JP2018066837A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の置かれた状況は運転中に変化する。そのため、傾斜した像の角度が固定されていると、状況に応じた視角的な効果が制限されてしまう。虚像の表示の視覚的な効果を向上する。【解決手段】虚像表示装置（１）は、車両に搭載される虚像表示装置であって、プロジェクター（１０）及びスクリーン（５２）を備える。プロジェクター（１０）は、映像の情報を含む映像光を発する。スクリーン（５２）は、映像光を投射されて映像を表示する。スクリーン（５２）は、プロジェクター（１０）に対して回転することで、前記映像光の入射角を変更する。スクリーン（５２）上に表示された映像は、虚像として投影される。【選択図】 図１

Description

本発明は、車両のダッシュボード等に搭載されて、乗員に情報を提供する表示装置に関するもので、特に、車両の前方に虚像を表示する装置に関するものである。

従来から、車両の運転中に、大きな視線移動を行うことなく、運転に必要な補助情報などを視認できるヘッドアップディスプレイ装置が知られている。補助情報は、車両の前景に重ね合わされた虚像として表示される。

ヘッドアップディスプレイに表示される内容は、目的の異なる内容が切り替えられて表示される。表示される内容は、例えば、各種の警告に関する情報、速度、車間距離、車両の動作状況の情報、経路案内の指示に関する情報またはカーナビゲーションシステムの設定情報などである。車両の動作状況の情報は、例えば、クルーズコントロールの動作状況などである。クルーズコントロールは、運転中の自動車の速度を、アクセルペダルを踏むことなく一定に維持する機能である。経路案内の指示は、簡易地図または矢印などである。カーナビゲーションシステムの設定情報は、停車中の車両で設定される際に用いられる。

例えば、車線案内などは、路面に沿って見せるために、傾斜した像で表示されることが望ましい。一方、速度表示などは、道路に対して垂直な像で表示されることが望ましい。

例えば、特許文献１には、運転者側からフロントガラスを見たとき、第１の表示像は略平面的に表示され、第２の表示像は、あたかも手前側から遠方側に向けて傾斜しているかのごとき奥行き感を有して立体的に表示される表示装置が示されている。

特開２０１３−８３６７５号公報（段落００３８、００４１、図１、７）

しかしながら、車両の置かれた状況は運転中に変化する。そのため、傾斜した像の角度が固定されていると、状況に応じた視角的な効果が制限されてしまうという課題があった。

車両に搭載される虚像表示装置であって、映像の情報を含む映像光を発するプロジェクターと、前記映像光を投射されて前記映像を表示するスクリーンとを備え、前記スクリーンは、前記プロジェクターに対して回転することで、前記映像光の入射角を変更し、前記スクリーン上に表示された映像は、虚像として投影される虚像表示装置。

この発明によれば、虚像の表示の視覚的な効果を向上することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の要部説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置のシステム構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の要部説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示画像の説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示画像の説明図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の表示画像の説明図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の表示画像の説明図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用表示装置の表示画像の説明図である。 この発明の実施の形態３に係る車両用表示装置の表示画像の説明図である。

「ダッシュボード」とは、自動車の運転席とエンジン室との間に組み込まれた仕切板で、速度計などの計器類または収納スペースが取り付けられている部分である。

以下の実施の形態の説明において、図の説明を容易にするためにｘｙｚ座標を用いる。ｘ軸は、車両の前方に対して左右方向である。＋ｘ軸方向は、車両の前方を見て右側である。−ｘ軸方向は、車両の前方を見て左側である。ｙ軸は、上下方向である。＋ｙ軸方向は上方向である。−ｙ軸方向は下方向である。上方向は空の方向で、下方向は地面の方向である。ｚ軸は、車両の前後方向である。＋ｚ軸方向は、車両の前方である。−ｚ軸方向は、車両の後方である。＋ｘ軸方向に向かって見て時計回りが＋Ｒｘである。＋ｙ軸方向に向かって見て時計回りが＋Ｒｙである。＋ｚ軸方向に向かって見て時計回りが＋Ｒｚである。

実施の形態１．
＜虚像表示装置１の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る虚像表示装置１の構成と虚像を表示するための構成を示した図である。

虚像表示装置１は、例えば、ダッシュボード３１の内部に配置されている。虚像表示装置１は、プロジェクター１０およびスクリーン５２を備えている。虚像表示装置１は、スクリーン５１を備えることができる。

プロジェクター１０は、虚像として表示される映像光を投射する。プロジェクター１０は、レーザー光源（図示せず）と走査部（図示せず）とを備えている。走査部は、レーザー光源から出射されたレーザー光を２次元方向に走査する。そして、走査部は、スクリーン５１，５２上に映像を映し出す。「映像光」とは、映像情報を有する光のことである。

スクリーン５１，５２は、透過型スクリーンである。そのため、プロジェクター１０と反対側から見て、スクリーン５１，５２上に映像を視認することができる。プロジェクター１０の反対側は、実施の形態１では＋ｚ軸方向である。プロジェクター１０によって、スクリーン５１，５２には、映像光が投射される。スクリーン５１は、第１のスクリーンである。スクリーン５２は、第２のスクリーンである。

凹面ミラー４は、スクリーン５１，５２上に形成された映像を投影する。凹面ミラー４は、スクリーン５１，５２から出射された映像光を反射する。

スクリーン５１から発せられた映像光は、光路７４をたどって凹面ミラー４に到達する。凹面ミラー４で反射された映像光は、光路７３をたどってウインドシールド３に到達する。ウインドシールド３で反射された映像光は、光路７１をたどって運転者のアイポイント２に到達する。

スクリーン５２から発せられた映像光は、光路８４をたどって凹面ミラー４に到達する。凹面ミラー４で反射された映像光は、光路８３をたどってウインドシールド３に到達する。ウインドシールド３で反射された映像光は、光路８１をたどって運転者のアイポイント２に到達する。

ウインドシールド３は、虚像表示装置１から投射された映像光を運転者などに向けて反射する機能を有している。ここでは、一例として、フロントガラス型のヘッドアップディスプレイで説明する。しかし、虚像表示装置１は、コンバイナ型のヘッドアップディスプレイなどへの適用も可能である。

ウインドシールド３は、一般的には、車両の外側に向かって凸形状の曲面で形成されている。凹面ミラー４の曲面形状は、ウインドシールド３の曲面形状と組合されて、虚像２１，２２が形成されるように設計されている。

虚像２１は、スクリーン５１上に投影された映像の虚像である。虚像２１のアイポイント２からの虚像距離は、距離Ｌ１である。虚像２２は、スクリーン５２上に投影された映像の虚像である。虚像２２のアイポイント２からの虚像距離は、距離Ｌ２である。

光路７４の光路長を距離Ｄ１とする。光路８４の光路長を距離Ｄ２とする。光路７３の光路長を距離Ｌ５とする。光路８３の光路長を距離Ｌ７とする。光路７１の光路長を距離Ｌ４とする。光路８１の光路長を距離Ｌ６とする。この場合には、式１の関係が成り立つ。
（Ｄ１＋Ｌ５＋Ｌ４）＜（Ｄ２＋Ｌ７＋Ｌ６） ・・・・（１）

虚像距離Ｌ１，Ｌ２は、式１の関係に対応して、式２の関係になる。つまり、虚像距離Ｌ１とＬ２との大小関係は（Ｄ１＋Ｌ５＋Ｌ４）と（Ｄ２＋Ｌ７＋Ｌ６）との大小関係で決まる。
Ｌ１＜Ｌ２ ・・・・（２）

図２は、プロジェクターとスクリーン５１，５２との構成を示した斜視図である。

スクリーン５２の上端部には、支軸１１０が取り付けられている。スクリーン５２の上端部は、スクリーン５２の＋Ｙ軸側の端部である。図２では、支軸１１０は、Ｘ軸に平行に配置されている。スクリーン５２は、支軸１１０を中心として回転可能に支持されている。スクリーン５２は、支軸１１０を中心として傾斜することができる。

支軸１１０の一端には、モーター１０１が取り付けられている。図２では、モーター１０１は、支軸１１０の−Ｘ軸側の端部に取り付けられている。モーター１０１は、スクリーン５２を傾斜させる駆動源である。

スクリーン５２は、スクリーン５１よりも−Ｚ軸側に配置されている。つまり、スクリーン５２は、スクリーン５１よりもプロジェクター１０に近い位置に配置されている。

図２において、スクリーン５１には、映像２０１が投影されている。スクリーン５２には、映像２０２が投影されている。映像２０１は、例えば、時刻または走行速度などである。映像２０１は、例えば、走行経路を示す矢印である。

図３は、車内ネットワークシステム５００の構成を示すブロック図である。

車内ネットワークシステム５００は、例えば、表示制御回路３０１、クラスターディスプレイ３０２、センターディスプレイ３０３、通信モジュール３０６、ナビゲーション装置３０７およびセンサー３１０を備えている。

クラスターディスプレイは、運転に必要な各種メーターを表示するディスプレイである。センターディスプレイは、運転席前面の計器盤の中央の最上段に配して視認性を高めたディスプレイである。

表示制御回路３０１は、ナビゲーション装置３０７、センサー３１０または通信モジュール３０６から情報を取得する。センサー３１０は、車両に設置された各種のセンサーである。センサー３１０は、例えば、車速センサー、路面センサーまたは車間距離センサーなどである。通信モジュール３０６は、例えば、インターネット３２０経由して車外から情報を取得する。

表示制御回路３０１は、取得した情報に応じて、運転者へ提供すべき映像を生成する。生成された映像は、映像信号としてプロジェクター１０、クラスターディスプレイ３０２またはセンターディスプレイ３０３に供給される。または、生成された映像は、映像信号として構成要素１０，３０２，３０３の組合せまたは全てに供給される。

表示制御回路３０１は、プロジェクター１０に供給する映像の内容に応じて、モーター１０１を駆動する。つまり、表示制御回路３０１は、プロジェクター１０に供給する映像の内容に応じて、スクリーン５２の傾斜角を変更する。

表示制御回路３０１、ナビゲーション装置３０７、各種センサー３１０または通信モジュール３０６は、車内ネットワークシステム５００によって相互に情報の授受を行う。

＜虚像の表示＞
次に表示する際の動作について説明する。

図４は、虚像表示装置１のスクリーン５２の傾斜による虚像２２の傾斜を説明する図である。図５は、虚像表示装置１のスクリーン５２の傾斜を示した斜視図である。

運転者は、例えば、運転を開始する前に、ナビゲーション装置３０７に目的地を設定する。そして、運転者は、ヘッドアップディスプレイに経路案内を表示させて走行する。

この場合には、図４および図５に示すように、スクリーン５２は、Ｘ−Ｙ平面に対して、支軸１１０を中心に、＋Ｒｘ方向に傾斜している。プロジェクター１０は、スクリーン５１，５２に向かって映像光を投射する。

図５に示すように、映像２０１は、スクリーン５１上に投影される。映像２０１は第１の映像である。映像２０１は、例えば、現在の速度と目的地への到着予想時刻とである。映像２０２は、スクリーン５２上に投影される。映像２０２は、例えば、経路案内の矢印である。映像２０２は第２の映像である。

プロジェクター１０は、上述のように、レーザー光を走査して映像を形成する。このため、プロジェクター１０からスクリーン５１，５２までの距離が異なっている場合でも、映像２０１，２０２のピントがずれることなく、プロジェクター１０は、スクリーン５１，５２上に映像２０１，２０２を表示することができる。また、スクリーン５２が傾斜した場合でも、プロジェクター１０は、スクリーン５２上に映像２０１，２０２を表示することができる。

光路８４の光路長は、スクリーン５２の上端（＋Ｙ方向端）では距離Ｄ２である。一方、光路８４の光路長は、スクリーン５２の下端（−Ｙ方向端）では距離Ｄ３である。距離Ｄ２と距離Ｄ３とは、式３の関係になる。つまり、距離Ｄ３は距離Ｄ２よりも長い。
Ｄ２＜Ｄ３ ・・・・（３）

スクリーン５２の上端の投射光路長をＯＬ１とし、下端の投射光路長をＯＬ２とする。投射光路長をＯＬ１，ＯＬ２は、式４で表わされる。
ＯＬ１＝Ｄ２＋Ｌ７＋Ｌ６・・・・（４ａ）
ＯＬ２＝Ｄ３＋Ｌ７＋Ｌ６・・・・（４ｂ）

式３の関係から、式５関係になる。つまり、投射光路長ＯＬ２は投射光路長ＯＬ１よりも長い。
（Ｄ２＋Ｌ７＋Ｌ６）＜（Ｄ３＋Ｌ７＋Ｌ６）・・・・（５）

図６および図７は、アイポイント２から見た虚像２１，２２の表示状態を示す図である。

運転者は、ウインドシールド３の下端の領域を通して、前方の距離Ｌ１の位置に第１の虚像２１を視認する。また、運転者は、距離Ｌ１よりも遠い位置に第２の虚像２２を視認する。第２の虚像２２は、第１の虚像２１よりも上側に映し出されている。

第２の虚像２２の下端部は、前方の距離Ｌ２の位置に表示される。第２の虚像２２の上端部は、前方の距離Ｌ３の位置に表示される。これによって、第２の虚像２２は、路面に沿ったように視認される。図６では、案内用の矢印が第２の虚像２２として表示されている。案内用の矢印は、例えば、交差点で左折することを示している。

次に、曲がるべき交差点が近づいてきた場合について説明する。

表示制御回路３０１は、ナビゲーション装置３０７から曲がるべき交差点までの距離情報を受け取る。表示制御回路３０１は、プロジェクター１０へ提供する映像を生成する。また、表示制御回路３０１は、モーター１０１を動作させる。

曲がるべき交差点までの距離に応じて、表示制御回路３０１は、スクリーン５２の傾斜を変化させる。つまり、曲がるべき交差点が近づくに従って、表示制御回路３０１は、第２の虚像２２が垂直になるように、スクリーン５２の傾斜角度を変更する。図７では、第２の虚像２２は、第１の虚像２１と同様に、路面に対して垂直に表示されている。図４では、表示制御回路３０１は、スクリーン５２を−Ｒｘ方向に回転させる。

運転者は、曲がるべき交差点が近づいたことを、案内用の矢印が起き上がることで認識することができる。車両が交差点を曲がり終えると、スクリーン５２は、再び、図４および図５に示すように、傾斜した状態に戻る。そして、案内用の表示は、図６に示すように、路面に沿って表示される。

以上のように、虚像表示装置１は、運転者にとって分かりやすい表示方法で、情報を提供することができる。

＜変形例１＞
変形例１では、地図をヘッドアップディスプレイで表示させながら運転している場合について説明する。

図８および図９は、アイポイント２から見た虚像２１，２２の表示状態を示す図である。

例えば、車両が停車中の場合には、図１および図２に示すように、スクリーン５２は傾斜していない。図８に示すように、第２の虚像２２は、第１の虚像２１と同様に、路面に対して垂直に表示されている。運転者は、表示されている地図が傾斜していないため、地図上の位置関係を正しく読み取ることができる。

車両が走行中の場合には、表示制御回路３０１は、車速センサーから速度情報を受け取る。表示制御回路３０１は、車両の速度に応じて、スクリーン５２の傾斜を変化させる。例えば、車両の速度が増すに連れて、表示制御回路３０１は、スクリーン５２を傾斜させる。つまり、図９に示すように、第１の虚像２１は、車両の速度が増すに連れて、路面に沿ったように表示される。

運転者は、地図の傾斜の度合いで、車両の速度変化を認識することができる。車両が停車すると、スクリーン５２は、再び、図１及び図２に示すように、傾斜していない状態に戻る。そして、図８に示すように、第２の虚像２２（地図）は、第１の虚像２１と同様に、路面に対して垂直に表示される。

＜変形例２＞
変形例２では、例えば、ナビゲーション装置３０７の設定の際に、スクリーン５２の傾斜を制御する場合について説明する。ここでは、運転者は、ナビゲーション装置３０７で目的地の設定を行う。

図８および図９は、アイポイント２から見た虚像２１，２２の表示状態を示す図である。

通常では、上述のように、車両が停車中の場合には、図１および図２に示すように、スクリーン５２は傾斜していない。つまり、図１０に示すように、第２の虚像２２は、第１の虚像２１と同様に、路面に対して垂直に表示されている。

運転者が目的地を設定する操作を開始すると、第２の虚像２２には、目的地としての候補が表示される。図１０では、例えば、第２の虚像２２には、３つの候補が表示されている。図１０で表示されている候補は、上から「小林さん宅」、「自宅」および「関西空港」である。

ここで、スクリーン５２が傾斜して、図１１に示すように、第２の虚像２２は、遠近感のある表示に切り替わる。つまり、３つの候補地は、車両に向かって、縦に並ぶように表示される。

図１１では、一番手前に「関西空港」が表示されている。「関西空港」の後に「自宅」が表示されている。「自宅」の後に「小林さん宅」が表示されている。つまり、一番優先度の高い目的地は「関西空港」であることが分かる。二番目に優先度の高い目的地は、「自宅」であることが分かる。そして、３つの候補の中で、一番優先度の低い目的地は「小林さん宅」であることが分かる。

運転者が候補地を選択する操作をすることで、候補地は順番に入れ替わる。これによって、運転者は、選択中の候補地を容易に認識することができる。

なお、上述の実施の形態においては、虚像表示装置１は、２つのスクリーン５１，５２を備えている。スクリーン５１は、固定されたスクリーンである。スクリーン５２は、傾斜角度が可変するスクリーンである。しかし、虚像表示装置１は、固定されたスクリーンを備えず、傾斜角度が可変するスクリーンを備えることができる。

また、上述の実施の形態においては、運転者から見て、第１の虚像は下側に表示されて、第２の虚像は上側に表示されている。第１の虚像２１は、固定された像である。第２の虚像２２は、傾斜して表示される像である。しかし、運転者から見て、第１の虚像は上側に表示されて、第２の虚像は下側に表示されてもよい。また、運転者から見て、第１の虚像と第２の虚像とは、並べて表示されてもよい。また、表示される虚像の数を変更してもよい。

なお、上述の各実施の形態においては、「平行」または「垂直」などの部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載をした場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１ 虚像表示装置、 ２ アイポイント、 ３ ウインドシールド、 ４ 凹面ミラー、 １０ プロジェクター、 ２１ 第１の虚像、 ２２ 第２の虚像、 ３１ ダッシュボード、 ３５ ステアリングホイール、 ５１ 第１のスクリーン、 ５２ 第２のスクリーン、 ７１ 光路１、 ７２ 光路２、 ７３ 光路３、 ７４ 光路４、 ８１，８２，８３，８４ 光路、 ９１，９２ 投射映像光、 ９１，９２ 投射光路、 １０１ モーター、 １１０ 支軸、 ２０１ 第１の映像、 ２０２ 第２の映像、 ２１０ 表示映像、 ３０１ 表示制御回路、 ３０２ クラスターディスプレイ、 ３０３ センターディスプレイ、 ３０６ 通信モジュール、 ３０７ ナビゲーション装置、 ３１０ センサー、 ３２０ インターネット、 ５００ 車内ネットワークシステム、 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７，Ｄ１，Ｄ２ 距離、 ＯＬ１，ＯＬ２ 投射光路長。

Claims (6)

1. 車両に搭載される虚像表示装置であって、
   映像の情報を含む映像光を発するプロジェクターと、
   前記映像光を投射されて前記映像を表示するスクリーンと
   を備え、
   前記スクリーンは、前記プロジェクターに対して回転することで、前記映像光の入射角を変更し、
   前記スクリーン上に表示された映像は、虚像として投影される虚像表示装置。
2. 前記スクリーンは、連続的に前記映像光の入射角を変更する請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記スクリーンの前記回転によって、投影された前記虚像の上端は投影された前記虚像の下端よりも遠方に表示される請求項１または２に記載の虚像表示装置。
4. 前記映像は、前記車両の運転に利用する情報を含み、
   前記情報の適用時期が近づくに従い、前記スクリーンは、前記映像光の入射角を小さくするように回転する請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
5. 前記映像は、前記車両の速度情報を含み、
   前記車両の速度が増すに従い、前記スクリーンは、前記映像光の入射角を大きくするように回転する請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。
6. 前記映像は、前記車両の運行経路の設定情報を含み、
   前記運行経路の設定の際に、前記スクリーンは、前記映像光の入射角を大きくするように回転する請求項１から３のいずれか１項に記載の虚像表示装置。

Images