JP2017159745A - 画像表示装置、画像表示方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】画像の表示輝度を低下させずに、虚像の描画可能範囲を広くすることが可能な画像表示装置を提供する。【解決手段】画像表示装置では、光源からのレーザ光は、第１光学部により走査又は反射される。第２光学部は、第１光学部により走査されたレーザ光を走査又は反射するか、第１光学部により反射されたレーザ光を走査する。制御部は、第１光学部及び／又は第２光学部を制御し、画像の表示位置を変更する。【選択図】図１

Description

本発明は、虚像を表示する画像表示装置に関する。

車両に搭載され、運転者に虚像を視認させることにより情報を表示する装置が知られている。特許文献１は、情報表示装置において、運転者の視点位置に応じて虚像のスクリーン上の表示位置を調整する技術を開示している。

国際公開ＷＯ２０１５／０３７１１７号公報

特許文献１に記載の情報表示装置によれば、運転者の視点の位置を検出し、検出された視点の位置に応じて、運転支援のための情報で構成される虚像の表示位置を調整することが可能であるが、情報表示装置の虚像の描画可能範囲を超えて虚像を表示させる技術については開示されていない。また、情報表示装置の虚像の描画可能範囲の全てに一度に画像を描画させると、単位面積当たりの光量が減少するため、画像の輝度が低下してしまう。

本発明の解決しようとする課題としては、上記のものが一例として挙げられる。本発明は、画像の表示輝度を低下させずに、虚像の描画可能範囲を広くすることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、車両に搭載され、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、前記レーザ光を走査又は反射する第１光学部と、前記第１光学部により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査する第２光学部と、前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１光学部及び／又は前記第２光学部を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、車両に搭載され、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置により実行される画像表示方法であって、前記レーザ光を走査又は反射する第１工程と、前記第１工程により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査する第２工程と、前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１工程及び／又は前記第２工程を制御する制御工程と、を備えることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、車両に搭載され、第１光学部と第２光学部とコンピュータとを備え、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置により実行されるプログラムであって、前記レーザ光を走査又は反射するように前記第１光学部を制御する第１制御手段、前記第１光学部により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査するように前記第２光学部を制御する第２制御手段、前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１制御手段及び／又は前記第２制御手段を制御する第３制御手段、として前記コンピュータを機能させることを特徴とする。

実施例に係る画像表示装置の概略構成を示す。 光源部の内部構成を示すブロック図である。 画像の表示位置を上方に変更する方法を示す。 画像の表示位置を左方向に変更する方法を示す。 第１の例による画像の表示例を示す。 第１の例による画像の表示処理のフローチャートである。 第３及び第４の例による画像の表示例を示す

本発明の１つの好適な実施形態では、車両に搭載され、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置は、前記レーザ光を走査又は反射する第１光学部と、前記第１光学部により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査する第２光学部と、前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１光学部及び／又は前記第２光学部を制御する制御部と、を備える。

上記の画像表示装置では、光源からのレーザ光は第１光学部により走査又は反射される。第２光学部は、第１光学部により走査されたレーザ光を走査又は反射するか、第１光学部により反射されたレーザ光を走査する。制御部は、第１光学部及び／又は第２光学部を制御し、画像の表示位置を変更する。これにより、状況に応じた適切な位置に画像を表示することが可能となる。

上記の画像表示装置の一態様は、前記画像を視認する利用者に対して、注意喚起が必要か否かを検出する注意喚起判定部を備え、前記制御部は、前記注意喚起判定部が前記利用者に対して注意喚起が必要であると判定した場合に、前記画像の表示位置を変更する。この態様では、利用者に対する注意喚起が必要な状況で、画像の表示位置を変更することにより注意喚起を行うことができる。

上記の画像表示装置の他の一態様は、目的地へ至る経路を案内するための経路案内部を備え、前記制御部は、前記経路における経由地において前記利用者に対する案内が必要となった場合に、前記画像の表示位置を変更する。この態様では、目的地までの経路において案内が必要な場合に、画像の表示位置を変更して案内を行う。

上記の画像表示装置の他の一態様は、前記車両の運転者の視線の方向を検出する視線検出部を備え、前記制御部は、前記画像の表示位置を、前記運転者の視線の方向に変更する。この態様では、運転者の視線の方向に画像を表示させることができる。

上記の画像表示装置の他の一態様は、前記車両に接近する物体を検知する物体検知部を備え、前記制御部は、前記画像の表示位置を、前記物体が接近している方向に変更する。この態様では、車両に接近する物体の方向に画像の表示位置を変更して注意喚起を行うことができる。

上記の画像表示装置の他の一態様は、前記車両の外部の明るさを検出する光検出部を備え、前記制御部は、前記外部の明るさが基準の明るさより暗い場合、前記画像の表示範囲を拡大する。この態様では、車両の外部が暗い場合には、画像の表示範囲を拡大して表示する。

本発明の他の好適な実施形態では、車両に搭載され、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置により実行される画像表示方法は、前記レーザ光を走査又は反射する第１工程と、前記第１工程により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査する第２工程と、前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１工程及び／又は前記第２工程を制御する制御工程と、を備える。この方法によっても、状況に応じた適切な位置に画像を表示することが可能となる。

本発明の他の好適な実施形態では、車両に搭載され、第１光学部と第２光学部とコンピュータとを備え、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置により実行されるプログラムは、前記レーザ光を走査又は反射するように前記第１光学部を制御する第１制御手段、前記第１光学部により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査するように前記第２光学部を制御する第２制御手段、前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１制御手段及び／又は前記第２制御手段を制御する第３制御手段、として前記コンピュータを機能させる。このプログラムをコンピュータで実行することにより、状況に応じた適切な位置に画像を表示することが可能となる。このプログラムは記憶媒体に記憶して取り扱うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例について説明する。
［装置構成］
図１は、本発明の実施例に係る画像表示装置（以下、単に「表示装置」と呼ぶ。）の概略構成を示す。表示装置１００は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として構成され、車両１に搭載される。車両１は、車室の天井２と、ボンネット３と、フロントガラス４と、ダッシュボード５とを備える。なお、説明の便宜上、車両１の前方方向を「Ｘ方向」とし、車両の幅方向を「Ｙ方向」とし、車両の上下方向を「Ｚ方向」とする。

表示装置１００は、光源部１０と、ミラー２１と、ミラー２２と、スクリーン２３と、凹面鏡２４とを備える。光源部１０は、内部に後述するレーザダイオード（ＬＤ）を備え、外部へレーザ光Ｌを出射する。ミラー２１及び２２は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラーとして構成される。ミラー２１は、Ｙ方向およびＺ方向に回動することによりレーザ光Ｌを反射しつつ、ミラー２２上に走査する。これにより、ミラー２２上には矩形の画像が形成される。ミラー２２は、基本的には固定されており、ミラー２１から入射するレーザ光Ｌをスクリーン２３の方向へ反射する。これにより、ミラー２２上に形成された画像がスクリーン２３に投射される。なお、ミラー２１、２２は本発明の光学部の一例である。

スクリーン２３はマイクロレンズアレイなどを含み、ミラー２２からのレーザ光Ｌにより構成される中間像が投影される。スクリーン２３に投影された中間像は、凹面鏡２４の曲率に応じた倍率で拡大されつつ反射され、車両１のダッシュボード５に形成された開口５ｘを通じてフロントガラス４に投影される。フロントガラス４に投影された画像を見た運転者は、フロントガラス４の前方にその虚像を視認する。こうして、光源部１０により生成された画像が虚像として表示される。

図２は、光源部１０の内部構成を示す。光源部１０は、信号処理部１１と、制御部１２と、レーザダイオード（ＬＤ）１３とを備える。信号処理部１１には、表示すべき画像に対応する画像信号が入力される。信号処理部１１は、入力された画像信号に基づいて、ＬＤ１３に駆動信号を供給する。ＬＤ１３は、赤色ＬＤ、青色ＬＤ、緑色ＬＤを含み、供給された駆動信号に基づいて、各色のＬＤを駆動することによりレーザ光Ｌを出射する。

制御部１２には、描画位置情報が入力される。描画位置情報は、フロントガラス４における画像の描画位置を示す情報であり、例えば、基準位置、基準位置よりも上方、基準位置よりも左右のいずれかなどを指定する情報である。描画位置を基準位置から変更する場合、描画位置情報は描画位置を移動する方向及びその移動量を示す情報としても良い。制御部１２は、制御信号Ｓ１によりミラー２１の回動動作を制御するとともに、制御信号Ｓ２によりミラー２２の角度を制御する。前述のように、ミラー２１は回動することによりレーザ光Ｌをミラー２２上で走査して中間像を形成するので、制御信号Ｓ１によりミラー２１を回動させるためのアクチュエータ２１ａの動作が制御される。一方、ミラー２２は基本的に固定であり、アクチュエータ２２ａによりその角度が調整可能となっている。よって、制御部１２は、制御信号Ｓ２によりアクチュエータ２２ａを駆動して、ミラー２２の角度（方向）を設定する。

［画像の表示位置の変更方法］
次に、画像の表示位置の変更方法について説明する。表示装置１００は、基本的に運転手が車両の前方に虚像を視認するように画像を表示する。ここで、まず、画像の表示位置を上方に変更する方法について説明する。図３（Ａ）は虚像（以下、単に「画像」と呼ぶ。）を基準位置に表示する際のミラー２２の角度を示し、図３（Ｂ）はそのときの画像の表示例を示す。なお、図３（Ａ）はミラー２１、２２などを側方から見た図である。この場合、制御部１２は基準サイズの画像を形成するようにミラー２１の走査を制御するとともに、基準サイズの画像が基準位置に表示されるようにミラー２２の角度を調整してミラー２２を固定する。これにより、図３（Ｂ）に示すように、画像３０が運転手の前方の基準位置Ｐに表示される。なお、基準位置Ｐは、車両１のステアリング６の前方であるとする。

図３（Ｃ）は画像を基準位置Ｐよりも上方に表示する際のミラー２２の角度を示し、図３（Ｄ）はそのときの画像の表示例を示す。なお、図３（Ｃ）はミラー２１、２２などを側方から見た図である。この場合、制御部１２は基準サイズの画像を形成するようにミラー２１の走査を制御するとともに、基準サイズの画像が基準位置Ｐよりも上方に表示されるようにミラー２２の角度を変更してミラー２２を固定する。これにより、図３（Ｄ）に示すように、画像３０Ｕが基準位置Ｐよりも上方の位置に表示される。

次に、画像の表示位置を左方向に変更する方法について説明する。図４（Ａ）は画像を基準位置Ｐに表示する際のミラー２２の角度を示し、図４（Ｂ）はそのときの画像の表示例を示す。なお、図４（Ａ）はミラー２１、２２などを上方から見た図である。この場合、制御部１２は基準サイズの画像を形成するようにミラー２１の走査を制御する（破線及び矢印２１ｘを参照）とともに、基準サイズの画像が基準位置Ｐに表示されるようにミラー２２の角度を調整してミラー２２を固定する。これにより、図４（Ｂ）に示すように、画像３０が運転手の前方の基準位置Ｐに表示される。

図４（Ｃ）は画像を基準位置Ｐよりも左に表示する際のミラー２２の角度を示し、図４（Ｄ）はそのときの画像の表示例を示す。なお、図４（Ｃ）はミラー２１、２２などを上方から見た図である。この場合、制御部１２は基準サイズの画像を形成するようにミラー２１の走査を制御する（破線及び矢印２１ｘを参照）とともに、基準サイズの画像が基準位置Ｐよりも左に表示されるようにミラー２２の角度を変更してミラー２２を固定する。これにより、図４（Ｄ）に示すように、画像３０Ｌが基準位置Ｐよりも左の位置に表示される。

［２つのミラーの関係］
次に、ミラー２１と２２の関係について説明する。本実施例では、基本的にミラー２１が画像の描画を担当し、ミラー２２が画像の表示位置の変更を担当することとしている。このため、ミラー２１による走査を高速で制御する必要があり、小型で軽量なものほど制御しやすいため、ミラー２１をミラー２２よりも前段、即ち光源部１０寄りに配置することが好ましい。但し、ミラー２１と２２の役割を逆にし、ミラー２１が画像の表示位置の変更を担当し、ミラー２２が画像の描画を担当するように構成しても構わない。基本的には、画像の表示位置の変更を担当するミラーは、任意の角度で停止して単なるミラーとして機能することを想定しており、画像の描画を担当するミラーと同期して回動する必要はない。但し、画像の描画を担当するミラーと画像の表示位置の変更を担当するミラーを同期制御して動作させることとしても構わない。

また、ミラー２１と２２の位置関係については、ミラー２１と２２の反射光が干渉しないことが条件となる。即ち、ミラー２１で反射したレーザ光Ｌとミラー２２で反射したレーザ光とが重なったり交わったりしないようにミラー２１と２２を配置する必要がある。本実施例においては、画像の描画を担当するミラー２１と画像の表示位置の変更を担当するミラー２２との距離が遠いほど、ミラー２２を大きくする必要がある。一方で、ミラー２１と２２の距離が近いと、それらの反射光が干渉しやすくなる。よって、反射光が干渉しない範囲で、ミラー２１と２２の距離を短くするのが好ましい。

本実施例では、画像の描画を担当するミラー２１は回動し、画像の表示位置の変更を担当するミラー２２はその角度（方向）を調整する際に駆動されるが、２つのミラーを動かす順序はどちらが先でも構わない。画像の描画を担当するミラー２１を所定範囲で回動するように設定し、かつ、画像の表示位置の変更を担当するミラー２２の角度（方向）を固定した後で、光源部１０からレーザ光Ｌを出射すればよい。

［画像の表示位置の変更例］
次に、表示位置の変更例について説明する。
（第１の例）
図５は、画像の表示位置の変更例を示す。通常時には、図５（Ａ）に示すように、画像３１を前述の基準位置Ｐに表示する。なお、通常時の画像３１は、例えば簡易地図表示、車両速度、現在位置の先の案内指示（５００ｍ先、右折など）などを含む。

一方、運転手に対する注意喚起を必要とする場合、図５（Ｂ）に示すように、注意喚起時の画像３１ａを基準位置Ｐよりも上方に表示する。注意喚起時の画像３１ａは、例えば、注意喚起を促す文字（図５（Ｂ）の例では「ＣＡＵＴＩＯＮ」）、画像、アイコン、又はそれらの組み合わせを含む。また、注意喚起を必要とする場合とは、例えば、運転者が脇見運転している場合、居眠り運転している場合、車両前方に危険物がある場合、車両に接近する物体が検知された場合などが挙げられる。このうち、運転者の脇見運転や居眠り運転は、車内に設けられたカメラで運転者の顔や視線の方向を検出したり、眼が空いているか否かを検出したりすることにより検知できる。車両前方の危険物の有無は、車両前方を撮影するカメラやレーダーなどのセンサを用いて検出することができる。また、車両に接近する物体の有無は車両の側方や後方を撮影するカメラやレーダーなどのセンサを用いて検出することができる。これらのカメラやレーダーなどのセンサは、本発明における注意喚起判定部の一例である。

また、目的地までの経路案内中に車両が案内地点に接近した場合には、図５（Ｃ）に示すように、案内時の画像３１ｂを基準位置Ｐからずらして表示する。案内時の画像３１ｂは、例えば、案内時における進行方向（右左折、分岐における左右の進行方向）が直感的に理解できるような矢印やマークなどを含む。図５（Ｃ）の例では、案内地点において左折の案内が行われるため、左折を示す矢印を含む画像３１ｂが基準位置Ｐよりも左に表示されている。同様に案内地点において右折の案内を行う場合には、右折を示す矢印を含む画像３１ｂを基準位置Ｐよりも右に表示すればよい。また、斜め右と斜め左への分岐地点においては、進行方向を示す斜め右又は斜め左への矢印を含む画像３１ｂを、基準位置Ｐよりも右上又は左上に表示すればよい。

図６は、第１の例によって画像の表示位置を変更する処理のフローチャートである。この処理は、表示装置１００により実行される。まず、表示装置１００は、画像の表示位置を基準位置Ｐに設定する（ステップＳ１０）。次に、表示装置１００は、前述のカメラやセンサなどを用いて、注意喚起が必要な状況であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。注意喚起が必要である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、表示装置１００は、画像の表示位置を注意喚起時の表示位置に変更し（ステップＳ１２）、ステップＳ１５へ進む。

一方、注意喚起が必要な状態でない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、表示装置１００は、案内地点に到達したか否かを判定する（ステップＳ１３）。案内地点に到達した場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、表示装置１００は画像の表示位置を案内時の表示位置に変更し（ステップＳ１４）、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、表示装置１００は、ステップＳ１０、Ｓ１２又はＳ１４で設定された表示位置に画像を表示する。具体的に、画像を基準位置に表示する場合には図５（Ａ）に示すような通常時の画像が表示され、画像を注意喚起時の表示位置に表示する場合には図５（Ｂ）に示すような注意喚起時の画像が表示される。また、画像を案内時の表示位置に表示する場合には、図５（Ｃ）に示すような案内時の画像が表示される。こうして、処理は終了する。

（第２の例）
第２の例では、車室内にカメラなどを設けて運転手の視線の方向を検知し、画像の表示位置を運転手の視線の先に変更する。例えば、運転手の視線の方向が車両の前方、即ち基準位置Ｐの方向ではなく、左方向にそれている場合には、表示装置１００は検出された視線の方向、即ち、基準位置Ｐよりも左方向に画像を表示する。これにより、運転手が脇見している場合でも運転手に画像を見させることができる。なお、この場合のカメラは本発明の視線検出部の一例である。

（第３の例）
第３の例では、車両１に車外の接近物を検出することが可能なセンサを設け、車両１に接近してくる物体を検知する。そして、その物体が接近してくる方向に画像を表示する。この場合に表示する画像は、例えば注意喚起を促す文字、画像、又はその組み合わせとするのが好ましい。図７（Ａ）、（Ｂ）は第３の例による画像の表示例を示す。具体的には、車両１の左方向から接近物があることをセンサが検知すると、表示装置１００は、図７（Ａ）に示すように左方から接近物があることを示すテキストを含む画像３１ｃ、又は、図７（Ｂ）に示すように車両の外観及び接近物の到来方向を示す画像３１ｄを、基準位置Ｐよりも左方向に表示する。なお、このセンサは本発明の物体検知部の一例である。

（第４の例）
第４の例では、車両１に車外の明るさを検出することが可能なセンサを設け、車外の明るさに応じて画像の表示範囲を変更する。画像の表示範囲を拡大した場合、光源部１０から出射されるレーザ光の全光量は同じであるため、表示される画像の輝度は低下する。しかし、夜間やトンネル内などで車外が暗い場合には、表示される画像の輝度が低下しても画像がそれほど見にくくなることはないので、画像の表示範囲を拡大する。これは、夜間などにおいて画像の輝度を抑えて視認性を上げることにもなる。通常、車外の明るさは夕方よりも夜間の方が暗いので、夕方よりも夜間の方が画像がより拡大されるようにしてもよい。なお、画像の表示範囲を拡大するのは車両の周囲が暗い場合に限定されず、日中などで車外が明るい場合に画像の表示範囲を拡大してもよい。なお、上記のセンサは、本発明の光検出部の一例である。

上記の実施例では、基本的に画像の表示位置の変更を担当するミラー２２は固定としているが、この第４の例では、画像の表示範囲を拡大するためにミラー２２も一定の角度範囲で回動させる必要がある。即ち、ミラー２２を回動させることにより、ミラー２１により形成された画像を拡大しつつ反射してスクリーン２３に投影することになる。

以上のように、上記の実施例では、画像を表示する位置をフレキシブルに変更することが可能となるので、種々の状況において適切な表示態様で画像を表示することができる。

１ 車両
１０ 光源部
１１ 信号処理部
１２ 制御部
１３ レーザダイオード（ＬＤ）
２１、２２ ミラー
２３ スクリーン
２４ 凹面鏡
１００ 表示装置

Claims (9)

1. 車両に搭載され、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置であって、
   前記レーザ光を走査又は反射する第１光学部と、
   前記第１光学部により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査する第２光学部と、
   前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１光学部及び／又は前記第２光学部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記画像を視認する利用者に対して、注意喚起が必要か否かを検出する注意喚起判定部を備え、
   前記制御部は、前記注意喚起判定部が前記利用者に対して注意喚起が必要であると判定した場合に、前記画像の表示位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 目的地へ至る経路を案内するための経路案内部を備え、
   前記制御部は、前記経路における経由地において前記利用者に対する案内が必要となった場合に、前記画像の表示位置を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
4. 前記車両の運転者の視線の方向を検出する視線検出部を備え、
   前記制御部は、前記画像の表示位置を、前記運転者の視線の方向に変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
5. 前記車両に接近する物体を検知する物体検知部を備え、
   前記制御部は、前記画像の表示位置を、前記物体が接近している方向に変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の画像表示装置。
6. 前記車両の外部の明るさを検出する光検出部を備え、
   前記制御部は、前記外部の明るさが基準の明るさより暗い場合、前記画像の表示範囲を拡大することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の画像表示装置。
7. 車両に搭載され、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置により実行される画像表示方法であって、
   前記レーザ光を走査又は反射する第１工程と、
   前記第１工程により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査する第２工程と、
   前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１工程及び／又は前記第２工程を制御する制御工程と、
   を備えることを特徴とする画像表示方法。
8. 車両に搭載され、第１光学部と第２光学部とコンピュータとを備え、光源からのレーザ光を基に構成された画像を表示する画像表示装置により実行されるプログラムであって、
   前記レーザ光を走査又は反射するように前記第１光学部を制御する第１制御手段、
   前記第１光学部により走査されたレーザ光を走査もしくは反射し、又は、前記第１光学部により反射された光を走査するように前記第２光学部を制御する第２制御手段、
   前記画像の表示位置を変更可能な態様で、前記第１制御手段及び／又は前記第２制御手段を制御する第３制御手段、
   として前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
9. 請求項８に記載のプログラムを記憶したことを特徴とする記憶媒体。