JP2018138986A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風景に含まれる明るい部分と暗い部分との明るさの差が大きい場合であっても、視認性を維持するヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、実景に重畳させる虚像を表示し、第１の外光検出部２２０と、第２の外光検出部２３０と、画像生成部２６０と、を備える。第１の外光検出部２２０は、実景内の第１の位置における第１の外光の明るさを検出する。第２の外光検出部２３０は、実景内の第２の位置における第２の外光の明るさを検出する。画像生成部２６０は、第２の外光の明るさが第１の外光の明るさより基準値以上低い場合、表示画像における第２の位置の輝度を表示画像における第１の位置の輝度よりも低く設定した画像を生成する。【選択図】図４

Description

本発明は、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、車両に搭載され、フロントガラスなどの投射部材に反射される表示画像の光を用いて運転者に虚像を視認させる。このため、運転者は、視線を移動させることなく、他の車両、センターライン等に関する情報や、現在位置から目的地までの進路を示す情報を与える虚像を、フロントガラス越しに見える風景と重畳して視認することができる。

特許文献１には、ユーザーの視点の位置の変化に影響されることなく、ユーザーに適切な情報を提供可能なＨＵＤ装置が開示されている。

特開２０１６−１５５４４６公報

ところで、車両が例えばトンネルへ進入するときには、フロントガラス越しに見えるトンネル手前の路面の明るさとトンネル内の路面の明るさとの差が大きい。このため、ＨＵＤ装置の表示の明るさがトンネル手前の路面の明るさに合わせて調整されると、トンネル内の路面上に重畳している表示が、明るすぎる場合があり、ＨＵＤ装置の表示の視認性を低下させるという問題がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、風景に含まれる明るい部分と暗い部分との明るさの差が大きい場合であっても、視認性を維持す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、
実景に重畳させる虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記実景内の第１の位置における第１の外光の明るさを検出する第１の外光検出部と、
前記実景内の第２の位置における第２の外光の明るさを検出する第２の外光検出部と、
前記第１の位置及び前記第２の位置に重畳させる前記虚像として表示する表示画像を生成する画像生成部と、を備え、
前記画像生成部は、前記第２の外光の明るさが前記第１の外光の明るさより基準値以上低い場合、前記表示画像における前記第２の位置の輝度を前記表示画像における前記第１の位置の輝度よりも低く設定した画像を生成する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、風景に含まれる明るい部分と暗い部分との明るさの差が大きい場合であっても、視認性を維持することができる。

実施の形態に係るＨＵＤ装置が搭載された車両を示す図である。 実施の形態に係るＨＵＤ装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る表示器の構成を示す図である。 実施の形態に係る車両に登載されたＨＵＤ装置の構成を示す図である。 実施の形態に係る表示処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る前景を撮像した画像を説明するための図である。 実施の形態に係るＨＵＤ装置が表示する虚像を説明するための図である。 実施の形態に係る前景を撮像した画像を説明するための図である。 実施の形態に係るＨＵＤ装置が表示する虚像を説明するための図である。 実施の形態に係る表示処理を示すフローチャートである。 実施の形態に係る前景を撮像した画像を説明するための図である。 （Ａ）は、実施の形態に係る光源の出力値を説明する図であり、（Ｂ）は、実施の形態に係る表示素子の階調値を説明する図である。 実施の形態に係るＨＵＤ装置が表示する虚像を説明するための図である。 変形例に係るＨＵＤ装置が表示する虚像を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を図面を参照しながら説明する。

本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００（以下、ＨＵＤ装置１００と称する）は、図１に示すように、自動車などの車両３００のダッシュボードに搭載されている。ＨＵＤ装置１００は、投射部材の一例であるフロントガラス３１０に向けて画像を表示する表示光Ｎを出射する。視認者（主に運転者Ｅ）は、フロントガラス３１０に反射した表示光Ｎを受けて、フロントガラス３１０を通して見える実景ＲＩに重畳する虚像Ｖを視認可能となる。

ＨＵＤ装置１００は、図２に示すように、表示光Ｌを出射する表示器１１０と、表示光Ｌが入射することで結像し、その結像した表示画像に対応する表示光Ｎを出射するスクリーン１２０と、表示光Ｎをフロントガラス３１０へ反射する凹面鏡（反射部材）１３０と、各部材を収納する筐体１４０と、フロントガラス３１０への虚像の表示を制御する制御部２００と、を備える。

表示器１１０は、制御部２００の制御信号に従って、表示対象画像Ｉを示す表示光Ｌを出射するものであり、図３に示すように、光源ユニット１１１と、光源駆動部１１２と、光合成部１１３と、輝度ムラ低減部１１４と、表示素子１１５と、から構成される。

光源ユニット１１１は、赤色光Ｒを発光する光源１１１Ｒ、緑色光Ｇを発光する光源１１１Ｇ、および青色光Ｂを発光する光源１１１Ｂから構成される。光源１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂは、それぞれＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）から構成され、光源駆動部１１２によって駆動され、発光する。

光源駆動部１１２は、光源１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂを駆動する。光源駆動部１１２は、後述する調光部２７０の制御に基づいて、光源１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂに所定の電圧を印加する。

光合成部１１３は、光源１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂから出射される赤色光Ｒ、緑色光Ｇ、青色光Ｂを同軸上に合成することで合成光Ｃを生成し、輝度ムラ低減部１１４に向けて出射する。具体的には、光合成部１１３は、反射ミラー１１３ａと、ダイクロイックミラー１１３ｂ、１１３ｃと、から構成される。反射ミラー１１３ａは、入射した青色光Ｂを、ダイクロイックミラー１１３ｂに向けて反射する。ダイクロイックミラー１１３ｂは、入射した緑色光Ｇをダイクロイックミラー１１３ｃに向けて反射しつつ、反射ミラー１１３ａからの青色光Ｂをそのまま透過させる。ダイクロイックミラー１１３ｃは、入射した赤色光Ｒを輝度ムラ低減部１１４に向けて反射しつつ、ダイクロイックミラー１１３ｂからの光Ｂ、Ｇをそのまま透過させる。

輝度ムラ低減部１１４は、ミラーボックス、アレイレンズ等から構成され、光合成部１１３から出射された合成光Ｃを乱反射、散乱、屈折させることで光のムラを低減する。

表示素子１１５は、輝度ムラ低減部１１４を通過した合成光Ｃを、制御部２００から入力される画像データに従って変調することにより、複数画素から構成される画像を示す表示光Ｌを出射する。表示素子１１５は、液晶ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＬＣＯＳ（登録商標：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｌｉｃｏｎ）等の反射型表示素子、またはＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）液晶パネルなどの透過型表示素子から構成される。

図２に示すスクリーン１２０は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成される透過型スクリーンから構成される。スクリーン１２０は表示光Ｌの光路上に設置されている。表示器１１０からスクリーン１２０の一方の面に表示光Ｌが入射すると、他方の面に画像が表示される。これに伴って、スクリーン１２０上に表示される画像に対応する表示光Ｎが、凹面鏡１３０に向けて出射される。

凹面鏡１３０は、入射した表示光Ｎを、フロントガラス３１０へ向けて反射する。この凹面鏡１３０は、合成樹脂やガラス等から形成された基材と、基材の表面に形成された金属の反射膜と、から構成される。表示器１１０、スクリーン１２０および凹面鏡１３０は、表示光Ｎをフロントガラス３１０へ導く光学系を構成する。フロントガラス３１０に導かれた表示光Ｎは、運転者Ｅのアイボックスに向けて反射する。これにより、運転者Ｅは、フロントガラス３１０の向こう側に虚像Ｖを視認することができる。

筐体１４０は、箱状の形状を有し、黒色の遮光性樹脂から構成される。筐体１４０の一部には、凹面鏡１３０で反射された表示光Ｎが通過する開口部を有する。開口部は、透明の樹脂製カバーで覆われている。

ＨＵＤ装置１００が搭載される車両３００は、図４に示すように、車両前方の画像を撮像する撮像部３２０と、カーナビゲーション装置４００（以下、カーナビ４００）と、を備える。撮像部３２０およびカーナビ４００は、ＨＵＤ装置１００と通信可能に構成され、ＨＵＤ装置１００は、これらの装置から送信された各種信号に基づいて、各種情報を示す虚像Ｖを表示する。虚像Ｖは、運転者Ｅから見て、直交する面に表示される。

撮像部３２０は、車両３００の天井に配置され、車両前方の画像を撮像する車載カメラから構成される。撮像範囲は、運転者Ｅがフロントガラス越しに見える前景を含む範囲をカバーする。この車載カメラは、ドライブレコーダー等に用いられているものと共用であってもよく、ＨＵＤ装置１００専用のものであってもよい。撮像部３２０は、撮像した車両前方の画像を後述する画像取得部２１０に出力する。

カーナビ４００は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号を取得するＧＰＳ取得部と、地図データを記憶する地図データ記憶部と、を備える。カーナビ４００は、ＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ信号に基づいて車両３００の現在位置を特定し、現在位置から目的地までの進路を運転者Ｅに案内するナビ情報を制御部２００に送信する。なお、ナビ情報は、次の交差点を直進、左折、右折する等の情報である。

制御部２００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と記憶部から構成され、記憶部に記憶されている制御プログラムを実行することにより、画像取得部２１０、第１の外光検出部２２０、第２の外光検出部２３０、判定部２４０、境界検出部２５０、画像生成部２６０、および調光部２７０としての機能を実現する。

画像取得部２１０は、撮像部３２０が撮像した車両前方の画像を取得し、記憶部に保存する。撮像部３２０が撮像した画像は、車両からみて近景部ＮＶと遠景部ＦＶとを含む。

第１の外光検出部２２０は、画像取得部２１０により取得された画像に基づいて、車両からみて近景部ＮＶの明るさを検出する。例えば、第１の外光検出部２２０は、画像に写る近景部ＮＶの輝度を明るさとして検出する。

第２の外光検出部２３０は、画像取得部２１０により取得された画像に基づいて、車両からみて遠景部ＦＶの明るさを検出する。例えば、第２の外光検出部２３０は、画像に写る遠景部ＦＶの輝度を明るさとして検出する。

判定部２４０は、第２の外光検出部２３０が検出した遠景部ＦＶの輝度と第１の外光検出部２２０が検出した近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌを演算し、その差分値Ｌが予め設定される基準値以上であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より小さいか否かを判定する。基準値は、例えば、トンネルに入る前又はトンネルを出る前における近景部ＮＶの明るさと遠景部ＦＶの明るさとの差に基づき設定される。

境界検出部２５０は、判定部２４０により差分値Ｌが基準値以上であると判定されると、画像取得部２１０により取得された画像に基づいて、遠景部ＦＶの輝度と同程度の輝度を有する領域と近景部ＮＶの輝度と同程度の輝度を有する領域との輝度境界Ｋを検出する。例えば、境界検出部２５０は、画像取得部２１０により取得された画像中での遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度の中間の輝度となる輝度境界Ｋを検出する。

画像生成部２６０は、表示素子１１５の各画素の階調を設定することで表示素子１１５に画像を表示する。階調は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の色や明るさの濃淡の段階数（例えば０〜２５５）を示す。画像生成部２６０は、画素毎にＲ、Ｇ、Ｂそれぞれについて０〜２５５の範囲で階調を表す値（階調値）を調整することができる。よって、画像生成部２６０は階調値を調整することで表示対象画像Ｉの輝度を調整する階調制御を行うことができる。画像生成部２６０は、境界検出部２５０により検出された輝度境界Ｋを境に、遠景部ＦＶに重畳させる虚像Ｖとして表示する画像を、近景部ＮＶに重畳させる虚像Ｖとして表示する画像の輝度よりも低く設定した画像を生成する。画像生成部２６０は、画像の輝度を低く設定する際、ホワイトバランスを保つように、色調を調整する。具体的には、画像生成部２６０は、虚像Ｖとして路面に沿う矢印状の表示対象画像Ｉを生成する。画像生成部２６０は、境界検出部２５０によって検出された輝度境界Ｋが表示対象画像Ｉを通る場合、階調制御を通じて輝度境界Ｋを境界として表示対象画像Ｉの輝度を異ならせる。詳しくは、表示対象画像Ｉは、遠景部ＦＶに重畳させる部分（第１の領域画像）Ｘと、近景部ＮＶに重畳させる部分（第２の領域画像）Ｙと、を備える。画像生成部２６０は、差分値Ｌが大きいほど部分Ｘと部分Ｙとの輝度の差を大きく設定する。なお、判定部２４０により、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以下でないと判定された場合、画像全体を同じ輝度で設定した画像を生成する。

調光部２７０は、第１の外光検出部２２０が検出した近景部ＮＶの明るさと第２の外光検出部２３０が取得した遠景部ＦＶの明るさとに基づいて、表示器１１０が表示する画像の輝度の輝度が、近景部ＮＶの明るさおよび遠景部ＦＶの明るさに応じた輝度になるように、表示器１１０が表示する画像を所望の輝度で表示するために光源ユニット１１１のターゲット輝度を設定する。調光部２７０は、ターゲット輝度になるように光源駆動部１１２を制御し、光源ユニット１１１から出力する光の強度を調整する。例えば、車両３００がトンネル内に入った場合は、ターゲット輝度を小さくする。これにより、画像生成部２６０が生成する画像の輝度を大きくでき、階調が多くなり、色や明るさの変化をなめらかなグラデーションで表現できる。

次に、ＨＵＤ装置１００の表示処理について、本実施の形態の理解を容易にするために、図５のフローチャートおよび図６〜図９を参照しつつ説明する。

運転者Ｅが、車両３００のイグニッションをオフからオンに切り替えたことに応答し、制御部２００は、表示処理を開始する。

まず、画像取得部２１０は、撮像部３２０から出力された車両前方の画像を取得し、この画像を記憶部に格納する（ステップＳ１１）。具体的には、画像取得部２１０は、図６に示す画像Ｒ１を取得する。この画像Ｒ１には、車両前方の路面と、遠方にトンネルＴと、が写っている。つぎに、第１の外光検出部２２０は、画像Ｒ１に基づいて、車両からみて近景部ＮＶの明るさを検出し、第２の外光検出部２３０は、画像Ｒ１に基づいて、車両からみて遠景部ＦＶの明るさを検出する（ステップＳ１２）。つぎに、調光部２７０は、表示器１１０が表示する画像の輝度の輝度が、近景部ＮＶの明るさおよび遠景部ＦＶの明るさのうち明るい方の明るさに応じた輝度なるように、表示器１１０が表示する画像のターゲット輝度を設定する（ステップＳ１３）。

つぎに、判定部２４０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌを演算し、その差分値Ｌが予め設定される基準値以上となり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。画像Ｒ１では、遠景部ＦＶも近景部ＮＶもトンネル手前であるので、路面が太陽光に照らされている。このため、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度は、ほぼ同じ値であり、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶとの差分値Ｌが基準値未満である。

このため、判定部２４０は、差分値Ｌが予め設定される基準値以上でないと判定し（ステップＳ１４：Ｎｏ）、光源ユニット１１１の出力値が保持されている場合は、光源ユニット１１１の出力値の保持を解除し（ステップＳ２０）、調光部２７０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度とに基づいて、光源ユニット１１１から出力する光の強度を調整する。つぎに、画像生成部２６０は、カーナビ４００から出力された次の交差点を直進する情報を示す表示対象画像Ｉを階調制御せずに生成し、この生成した表示対象画像Ｉのデータを表示器１１０に出力する（ステップＳ２１）。つぎに、表示器１１０は、画像生成部２６０から出力された表示対象画像Ｉのデータに基づいて、表示対象画像Ｉを示す表示光Ｌを出射する（ステップＳ２２）。これにより、運転者Ｅは、図７に示すように、フロントガラス３１０を通して見える実景に重畳する虚像Ｖ（直進を示す矢印）を視認可能となる。

つぎに、車両３００がトンネルの手前まで走行すると、画像取得部２１０は、図８に示す画像Ｒ２を取得する（ステップＳ１１）。この画像Ｒ２には、陽光に照らされている車両前方の路面と、太陽光が届いていないトンネルＴ内の路面と、が写っている。つぎに、第１の外光検出部２２０は、画像Ｒ２に基づいて、車両からみて近景部ＮＶの明るさを検出し、第２の外光検出部２３０は、画像Ｒ２に基づいて、車両からみて遠景部ＦＶの明るさを検出する（ステップＳ１２）。

つぎに、判定部２４０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以下であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。画像Ｒ２において、近景部ＮＶではトンネル手前であるので路面が太陽光に照らされている。遠景部ＦＶでは、トンネルＴの内部であり太陽光が届いていない。

このため、判定部２４０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以上であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より小さいと判定し（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、前回の処理で基準値以下であると判定したか否かを判定する（ステップＳ１５）。判定部２４０は、前回の処理で基準値以下であると判定していないので（ステップＳ１５：Ｎｏ）、調光部２７０は、光源駆動部１１２に出力値を保持させる（ステップＳ１６）。判定部２４０が、前回の処理で基準値以下であると判定していた場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、光源駆動部１１２の出力値はすでに保持されているので、ステップＳ１７に進む。つぎに、境界検出部２５０は、遠景部ＦＶの明るさと同程度の明るさを有する領域と近景部ＮＶの明るさと同程度の明るさを有する領域との輝度境界Ｋを検出する（ステップＳ１７）。境界検出部２５０は、画像Ｒ２中での遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度の中間の輝度となる輝度境界Ｋを検出する。なお、この例では、輝度境界Ｋは、太陽光に照らされている路面と太陽光が届いていない路面との境である。

つぎに、画像生成部２６０は、階調制御を通じて、境界検出部２５０により検出された輝度境界Ｋを境に、遠景部ＦＶに重畳させる虚像として表示する画像を、近景部ＮＶに重畳させる虚像として表示する画像の輝度よりも低く設定した表示対象画像Ｉを階調制御により生成する（ステップＳ１８）。具体的には、画像生成部２６０は、カーナビ４００から出力された次の交差点を直進する情報を示す表示対象画像Ｉを作成し、この作成した表示対象画像Ｉのうち、輝度境界Ｋを境に、遠景部ＦＶに重畳させる虚像として表示する部分Ｘの輝度を、近景部ＮＶに重畳させる虚像として表示する部分Ｙの輝度より小さくした表示対象画像Ｉを生成し、この表示対象画像Ｉのデータを表示器１１０に出力する。一例として、部分Ｘにおいては、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値がＲ＝１０６、Ｇ＝１６８、Ｂ＝４０に設定され、部分Ｙにおいては、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値がＲ＝１４６、Ｇ＝２０８、Ｂ＝８０に設定される。つぎに、表示器１１０は、画像生成部２６０から出力された表示対象画像Ｉのデータに基づいて、表示対象画像Ｉを示す表示光Ｌを出射する（ステップＳ１９）。これにより、運転者Ｅは、図９に示すように、フロントガラス３１０を通して見える実景に重畳する虚像Ｖ（直進を示す矢印）を視認可能となる。このとき、トンネル内部の暗い部分に重畳する部分Ｘは、部分Ｙより輝度が小さい。

つぎに、車両３００がトンネルＴ内を走行している場合について説明する。車両３００がトンネルＴ内に進入すると、調光部２７０は、表示器１１０が表示する画像のターゲット輝度を設定する（ステップＳ１３）。つぎに、判定部２４０は、トンネル内では遠景部ＦＶと近景部ＮＶとで輝度差がないため、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以上でないと判定し（ステップＳ１４：Ｎｏ）、光源ユニット１１１の出力値の保持を解除する（ステップＳ２０）。調光部２７０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度とに基づいて、光源ユニット１１１から出力する光の強度を調整する。つぎに、画像生成部２６０は、カーナビ４００から出力された次の交差点を直進する情報を示す表示対象画像Ｉを階調制御せずに生成し、この生成した表示対象画像Ｉのデータを表示器１１０に出力する（ステップＳ２１）。また、画像生成部２６０は、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調値を所定値（初期値）まで増加させる階調復帰処理を行う。この階調復帰処理により、階調が多くなり、色や明るさの変化をなめらかなグラデーションで表現できる。画像生成部２６０は、階調復帰処理においては、画像の輝度を一定に保つように階調値の増加に合わせて光源ユニット１１１の出力を低下させる。つぎに、表示器１１０は、画像生成部２６０から出力された表示対象画像Ｉのデータに基づいて、表示対象画像Ｉを示す表示光Ｌを出射する（ステップＳ２２）。

運転者Ｅがイグニッションをオフにするまで、ステップＳ１１〜ステップＳ１９を繰り返す。運転者Ｅがイグニッションをオフにすると、表示処理を終了する。

本実施の形態に係るＨＵＤ装置１００は、トンネル内の太陽光が届いていない路面に重畳する虚像Ｖの部分Ｘの輝度を、トンネル手前の太陽光に照らされている路面に重畳する虚像Ｖの部分Ｙより輝度より小さくできる。このため、虚像Ｖの部分Ｘの輝度をトンネル内の太陽光が届いていない路面の明るさに応じて小さくすることができ、運転者Ｅが虚像Ｖにより路面の視認性を妨げられない。また、ＨＵＤ装置１００は、車両３００がトンネルに進入するときに限らず、車両３００が屋外から屋内や地下の駐車場に侵入する際など、明るい場所から暗い場所に進入する際にも視認性を確保することができる。また、夜間に外灯により局所的に明るくなる場合、ビル等の構造物により局所的に暗くなる場合においても適用可能である。これに対して、虚像Ｖの全体の輝度を、太陽光が届いていない路面に応じた輝度に設定すると、運転者Ｅは、路面が明るいため虚像Ｖの部分Ｙの視認性が悪くなる。また、虚像Ｖの全体の輝度を、太陽光に照らされている路面の明るさに応じた輝度に設定すると、虚像Ｖの部分Ｙの輝度が路面の輝度に対して大きすぎるため、運転者Ｅは、虚像Ｖの部分Ｙを眩しく感じ、路面の視認性が妨げられる。

つぎに、ＨＵＤ装置１００が、車両３００がトンネルから出る際、表示する虚像Ｖの部分Ｘの輝度を大きくする例について説明する。

車両３００がトンネルに進入する際、判定部２４０は、差分値Ｌが予め設定される基準値以上であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より小さいか否かを判定したが、車両３００がトンネルから出る際、判定部２４０は、差分値Ｌが予め設定される基準値以上であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より大きいか否かを判定する。

次に、ＨＵＤ装置１００の表示処理について、本実施の形態の理解を容易にするために、図１０のフローチャートおよび図１１〜図１２を参照しつつ説明する。

車両３００がトンネルの手前まで走行すると、画像取得部２１０は、図１１に示す画像Ｒ３を取得する（ステップＳ１１）。この画像Ｒ３には、太陽光が届いていないトンネルＴ内の路面と、陽光に照らされている路面と、が写っている。つぎに、第１の外光検出部２２０は、画像Ｒ３に基づいて、近景部ＮＶの輝度を検出し、第２の外光検出部２３０は、画像Ｒ３に基づいて、遠景部ＦＶの明るさを検出する（ステップＳ１２）。つぎに、調光部２７０は、表示器１１０が表示する画像のターゲット輝度を設定する（ステップＳ１３）。

つぎに、判定部２４０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以上であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４’）。画像Ｒ３において、近景部ＮＶではトンネルＴの内部であり太陽光が届いていない。遠景部ＦＶでは、トンネルの外であるので路面が太陽光に照らされている。

このため、判定部２４０は、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以上であり、且つ遠景部ＦＶの輝度が近景部ＮＶの輝度より大きいと判定し（ステップＳ１４’：Ｙｅｓ）、前回の処理で基準値以上であると判定したか否かを判定する（ステップＳ１５）。判定部２４０は、前回の処理で基準値以上であると判定していないので（ステップＳ１５：Ｎｏ）、調光部２７０は、光源駆動部１１２に表示器１１０の輝度を大きくして保持させる（ステップＳ１６’）。調光部２７０は、遠景部ＦＶの輝度および近景部ＮＶの輝度に基づいて、光源ユニット１１１の出力値を調整しているので、図１２（Ａ）に示すように、光源ユニット１１１の出力値は、トンネルに入ると小さく設定される。光源ユニット１１１の出力値が小さいままでは、トンネルの外の輝度に応じた輝度で画像を表示することができないため、調光部２７０は、表示器１１０の輝度を大きくする。なお、判定部２４０が、ステップＳ１４’で判定したあと、調光部２７０は、光源ユニット１１１から出力する光の強度を大きくしているので、車両３００がトンネルの出口の手前に到達したときに、表示器１１０の輝度は大きくなっている。光源ユニット１１１の出力値が遠景部ＦＶの輝度および近景部ＮＶの輝度に基づいて調整されるため、表示素子１１５の各画素の階調値は、図１２（Ｂ）に示すように、入口および出口の手前以外では、大きくなる。これにより、階調が多くなり、色や明るさの変化をなめらかなグラデーションで表現できる。

判定部２４０が、前回の処理で基準値以上であると判定していた場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）、光源駆動部１１２の出力値はすでに大きくされているので、ステップＳ１７に進む。つぎに、境界検出部２５０は、遠景部ＦＶの明るさと同程度の明るさを有する領域と近景部ＮＶの明るさと同程度の明るさを有する領域との輝度境界Ｋを検出する（ステップＳ１７）。境界検出部２５０は、画像Ｒ３中での遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度の中間の輝度となる輝度境界Ｋを検出する。なお、この例では、輝度境界Ｋは、太陽光が届いていない路面と太陽光に照らされている路面との境である。つぎに、画像生成部２６０は、境界検出部２５０により検出された輝度境界Ｋを境に、遠景部ＦＶに重畳させる虚像として表示する画像を、近景部ＮＶに重畳させる虚像として表示する画像の輝度よりも高く設定した表示対象画像Ｉを生成する（ステップＳ１８）。具体的には、画像生成部２６０は、階調制御を通じて、表示対象画像Ｉのうち、輝度境界Ｋを境に、近景部ＮＶに重畳させる虚像として表示する部分Ｙの輝度を遠景部ＦＶに重畳させる虚像として表示する部分Ｘの輝度より小さくた表示対象画像Ｉを生成し、この表示対象画像のデータを表示器１１０に出力する。つぎに、表示器１１０は、表示対象画像Ｉを示す表示光Ｌを出射する（ステップＳ１９）。これにより、運転者Ｅは、図１３に示すように、フロントガラス３１０を通して見える実景に重畳する虚像Ｖ（直進を示す矢印）を視認可能となる。このとき、トンネルＴ内部の暗い部分に重畳する部分Ｙは、部分Ｘより輝度が小さい。

つぎに、車両３００がトンネルＴを出た場合について説明する。車両３００がトンネルＴを出ると、調光部２７０は、表示器１１０が表示する画像のターゲット輝度を設定する（ステップＳ１３）。つぎに、判定部２４０は、トンネル内では遠景部ＦＶと近景部ＮＶとで輝度差がないため、遠景部ＦＶの輝度と近景部ＮＶの輝度との差分値Ｌが基準値以上でないと判定し（ステップＳ１４：Ｎｏ）、光源ユニット１１１の出力値の保持を解除する（ステップＳ２０）。この後、第１の外光検出部２２０が検出した近景部ＮＶの明るさと第２の外光検出部２３０が取得した遠景部ＦＶの明るさは、トンネルＴ内を走行しているときに比べて大きくなっているので、調光部２７０は、光源ユニット１１１から出力する光の強度を大きくする。つぎに、画像生成部２６０は、カーナビ４００から出力された次の交差点を直進する情報を示す表示対象画像Ｉを階調制御せずに生成する（ステップＳ２１）。つぎに、表示器１１０は、表示対象画像Ｉを示す表示光Ｌを出射する（ステップＳ２２）。

本実施の形態に係るＨＵＤ装置１００は、トンネルの外の太陽光に照らされている路面に重畳する虚像Ｖの部分Ｘの輝度を、トンネル内の太陽光が届いていない路面に重畳する虚像Ｖの部分Ｙより輝度より大きくできる。このため、虚像Ｖの部分Ｘの輝度をトンネルの外の太陽光に照らされている路面の明るさに応じて大きくすることができ、運転者Ｅが虚像Ｖを良好に視認することができ、トンネルに侵入する際およびトンネルから出る際の両方で、虚像Ｖの視認性を向上させることができる。また、トンネルを出た時には、調光部２７０が、光源ユニット１１１から出力する光の強度を大きくすることで、虚像Ｖの輝度をトンネルの外の太陽光に照らされている路面の明るさに応じて大きくすることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定され
るものではなく、種々の変形および応用が可能である。

上述の実施の形態において、境界検出部２５０が遠景部ＦＶの輝度と同程度の輝度を有する領域と近景部ＮＶの輝度と同程度の輝度を有する領域との輝度境界Ｋを検出する場合について説明した。境界検出部２５０は、さらに車両３００の車速を取得し、虚像Ｖが表示されたときに、部分Ｘと部分Ｙとの境界と、実景のトンネル内の路面とトンネル手前の路面との境界と、にずれが生じないように、車両３００の速度に応じて輝度境界Ｋを手前に設定してもよい。このようにすることで、車両３００の車速が大きい場合でも、部分Ｘと部分Ｙとの境界と、実景のトンネル内の路面とトンネル手前の路面との境界と、のずれを防ぐことができる。

上述の実施の形態において、画像生成部２６０が、輝度境界Ｋを境に、虚像Ｖの部分Ｘの輝度を小さく、虚像Ｖの部分Ｙの輝度をそのままにした表示対象画像Ｉを生成する場合について説明した。画像生成部２６０は、図１３に示すように、虚像Ｖの部分Ｘと虚像Ｖの部分Ｙとの間に、部分Ｘから部分Ｙに向かって徐々に輝度が変化する階調部（グラデーション部）Ｚを設けてもよい。このようにすることで、部分Ｘと部分Ｙの境界と、実景のトンネル内の路面とトンネル手前の路面との境界と、にずれが生じたとしても、運転者Ｅに違和感を生じさせない。

上述の実施の形態において、画像生成部２６０が部分Ｘと部分Ｙ間の輝度を階調制御により変化させていたが、調光部２７０の制御により光源ユニット１１１が出力する光の強度を調整して、部分Ｘと部分Ｙ間の輝度を調整してもよい。

上述の実施の形態では、調光部２７０が、近景部ＮＶの明るさと遠景部ＦＶの明るさとに基づいて、表示器１１０が表示する画像の輝度の輝度が、近景部ＮＶの明るさおよび遠景部ＦＶの明るさに応じた輝度なるように、光源ユニット１１１のターゲット輝度を設定する例について説明した。調光部２７０は、近景部ＮＶの明るさに基づいて、光源ユニット１１１のターゲット輝度を設定してもよく、遠景部ＦＶの明るさに基づいて、光源ユニット１１１のターゲット輝度を設定してもよい。

上述の実施の形態において、第１の外光検出部２２０が、画像取得部２１０により取得された画像に基づいて、近景部ＮＶの明るさを検出する例について説明したが、第１の外光検出部２２０は、車両３００に配置された外光センサから構成され、第１位置の第１の外光の明るさを検出してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

本発明は、車両に用いられるヘッドアップディスプレイ装置に適用可能である。

１００ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
１１０ 表示器
１１１ 光源ユニット
１１１Ｒ、１１１Ｇ、１１１Ｂ 光源
１１２ 光源駆動部
１１３ 光合成部
１１３ａ 反射ミラー
１１３ｂ、１１３ｃ ダイクロイックミラー
１１４ 輝度ムラ低減部
１１５ 表示素子
１２０ スクリーン
１３０ 凹面鏡
１４０ 筐体
２００ 制御部
２１０ 画像取得部
２２０ 第１の外光検出部
２３０ 第２の外光検出部
２４０ 判定部
２５０ 境界検出部
２６０ 画像生成部
２７０ 調光部
３００ 車両
４００ カーナビゲーション装置
３１０ フロントガラス
３２０ 撮像部
Ｖ 虚像
Ｌ、Ｎ 表示光
Ｅ 運転者
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 画像
ＮＶ 近景部
ＦＶ 遠景部
Ｌ 差分値
Ｋ 輝度境界
Ｔ トンネル
Ｉ 表示対象画像
Ｚ 階調部

Claims (6)

1. 実景に重畳させる虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記実景内の第１の位置における第１の外光の明るさを検出する第１の外光検出部と、
   前記実景内の第２の位置における第２の外光の明るさを検出する第２の外光検出部と、
   前記第１の位置及び前記第２の位置に重畳させる前記虚像として表示する表示画像を生成する画像生成部と、を備え、
   前記画像生成部は、前記第２の外光の明るさが前記第１の外光の明るさより基準値以上低い場合、前記表示画像における前記第２の位置の輝度を前記表示画像における前記第１の位置の輝度よりも低く設定した画像を生成する、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記実景を撮像した画像を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部によって取得された前記実景の前記画像に基づいて、前記第１の外光の明るさを有する第１の領域と前記第２の外光の明るさを有する第２の領域の輝度境界を検出する境界検出部と、を備え、
   前記画像生成部は、前記第１の領域に重畳させる前記虚像として表示する第１の領域画像と、前記境界検出部により検出された前記輝度境界を境に前記第１の領域画像に隣接し、前記第２の領域に重畳させる前記虚像として表示する第２の領域画像と、を生成し、
   前記第２の外光の明るさが前記第１の外光の明るさより前記基準値以上低い場合、前記第２の領域画像を前記第１の領域画像の輝度よりも低く設定する、
   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。
3. 前記ヘッドアップディスプレイ装置は車両に搭載され、
   前記境界検出部は、前記車両の車速を取得し、前記車両の速度に応じた距離だけ前記境界検出部により検出された前記輝度境界よりも前記第１の領域画像と前記第２の領域画像との境界を手前に設定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記画像生成部は、前記表示画像における輝度を視認者から離れるにつれて徐々に変化させることで前記表示画像にグラデーションをつける、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記ヘッドアップディスプレイ装置は車両に搭載され、
   前記第１の外光検出部は、前記車両に配置された外光センサから構成され、前記第１の位置の前記第１の外光の明るさを検出し、
   前記第２の外光検出部は、前記実景を撮像した画像に基づき前記車両から離れて位置する前記第２の位置の前記第２の外光の明るさを検出する、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 光源と、
   前記光源から入射した光を変調して画像を示す表示光を出力する表示素子と、
   前記第１の外光検出部に検出された前記実景内の第１の位置における第１の外光の明るさと前記第２の外光検出部に検出された前記実景内の第２の位置における第２の外光の明るさの少なくとも何れか一方に応じて前記光源から出力する光の強度を調整する調光部と、を備え、
   前記画像生成部は、
   前記表示素子の各画素の階調値を制御する階調制御を行い、前記階調制御により前記階調値を所定値から低下させることで、前記表示画像における前記第２の位置の輝度を前記表示画像における前記第１の位置の輝度よりも低く設定した画像を生成する画像生成処理と、
   前記画像生成処理の後であって、前記第１の位置の輝度と前記第２の位置の輝度とが同一となった後、前記階調値を前記所定値に戻す階調復帰処理と、を実行する、
   ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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