JP2018114909A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】実景の視認性低下を抑制する。【解決手段】ハーフミラー４０は、第２の表示部２０からの第２の表示光１２０の光軸の光路上であり、かつ第１の表示部１０からの第１の表示光１１０の光軸の光路上に配置され、投射部３０は、ハーフミラー４０が透過した第２の表示光１２０およびハーフミラー４０が反射した第１の表示光１１０を被投影部材に向けて投射することで、第２の画像２２の第２の虚像２２０と第１の画像１２の第１の虚像２１０とを結像させ、角度調整部６０は、第１の表示面１３、ハーフミラー４０、および第１の表示面１３からの第１の表示光１１０をハーフミラー４０に向けるリレー光学部５０の少なくともいずれかの角度を、前記第１の表示面に反射された外光が視認者に視認されないように、変化させる。【選択図】 図３

Description

本発明は、虚像を表示するヘッドアップディスプレイに関するものである。

特許文献１に開示されるヘッドアップディスプレイは、第１の表示面に第１の画像を表示する第１の表示部と、第２の表示面に第２の画像を表示する第２の表示部と、第１の表示面の第１の画像の光を反射し、かつ第２の表示面の第２の画像の光を透過するハーフミラーと、ハーフミラーからの光を投射する投射部と、を備え、第１の画像の虚像である第１の虚像と、第２の画像の虚像である第２の虚像と、を視認させる。

表示面に表示される画像は、視認者に虚像として視認させたい画像要素を含み、この画像要素が表示される領域以外は、典型的には、明度の低い黒表示とされる。これにより、ヘッドアップディスプレイから出射される光は、画像要素に基づく光のみになり、画像要素の虚像のみが明確に視認される。

特開２００８−００３３５５号公報

しかしながら、ヘッドアップディスプレイの外部から太陽光などの外光が、ヘッドアップディスプレイの内部の表示面に入射すると、表示面の黒表示した領域で反射した外光が再びヘッドアップディスプレイの外部に出射することで、画像要素の虚像だけではなく、黒表示した領域の虚像も視認者に視認されてしまう。これにより、視認者の前方の実景が、表示面のうち黒表示した領域の虚像により妨げられ、実景の視認性が低下してしまうという問題があった。

本発明の１つの目的は、実景の視認性低下を抑制したヘッドアップディスプレイを提供することである。

本発明の第１の態様のヘッドアップディスプレイは、
第１の表示面１３に第１の画像１２を表示し、前記第１の表示面から前記第１の画像に基づく第１の表示光１１０を出射する第１の表示部１０と、
第２の表示面２３に第２の画像２２を表示し、前記第２の表示面から前記第２の画像に基づく第２の表示光１２０を出射する第２の表示部と、
前記第２の表示部からの前記第２の表示光の光軸の光路上であり、かつ前記第１の表示部からの前記第１の表示光の光軸の光路上に配置されるハーフミラー４０と、
前記ハーフミラーが透過した前記第２の表示光および前記ハーフミラーが反射した前記第１の表示光を被投影部材に向けて投射することで、前記第１の画像の第１の虚像２１０と前記第２の画像の第２の虚像２２０とを結像させる投射部３０と、
前記第１の表示面、前記ハーフミラー、および前記第１の表示面からの前記第１の表示光を前記ハーフミラーに向けるリレー光学部５０の少なくともいずれかの角度を変化させる角度調整部６０と、を備え、
前記角度調整部は、前記第１の表示面に反射された外光３００が視認者に視認されないように、前記角度の変化を実行する。
第１の態様において、前記角度調整部が、前記第１の表示面、前記ハーフミラー、および前記リレー光学部の少なくともいずれかの角度を変化させることで、前記第１の表示面に反射された外光が視認者に視認されないため、実景の視認性低下を抑制することができる。

第１の態様に従属する第２の態様において、第２の前記角度調整部は、前記第１の画像に含まれる画像要素１４の種類、前記画像要素の大きさ、および前記画像要素の数の少なくともいずれかが所定の条件を満たすことに応じて、前記角度の変化を実行させてもよい。
第２の態様では、前記第１の画像に含まれる前記画像要素の種類、大きさ、数が所定の条件を満たし、視認者に対して表示する前記第１の画像の影響度が低いと判定した場合にのみ、前記角度調整部による前記角度調整を実行するため、影響度が高い前記第１の画像が前記角度調整に影響されてしまうことを防止することができる

第１または第２の態様に従属する第３の態様おいて、前記角度調整部が、前記角度の変化を実行した際、
前記第１の表示部は、前記第１の画像を非表示にしてもよい。第３の態様では、角度変化を実行した際に、前記第１の虚像として正常に視認されにくい第１の画像を非表示にするため、正常に表示されない前記第１の虚像が視認者に視認されることを防止することができる。

第１または第２の態様に従属する第４の態様おいて、前記角度調整部が、前記角度の変化を実行した際、
前記第１の表示部は、前記第１の画像を非表示にし、かつ
前記第２の表示部は、前記第１の画像に含まれる少なくとも１つの画像要素を表示してもよい。第４の態様では、角度変化を実行した際に、前記第１の虚像として正常に視認されに第１の画像を非表示にするため、正常に表示されない前記第１の虚像が視認者に視認されることを防止することができ、かつ、第１の画像に含まれる画像要素を、第２の虚像として視認者に視認させ続けることができる。

以下に説明する実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられ、当業者は、本発明が以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）１の構成を示す図である。
ＨＵＤ１は、例えば、第１の表示部１０、第２の表示部２０、凹面ミラー（投射部）３０と、ハーフミラー４０と、折り返しミラー（リレー光学部）５０と、角度調整部６０、制御部７０、及びこれらを収納する筐体８０と、から構成される。ＨＵＤ１は、表示光１００を、例えば、車両のフロントウインドシールドである被投影部材２に投影することで、視点３から見た被投影部材２を介した位置に虚像２００を結像する。具体的に、本実施形態のＨＵＤ１は、第１の表示部１０から出射される第１の表示光１１０と、第２の表示部２０から出射される第２の表示光１２０と、を被投影部材２に投影することで、第１の表示光１１０に基づく第１の虚像２１０と、第２の表示光１２０に基づく第２の虚像２２０とを結像する。ＨＵＤ１は、一般的に車両のダッシュボードの中に収納されるが、全部または一部がダッシュボードの外部に配置されてもよい。ＨＵＤ１（制御部７０）は、車両に搭載される車載ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などからなるバス４に接続され、このバス４から車両情報または画像データの一部もしくは全部を入力することができる。

第１の表示部１０は、例えば、ＤＭＤやＬＣｏＳなどの反射型表示デバイスを用いたプロジェクタなどからなる第１の投影部１１と、第１の投影部１１からの投影光を受光して第１の画像１２を表示し、この第１の画像１２を示す第１の表示光１１０を折り返しミラー５０に向けて出射する第１のスクリーン（第１の表示面）１３と、から主に構成される。第１の表示部１０は、後述する制御部７０から入力する第１の画像データＤ１に基づき、第１のスクリーン１３に第１の画像１２を表示する。第１の画像１２は、視認者に視認させる画像要素１４を含み、画像要素１４を表示する領域以外は明度の低い黒表示とされる。なお、第１の表示部１０は、第１の画像１２を表示する位置を第１のスクリーン１３上で変更することで、視認者が視認する第１の画像１２に基づく第１の虚像２１０の位置を変更することができる。

第２の表示部２０は、前述の第１の表示部１０と同様に、例えば、ＤＭＤやＬＣｏＳなどの反射型表示デバイスを用いたプロジェクタなどからなる第２の投影部２１と、第２の投影部２１からの投影光を受光して第２の画像２２を表示し、この第２の画像２２を示す第２の表示光１２０を後述するハーフミラー４０に向けて出射する第２のスクリーン２３と、から主に構成される。第１の表示部１０は、後述する制御部７０から入力する第２の画像データＤ２に基づき、第２のスクリーン２３に第２の画像２２を表示する。第２の画像２２は、視点３に視認させる画像要素２４を含み、画像要素２４を表示する領域以外は明度の低い黒表示とされる。第２の表示部２０は、第２の画像２２を表示する位置を第２のスクリーン２３上で変更することで、視認者が視認する第２の画像２２に基づく第２の虚像２２０の位置を変更することができる。

凹面ミラー３０は、例えば、第１の表示部１０及び第２の表示部２０から出射された第１の表示光１１０及び第２の表示光１２０の光路上に傾いて配置され、第１の表示部１０、第２の表示部２０から出射された第１の表示光１１０、第２の表示光１２０を、被投影部材２に向けて反射する。また、前述した第１の表示部１０の第１のスクリーン１３及び第２の表示部２０の第２のスクリーン２３は、凹面ミラー３０の焦点距離より凹面ミラー３０側に配置される。なお、より詳細に述べると、第１の表示部１０の第１のスクリーン１３及び第２の表示部２０は、凹面ミラー３０とフロントウインドシールド（透過反射部）２との光学特性を組み合わせた際の焦点距離よりも凹面ミラー３０側に配置される。これにより、第１のスクリーン１３に表示される第１の画像１２が第１の虚像２１０として結像され、第２のスクリーン２３に表示される第２の画像２２が、第２の虚像２２０として結像される。

また、凹面ミラー３０は、前述した第１の表示部１０の第１のスクリーン（第１の表示面）１２から凹面ミラー３０までの第１の表示光１１０の光路長が、第２の表示部２０の第２のスクリーン（第２の表示面）２２から凹面ミラー３０までの第２の表示光１２０の光路長より長くなるように配置される。これにより、第１の虚像２１０は、視認者から見て、第２の虚像２２０より離れた位置に結像される。なお、凹面ミラー３０は、典型的には、第１の画像１２（第２の画像２２）を拡大し、第１の虚像２１０（第２の虚像２２０）として結像させる拡大機能、被投影部材２の曲面により生ずる第１の虚像２１０、第２の虚像２２０の歪みを補正し、歪みのない虚像を視認させる歪み補正機能、第１の虚像２１０、第２の虚像２２０を視認者から所定の距離だけ離れた位置で結像させる結像位置調整機能を有する。

ハーフミラー４０は、例えば、透光性の基板の一方の表面に金属反射膜あるいは誘電体多層膜などの半透過反射層を形成される。ハーフミラー４０は、折り返しミラー５０により反射された第１の表示部１０からの第１の表示光１１０を凹面ミラー３０に向けて反射し、第２の表示部２０からの第２の表示光１２０を凹面ミラー３０側に透過する。ハーフミラー４０の透過率は、例えば５０％だが、適宜調整することで第１の虚像２１０、第２の虚像２２０の輝度を調整してもよい。

折り返しミラー（リレー光学部）５０は、例えば、平板状の平面鏡で形成され、第１の表示部１０からハーフミラー４０に向かう第１の表示光１１０の光路上に傾いて配置され、第１の表示部１０から出射された第１の表示光１１０をハーフミラー４０に向けて反射する。折り返しミラー５０は、第１の表示部１０からの第１の表示光１１０を折り返す（反射する）ことで、第１の表示光１１０の光路をコンパクトに抑えることができる。なお、折り返しミラー５０は、平面ではなく、曲面を有していてもよい。また、本発明のリレー光学部５０は、第１の表示部１０からハーフミラー４０へ向かう第１の表示光１１０の光路上に配置され、第１の表示光１１０をリレーするものであり、レンズなどの屈折光学系であってもよい。なお、本発明において、リレー光学部５０は、省略されてもよい。

角度調整部６０は、例えば、ステッピングモータやＤＣモータなどから構成されるアクチュエータと、該アクチュエータを制御する角度コントローラ（図示しない）と、から構成され、第１のスクリーン１３、ハーフミラー４０、および第１のスクリーン１３からの第１の表示光１１０をハーフミラー４０に向ける折り返しミラー５０の少なくともいずれかの角度を変化させることで、第１のスクリーン１３に入射した外光３００の反射光が視点３に向かわないようにする。角度調整部６０は、第１の画像１２を表示する第１のスクリーン１３の角度を調整する第１の角度調整部６１と、第１の画像１２に基づく第１の表示光１１０を反射するハーフミラー４０の角度を調整する第２の角度調整部６２と、第１のスクリーン１３とハーフミラー４０との間の第１の表示光１１０の光路上に配置される折り返しミラー５０の角度を調整する第３の角度調整部６３と、を含むが、第１乃至第３の角度調整部６１，６２，６３のうち少なくとも１つを残して省略されてもよい。

図２は、制御部７０の概略構成例を示す。図２に示されるように、制御部７０は、例えば、インターフェース７１、記憶部７２、表示コントローラ７３および角度コントローラ７４を含む。インターフェース７１は、バス４に接続される入出力通信インターフェースで構成され、記憶部７２は、例えばＲＯＭで構成され、表示コントローラ７３は、例えば単数または複数のＣＰＵやＲＡＭで構成される。例えば、インターフェース７１は、バス４を介して、後述する画像データＤを取得することができ、記憶部７２は、入力した画像データＤに基づいて第１の画像データＤ１と第２の画像データＤ２を生成するためのデータを記憶することができ、表示コントローラ７３は、記憶部７２からのデータを読み取り、所定の動作を実行することで、第１の画像データＤ１と第２の画像データＤ２を生成し、第１の投影部１１と第２の投影部２１とを制御する。

また、制御部７０は、前述したように、角度調整部６０の前記アクチュエータを制御するための角度コントローラ７４としての機能を有していてもよい。記憶部７２は、インターフェース７１から入力した画像データＤに基づいて、角度調整部６０の前記アクチュエータを制御する条件を満たしたか判定するためのデータと、角度調整部６０の前記アクチュエータの角度を調整するための駆動データＴを記憶することができ、角度コントローラ７４は、記憶部７２からのデータを読み取り、画像データＤが所定の条件を満たしたかを判定し、所定の条件を満たしていた場合、駆動データＴにより角度調整部６０のアクチュエータを制御する。角度コントローラ７４は、画像データＤのうち第１の画像１２に関連する第１の画像データＤ１を参照し、第１の画像１２に含まれる画像要素１４の種類、大きさ、数の少なくともいずれかが所定の条件を満たすことに応じて、第１のスクリーン１３に入射した外光３００の反射光が視点３に向かわないように、角度調整部６０のアクチュエータを制御する。角度コントローラ７４は、例えば、第１の画像１２に予め定められた重要度の高い画像要素１４が含まれていない場合、第１の画像１２に予め定められた大きさ以上の画像要素１４が含まれていない場合、または第１の画像１２に予め定められた数以上の画像要素１４が含まれていない場合、所定の条件を満たしたと判定し、角度調整部６０のアクチュエータを駆動データＴで制御する。なお、本実施形態においては、第１の表示部１０と第２の表示部２０とを制御する制御部７０が、アクチュエータを制御するための角度コントローラ７４としての機能も有するが、角度コントローラ７４は、第１の表示部１０と第２の表示部２０とを制御する制御部７０と別に設けられていてもよい。

図３は、角度調整部６０の角度調整例を示した図であり、図３（ａ）は、第１の角度調整部６１が第１のスクリーン１３の角度を調整した例を示す図であり、図３（ｂ）は、第２の角度調整部６２がハーフミラー４０の角度を調整した例を示す図であり、図３（ｃ）は、第３の角度調整部６３が折り返しミラー５０の角度を調整した例を示す図である。図３（ａ）に示すように、第１の角度調整部６１は、第１のスクリーン１３の角度を、外光３００の光軸の入射角が概ね４５度〜９０度となる角度１２ａ（元の角度は１２ｒ）に調整することで、第１のスクリーン１３における外光３００の反射光が視点３に向かわないようにできる。また、図３（ｂ）に示すように、第２の角度調整部６２は、ハーフミラー４０を所定の角度４０ａ（元の角度は４０ｒ）に調整することで、外光３００が第１のスクリーン１３に向かわないようにでき、すなわち、第１のスクリーン１３における外光３００の反射光が視点３に向かわないようにできる。また、図３（ｃ）に示すように、第３の角度調整部６３は、折り返しミラー５０を所定の角度５０ａ（元の角度は５０ｒ）に調整することで、外光３００が第１のスクリーン１３に向かわないようにでき、すなわち、第１のスクリーン１３における外光３００の反射光が視点３に向かわないようにできる。

図４は、本実施形態のＨＵＤ１の動作の例を示すフローチャートである。ＨＵＤ１は、例えば、車両が起動されたとき、又は、車両の電子機器に電力が供給されたとき、又は、車両の起動または車両の電子機器の電力供給から所定時間経過したときに以下に説明する処理を開始する。

ステップＳ１では、制御部７０は、インターフェース７１を介して車両ＥＣＵ５から画像データＤを取得し、ステップＳ２に移行する。
ステップＳ２では、制御部７０は、ステップＳ１で取得した画像データＤのうち第１の画像１２に関連する第１の画像データＤ１を参照し、第１の画像１２に含まれる画像要素１４の種類、大きさ、数の少なくともいずれかが所定の条件を満たすか判定する。制御部７０は、第１の画像１２に含まれる画像要素１４の種類、大きさ、数の少なくともいずれかが所定の条件を満たしていなければ（ステップＳ２でＮｏ）、ステップＳ１に戻り、所定の条件を満たしていれば（ステップＳ２でＹｅｓ）、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、制御部７０は、第１の画像１２を非表示にし、角度調整部６０は、前記アクチュエータを駆動することで、第１のスクリーン１３、ハーフミラー４０、または折り返しミラー５０の角度を、第１のスクリーン１３における外光３００の反射光が視点３に向かわないように調整する（ステップＳ４）。なお、制御部７０は、第１の画像１２を非表示にする際、第１の画像１２に表示していた画像要素１４の少なくとも１つを、第２の画像２２内に加えて表示させてもよい。なお、制御部７０は、第２の画像２２内に、第１の画像１２に表示されていた画像要素１４の表示態様を変更してから第２の画像２２内に加えてもよい。具体的には、制御部７０は、画像要素１４の形状や色や大きさを変更してもよい。

以上に説明した外光回避処理を実行することで、第１のスクリーン１３における外光３００の反射光が視点３に向かわないようにできるため、第１の画像１２の画像要素１４を表示しない黒表示領域が視認者に視認されにくくなり、実景の妨げになるのを防止することができる。また、制御部７０は、第１の画像１２に含まれる画像要素１４の種類、大きさ、数が所定の条件を満たし、視認者に対して表示する第１の画像１２の影響度が低いと判定した場合にのみ、上記外光回避処理を実行するため、影響度が高い第１の画像１２が上記外光回避処理で非表示になってしまうことを防止することができる。

［変形例］
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、実施形態及び図面に変更（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、変形例の一例を記す。

上記実施形態では、第１の虚像２１０を生成する第１の表示部１０と、第２の虚像２２０を生成する第２の表示部２０とを設けていたが、単体の表示部により、第１の表示面１３と第２の表示面２３それぞれに画像を表示する構成としてもよい。この変形例におけるＨＵＤ１では、表示コントローラ７３は、単体の表示部に、第１の表示面１３に表示する第１の画像１２に基づく第１の画像データＤ１と第２の表示面２３に表示する第２の画像２２に基づく第２の画像データＤ２とを別々に出力してもよく、第１の画像データＤ１と第２の画像データＤ２とを含む画像データＤを出力してもよい。

また、上記実施形態のＨＵＤ１は、外部である車両ＥＣＵ５から画像データＤを入力していたが、車両ＥＣＵ５や車両に設けられた図示しないセンサや車載機器から車両情報などの各種情報を、インターフェース７１で取得し、表示コントローラ７３がこれら各種情報から画像データＤを生成してもよい。

また、第１の表示部１０は、例えば、液晶表示素子などの透過型表示パネルや、有機ＥＬ素子などの自発光表示パネルや、レーザー光を走査する走査型表示装置などを適用してもよい。

本発明の実施形態におけるヘッドアップディスプレイの構成の例を示す図である。 上記実施形態のヘッドアップディスプレイのシステム構成を示す図である。 上記実施形態のヘッドアップディスプレイの角度調整部の角度調整例を示した図であり、図３（ａ）は、第１の角度調整部が第１のスクリーンの角度を調整した例を示す図であり、図３（ｂ）は、第２の角度調整部がハーフミラーの角度を調整した例を示す図であり、図３（ｃ）は、第３の角度調整部が折り返しミラーの角度を調整した例を示す図である。 上記実施形態のヘッドアップディスプレイが実行する外光回避処理を説明するフローチャートである。

１…ＨＵＤ
２…被投影部材
３…視点
４…バス
５…車両ＥＣＵ
１０…第１の表示部
１１…第１の投影部
１２…第１の画像
１２ａ…角度
１３…第１のスクリーン（第１の表示面）
１４…画像要素
２０…第２の表示部
２１…第２の投影部
２２…第２の画像
２３…第２のスクリーン（第２の表示面）
２４…画像要素
３０…凹面ミラー（投射部）
４０…ハーフミラー
５０…折り返しミラー（リレー光学部）
５０ａ…角度
６０…角度調整部
７０…制御部
７１…インターフェース
７２…記憶部
７３…表示コントローラ
７４…角度コントローラ
８０…筐体
１００…表示光
１１０…第１の表示光
１２０…第２の表示光
２００…虚像
２１０…第１の虚像
２２０…第２の虚像
３００…外光
Ｄ…画像データ
Ｄ１…第１の画像データ
Ｄ２…第２の画像データ

Claims (4)

1. 第１の表示面に第１の画像を表示し、前記第１の表示面から前記第１の画像に基づく第１の表示光を出射する第１の表示部と、
   第２の表示面に第２の画像を表示し、前記第２の表示面から前記第２の画像に基づく第２の表示光を出射する第２の表示部と、
   前記第２の表示部からの前記第２の表示光の光軸の光路上であり、かつ前記第１の表示部からの前記第１の表示光の光軸の光路上に配置されるハーフミラーと、
   前記ハーフミラーが透過した第２の表示光および前記ハーフミラーが反射した第１の表示光を被投影部材に向けて投射することで、前記第２の画像の第２の虚像と前記第１の画像の第１の虚像とを結像させる投射部と、
   前記第１の表示面、前記ハーフミラー、および前記第１の表示面からの前記第１の表示光を前記ハーフミラーに向けるリレー光学部の少なくともいずれかの角度を変化させる角度調整部と、を備え、
   前記角度調整部は、前記第１の表示面に反射された外光が視認者に視認されないように、前記角度の変化を実行する、
   ヘッドアップディスプレイ。
2. 前記角度調整部は、前記第１の画像に含まれる画像要素の種類、前記画像要素の大きさ、および前記画像要素の数の少なくともいずれかが所定の条件を満たすことに応じて、前記角度の変化を実行する、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記角度調整部が、前記角度の変化を実行した際、
   前記第１の表示部は、前記第１の画像を非表示にする、
   請求項１乃至２のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記角度調整部が、前記角度の変化を実行した際、
   前記第１の表示部は、前記第１の画像を非表示にし、かつ
   前記第２の表示部は、前記第１の画像に含まれる少なくとも１つの画像要素を表示する、
   請求項１乃至２のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ。

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