JP2018169169A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実景の視認性と表示画像の視認性の両立が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】視認者４から見える実景に重なる範囲に形成される表示領域Ａ１内に表示画像Ｄを表示するヘッドアップディスプレイ装置１００であって、前記実景内に位置する対象物Ｔを表す情報を取得して、対象物Ｔを表す情報をもとに、対象物Ｔに関するコンテンツ画像Ｄ１を含む表示画像Ｄを生成する制御手段４００と、を備え、制御手段４００は、コンテンツ画像Ｄ１縞模様を生成し表示画像Ｄに含めるものである。【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し、特に、前方の実景に表示画像を重ねて表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来のヘッドアップディスプレイ装置は、特許文献１に開示されているように、車両前方の実景に表示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。

特表２００４−５３５９７１号公報

従来のヘッドアップディスプレイ装置において、ユーザの視点距離に関わらず、表示画像は常時同形状で実景に重ねて表示されており、実景が視認しづらいという問題点があった。

そこで、本発明は前述の問題点に着目し、実景の視認性と表示画像の視認性の両立が可能な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。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、視認者から見える実景に重なる範囲に形成される表示領域内に表示画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記実景内に位置する対象物を表す情報を取得して、前記対象物を表す情報をもとに、前記対象物に関するコンテンツ画像を含む前記表示画像を生成する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記コンテンツ画像に縞模様を生成し前記表示画像に含めるものである。

また、本発明の前記縞模様は縦縞である。

また、本発明の前記制御手段は前記視認者の視線方向を表す視点位置情報を取得して、前記視認者が前記表示画像を見ている場合に前記表示画像の前記コンテンツ画像の縞模様の生成を停止するものである。

また、本発明の前記縞模様は表示部分と非表示部分とからなり、前記非表示部分の表示輝度を薄灯とするものである。

また、本発明は、前記実景を表す情報と前記視認者の視点位置を表す視点位置情報とから前記視認者の前記実景の消失点を求め、前記コンテンツ画像に前記消失点に向かって収束する前記縞模様を生成するものである。

また、本発明は、前記縞模様を時間の経過に伴って生成するものである。

また、本発明は、前記縞模様を生成した前記コンテンツ画像の輪郭を形成したものである。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、実景の視認性と表示画像の視認性の両立が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態のヘッドアップディスプレイシステムを示す全体構成図。 同実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置を示す概略断面図。 同実施形態における表示処理を示すフロー図。 同実施形態における表示例を示す説明図。 同実施形態における別の表示例を示す説明図。 同実施形態におけるさらに別の表示例を示す説明図。

以下、添付図面に基づいて、本発明の第一実施形態を説明する。

本発明のヘッドアップディスプレイシステム（以下、ＨＵＤシステムと記載）１の実施形態について、添付図面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、視線位置検出部３００と、前方情報取得部２００及び視線位置検出部３００から情報を入力し、ＨＵＤ装置１００を制御する制御手段４００と、これらを信号授受可能に接続するネットワーク部５００と、を備える。なお、５は、車両ＥＣＵであり、６は、ナビゲーション装置であり、ネットワーク部５００を介して信号を授受可能である。

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、表示部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、制御手段４００と、から構成されている。ＨＵＤ装置１００は、表示部１１が表示した表示画像Ｄ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、視認者４（主に運転者）に自車両２前方の実景と重ねて表示画像Ｄの虚像Ｖを視認させることができる。

表示部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Ｄを表示し、表示画像Ｄを示す表示光Ｌを平面鏡１２に向けて出射する。なお、表示部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、表示部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、表示部１１に表示された表示画像Ｄを拡大してフロントガラス３側へ反射する。すなわち、視認者４が視認する虚像Ｖは、表示部１１に表示された表示画像Ｄ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、後述する制御手段４００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によって表示部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、外部に表示部１１、及び制御手段４００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側又は表示部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部１１、前記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、表示部１１が表示する表示画像Ｄ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の前方の実景内に存在する特定の対象物Ｔを検出するものであり、本実施形態では、自車両２の前方の実景を撮影するステレオカメラ２１０と、このステレオカメラ２１０で取得された撮影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の実景を撮影するものであり、前方画像解析部２２０がステレオカメラ２１０で取得された撮影データを、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）や実景内の対象物（歩行者や前方車両や車線等）Ｔに関する情報を解析することができ、さらに撮影された対象物Ｔ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で撮影した撮影データから解析し、実景を表す情報や、実景内の特定の対象物Ｔを表す情報及び撮影された対象物Ｔと自車両２との距離に関する情報などを後述する制御手段４００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Ｔ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、又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Ｔを検出してもよい。

視線位置検出部３００は、視点位置情報である視認者４の視線方向と視認者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、視認者４を撮影する赤外線カメラ３１０と、この赤外線カメラ３１０で取得された撮影データを解析する視線画像解析部３２０と、を有する。

赤外線カメラ３１０は、視認者４の目を撮影するものであり、視線画像解析部３２０が赤外線カメラ３１０で取得された撮影データを、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、視認者４の視点位置を解析して、視認者４の視点位置を表す情報を後述する制御手段４００に出力する。なお、視認者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、視線位置検出部３００を省略してもよい。なお、この手動で自らの視点位置を調整する場合も、視点位置を表す情報を、制御手段４００に出力するとよい。

制御手段４００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４１０と、書き換え可能なＲＡＭ，読み出し専用のＲＯＭ，消去可能な不揮発のプログラム読み出し専用のＥＥＰＲＯＭ，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つ又は複数のメモリを有する記憶部４２０と、ネットワーク部５００に接続された入出力部４３０と、を備える。

処理部４１０は、前方情報取得部２００から入力される対象物Ｔを表す情報と実景を表す情報及び視線位置検出部３００から入力される視認者４の視点位置情報に基づき、ＨＵＤ装置１００に表示させる表示画像Ｄを生成するとともに表示画像Ｄの表示位置を演算して、ＨＵＤ装置１００を制御する。なお、処理部４１０は、実景を表す情報と視認者４の視点位置を表す視点位置情報とから視認者４の実景の消失点ＶＰを求め、この消失点ＶＰを考慮した表示画像Ｄを生成することも可能である。このように、対象物Ｔの位置と視認者４の視点位置とに基づいて、表示画像Ｄの表示位置を設定することにより、視認者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Ｔ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４３０は、前方情報取得部２００などとネットワーク部５００を介して通信可能に接続されている。処理部４１０は、入出力部４３０を介して、対象物Ｔの位置に関する情報や視認者４の視点位置に関する情報などを入力し、これら入力情報に基づいてＨＵＤ装置１００を制御する。

ネットワーク部５００は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス通信等であり、制御手段４００を、ＨＵＤ装置１００，前方情報取得部２００，視線位置検出部３００，車両ＥＣＵ５及びナビゲーション装置６（車載機器）と信号を授受可能に接続する。

車両ＥＣＵ５は、車両の内燃機関や電子キーシステムやエアコンディショナーなどを制御する制御機器であり、本実施形態では、単一の車両ＥＣＵ５を図面に記載しているが、本来は、複数個設けられている。

ナビゲーション装置６は、現在地情報、目的地情報及び地図情報などから視認者４に目的地までの経路を誘導する装置であり、本実施形態では、少なくとも経路誘導時の進行方向情報を制御手段４００に出力するものである。この進行方向情報とは、自車両２の進行方向を示す情報である。この進行方向を示す情報に基づいて、制御手段４００は、この進行方向を示す情報に基づいて、直線の矢印や、右左折の矢印を示すコンテンツ画像を生成する。

次に、図３、４を用いて、本発明のＨＵＤシステム１の動作を説明する。図４は、前方の実景に対する本発明のＨＵＤシステム１の表示例を示している。

本実施形態は、自車両２の進行方向を示す矢印を、実景中の対象物Ｔである道路上に重ねて表示する例を示している。図４中、実景の中で、道路が対象物Ｔである。Ａ１は、ＨＵＤ装置１００の表示領域である。Ｄ１は、経路の進行方向を示す矢印であり、コンテンツ画像の一例である。

本実施形態のコンテンツ画像Ｄ１である矢印は、図４で示すように縞模様を制御手段４００によって生成され、表示画像Ｄに含められて、虚像Ｖとして表示される。縞模様は、表示部分Ｄ１１と非表示部分Ｄ１２とで構成されている。表示部分Ｄ１１は、図４では、複数の斜めの平行線で図示した部分であり、表示が存在する部分であり、非表示部分Ｄ１２は、表示が存在しない部分である。本実施形態では、表示部分Ｄ１１においては、輝度を抑えて、背後の実景を視認できる程度に表示されており、非表示部分Ｄ１２では、表示が存在しないため、背後の実景を良好に視認できる。なお、表示部分Ｄ１１と非表示部分Ｄ１２とは、表示の明暗や色や輝度が交互に異なるものであればよく、少なくとも非表示部分Ｄ１２において、背後の実景を視認できる程度であればよい。よって、非表示部分Ｄ１２において、表示輝度を弱めの薄灯で表示してもよい。このように、非表示部分Ｄ１２を弱めの輝度で表示することで、表示部分Ｄ１１との輝度差を小さくすることで、縞模様を表示した際のちらつきを抑制することができる。

また、本実施形態のコンテンツ画像Ｄ１の縞模様は、縦縞である。本実施形態のコンテンツ画像Ｄ１は、道路に重ねて表示されるものであり、視認者４の視点位置より下側に表示される。視認者４の自車両２は、進行方向に進むため、コンテンツ画像Ｄ１の背後を実景が、前方から後方へ移動する。このコンテンツ画像Ｄ１の背後を実景が前方から後方へ移動する際に、コンテンツ画像Ｄ１の縞模様が縦縞とすることで、実景が縞模様を横切らないので、視認者４がコンテンツ画像Ｄ１を視認した際のちらつきを抑えることができる。

ステップＳ１において、制御手段４００は、ナビゲーション装置６が送信する経路誘導時の進行方向情報を受信し取得する。

ステップＳ２において、制御手段４００は、前方情報取得部２００が送信する実景を表す情報や、実景内の特定の対象物Ｔを表す情報、及び撮影された対象物Ｔと自車両２との距離に関する情報などを受信し取得する。

ステップＳ３において、制御手段４００は、ステップＳ２にて前方情報取得部２００から取得した実景内の特定の対象物Ｔを表す情報、及び撮影された対象物Ｔと自車両２との距離に関する情報から、走行中の道路の進行方向の車線及び車線数を算出する。

ステップＳ４において、制御手段４００は、制御手段４００は、ステップＳ２にて前方情報取得部２００から取得した実景内の特定の対象物Ｔを表す情報、及び撮影された対象物Ｔと自車両２との距離に関する情報から、前方風景の対象物（各車線路面）Ｔの位置座標を算出する。

ステップＳ５において、制御手段４００は、視線位置検出部３００から視点位置情報である視認者４の視線方向と視認者４の視点位置情報を受信して取得する。

ステップＳ６において、制御手段４００は、ステップＳ６にて取得した視線位置情報から、視認者４の焦点距離を算出する。

ステップＳ７において、制御手段４００は、コンテンツ画像Ｄ１を対象物Ｔに重畳させるように描画するコンテンツ画像Ｄ１の表示サイズを決定する位置座標を算出する。

ステップＳ８において、制御手段４００は、ステップＳ６にて算出した視認者４の焦点距離から、コンテンツ画像Ｄ１の距離と比較し、距離が一致するか否かを判定する。一致する場合は、ステップＳ９へ進み、一致しない場合は、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ９において、制御手段４００は、コンテンツ画像Ｄ１である矢印に縞模様を生成せず表示画像Ｄに含め、表示部１１にて描画する。

ステップＳ１０において、制御手段４００は、コンテンツ画像Ｄ１である矢印に縞模様を生成して表示画像Ｄに含め、表示部１１にて描画する。

以上によって、実景の視認性と表示画像Ｄの視認性の両立が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

制御手段４００が、視認者４の視線方向を表す視点位置情報を取得して、視認者４がコンテンツ画像Ｄ１を見ている場合には、表示画像Ｄのコンテンツ画像Ｄ１の縞模様の生成を停止することによって、対象物Ｔを視認しているときのみ、コンテンツ画像Ｄ１に注意を促し、対象物Ｔを視認していないときは、コンテンツ画像Ｄ１の背後の対象物Ｔを視認できるようにし、視認性の向上を図ることができる。

また、コンテンツ画像の表示形態としては、第二実施形態として、図５で示すように、実景を表す情報と、視認者４の視点位置を表す視点位置情報とから視認者４の実景の消失点ＶＰを求め、コンテンツ画像Ｄ２に消失点ＶＰに向かって収束する表示部分Ｄ２１と非表示部分Ｄ２２とからなる縞模様を生成してもよい。コンテンツ画像Ｄ２に生成した縞模様が、実景の奥側（消失点ＶＰ）に近づくに従って、表示部分Ｄ２１、非表示部分Ｄ２２ともに、幅が狭くなって、実景を視認することができ、視認性を確保することができる。また、本実施形態のコンテンツ画像Ｄ２は、図中の３つの車線の内、中央の車線に重ねて表示されている。

また、さらに他のコンテンツ画像の表示形態としては、第三実施形態として、図６で示すように、表示部分Ｄ３１と非表示部分Ｄ３２とからなる縞模様を生成したコンテンツ画像Ｄ３の輪郭Ｄ３３を形成してもよい。この輪郭Ｄ３３は、輪郭Ｄ３３を表示部分と同等の（明暗、色、輝度）で表示してもよい。輪郭Ｄ３３を設けたことによって、コンテンツ画像Ｄ３の視認性を向上させることができる。

なお、縞模様の生成は、時間の経過に伴って生成するようにしてもよい。このように生成することによって、視認者４の視線が外れた場合に、コンテンツ画像が変化する時に視認者４が注目することを抑制できる。

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、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、車両、特に、四輪車に好適である。

１ ヘッドアップディスプレイシステム（ＨＵＤシステム）
２ 自車両
３ フロントガラス
４ 視認者
５ 車両ＥＣＵ
６ ナビゲーション装置
１１ 表示部
１２ 平面鏡
１３ 凹面鏡
１４ アクチュエータ
１５ 筐体
１００ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
１５１ 上ケース
１５１ａ 開口部
１５１ｂ 透光性カバー
１５１ｃ 遮光壁
１５２ 下ケース
１５２ａ 表示口
２００ 前方情報取得部
２１０ ステレオカメラ
２２０ 前方画像解析部
３００ 視線位置検出部
３１０ 赤外線カメラ
３２０ 視線画像解析部
４００ 制御手段
４１０ 処理部
４２０ 記憶部
４３０ 入出力部
５００ ネットワーク部
Ａ１ 表示領域
Ｄ 表示画像
Ｌ 表示光
Ｖ 虚像

Claims (7)

1. 視認者から見える実景に重なる範囲に形成される表示領域内に表示画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、前記実景内に位置する対象物を表す情報を取得して、前記対象物を表す情報をもとに、前記対象物に関するコンテンツ画像を含む前記表示画像を生成する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記コンテンツ画像に縞模様を生成し前記表示画像に含めることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記縞模様は縦縞であ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. 前記制御手段は前記視認者の視線方向を表す視点位置情報を取得して、前記視認者が前記表示画像を見ている場合に前記表示画像の前記コンテンツ画像の縞模様の生成を停止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。
4. 前記縞模様は表示部分と非表示部分とからなり、前記非表示部分の表示輝度を薄灯と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。
5. 前記実景を表す情報と前記視認者の視点位置を表す視点位置情報とから前記視認者の前記実景の消失点を求め、前記コンテンツ画像に前記消失点に向かって収束する前記縞模様を生成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。
6. 前記縞模様を時間の経過に伴って生成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。
7. 前記縞模様を生成した前記コンテンツ画像の輪郭を形成した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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