は、図3に示すように、帯状強調虚像V1,V2を帯状対象物である車道外側線W1,車道中央線W2に対して走行車線中央側に位置するように表示することができる。帯状強調虚像V1,V2は、自車両2に振動等が生じていない場合にも常に車道外側線W1,車道中央線W2とは重なっておらず、自車両2に振動等によって帯状強調画像V1,V2にズレが生じてもユーザ4は車道外側線W1,車道中央線W2との関係性が失われたように感じにくい。したがって、帯状強調虚像V1,V2を帯状対象物に重畳させて表示する場合と比べて、自車両2に振動等が生じても、ユーザ4が感じる表示の違和感を低減することができる。
また、HUD装置100は、図3に示すように、自車両2の走行速度に応じて、帯状強調虚像V1,V2と車道外側線W1,車道中央線W2との間隔S1,S2が変化する(走行速度が大きいほど間隔S1,S2が大きくなる)。したがって、自車両2の走行速度が速くなった場合に実際の車線よりも幅の狭い仮想ラインを提示でき、ユーザ4に安全運転を促すことができる。
また、HUD装置100は、図3に示すように、自車両2の走行速度に応じて、帯状強調虚像V1,V2と車道外側線W1,車道中央線W2との間隔S1,S2が変化する(走行速度が大きいほど間隔S1,S2が大きくなる)。したがって、自車両2の走行速度が速くなった場合に実際の車線よりも幅の狭い仮想ラインを提示でき、ユーザ4に安全運転を促すことができる。
本実施形態におけるHUD装置100は、表示画像Mを表示する表示器11を備え、表示画像Mを示す表示光Lをフロントガラス3に照射してユーザ4に表示画像Mの虚像Vを自車両2前方の実景と重ねて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、表示画像Mは、その虚像(帯状強調虚像V1,V2)が前記実景中の帯状の対象物(車道外側線W1,車道中央線W2)に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像M1,M2を含み、前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部(入出力部530)と、前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように表示器11に強調画像M1.M2を表示させる表示制御部500と、を備えてなる。
これによれば、自車両2に振動等が生じても、帯状強調虚像V1,V2についてユーザ4に与える表示の違和感を低減することができる。
また、HUD装置100は、自車両2の走行速度を入力する速度入力部(入出力部530)を備え、表示制御部500は、前記速度入力部が入力した前記走行速度に応じて、その虚像と前記対象物との間隔S1,S2が変化するように表示器11に強調画像M1,M2を表示させる。
これによれば、帯状強調虚像V1,V2によって自車両2の走行速度に応じた実際の車線よりも幅の狭い仮想ラインを提示でき、ユーザ4に安全運転を促すことができる。
これによれば、帯状強調虚像V1,V2によって自車両2の走行速度に応じた実際の車線よりも幅の狭い仮想ラインを提示でき、ユーザ4に安全運転を促すことができる。
なお、本発明は、以上の実施形態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。例えば、HUD装置100は、表示光Lをフロントガラス3に照射するものであったが、透過反射部は、板状のハーフミラーやホログラム素子などによって構成される専用のコンバイナ部材であってもよい。
1 HUDシステム(ヘッドアップディスプレイシステム)
2 自車両
3 フロントガラス
4 ユーザ
5 車両ECU
11 表示器
100 HUD装置(ヘッドアップディスプレイ装置)
200 前方情報取得部
400 視点位置検出部
500 表示制御部
530 入出力部(位置情報入力部、速度入力部)
L 表示光
M 表示画像
M1 帯状強調画像
M2 帯状強調画像
V 虚像
V1 帯状強調虚像
V2 帯状強調虚像
W1 車道外側線(対象物)
W2 車道中央線(対象物)
2 自車両
3 フロントガラス
4 ユーザ
5 車両ECU
11 表示器
100 HUD装置(ヘッドアップディスプレイ装置)
200 前方情報取得部
400 視点位置検出部
500 表示制御部
530 入出力部(位置情報入力部、速度入力部)
L 表示光
M 表示画像
M1 帯状強調画像
M2 帯状強調画像
V 虚像
V1 帯状強調虚像
V2 帯状強調虚像
W1 車道外側線(対象物)
W2 車道中央線(対象物)
Claims (2)
- 表示画像を表示する表示器を備え、前記表示画像を示す表示光を透過反射部に照射して視認者に前記表示画像の虚像を車両前方の実景と重ねて視認可能とするヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示画像は、その虚像が前記実景中の帯状の対象物に対して所定の位置関係を持つように表示される帯状の強調画像を含み、
前記対象物の位置に関する位置情報を入力する位置情報入力部と、
前記位置情報入力部が入力した前記位置情報に基づいて、前記位置関係として、その虚像が前記対象物に対して車線中央側に位置するように前記表示器に前記強調画像を表示させる表示制御部と、を備えてなることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 - 前記車両の走行速度を入力する速度入力部を備え、
前記表示制御部は、前記速度入力部が入力した前記走行速度に応じて、その虚像と前記対象物との間隔が変化するように前記表示器に前記強調画像を表示させる、ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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2015
- 2015-07-02 JP JP2015133312A patent/JP2017013671A/ja active Pending
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