JP2019056885A - Virtual image display device - Google Patents
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Images
Abstract
Description
本発明は、ユーザが視認する虚像を表示する虚像表示装置に関する。 The present invention relates to a virtual image display device that displays a virtual image visually recognized by a user.
従来より、車両等の移動体の乗員に対して経路案内や障害物の警告等の運転情報を提供する情報提供手段として、様々な手段が用いられている。例えば、移動体に設置された液晶ディスプレイによる表示や、スピーカから出力する音声等である。そして、近年、このような情報提供手段の一つとして、ヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUDという)のような人間の目の錯覚を利用して実際に映像が表示された位置と異なる空間上に映像を視認させる虚像表示装置がある。 Conventionally, various means have been used as information providing means for providing driving information such as route guidance and obstacle warnings to passengers of moving bodies such as vehicles. For example, display on a liquid crystal display installed on a moving body, sound output from a speaker, and the like. In recent years, as one of such information providing means, a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) is used in a space different from a position where an image is actually displayed using an illusion of human eyes. There is a virtual image display device for visually recognizing an image.
ここで、虚像表示装置によってより効果的な情報の提供を行う為には、虚像の位置(より具体的には虚像を視認するユーザから虚像までの距離であり、以下結像距離という)を適切に設定することが重要である。例えば、障害物に対する警告の虚像を表示する為には、その障害物が実際に存在する位置に虚像があることが望ましい。また、道路の右左折を案内する虚像を表示する場合には、右左折する地点に虚像があることが望ましい。一方で、車速を表示する虚像や地図画像の虚像等については環境に重畳しないようにできる限りユーザに近い位置にあることが望ましい。即ち、虚像の種類毎にその虚像に適した結像距離は異なる。 Here, in order to provide more effective information by the virtual image display device, the position of the virtual image (more specifically, the distance from the user who visually recognizes the virtual image to the virtual image, hereinafter referred to as the imaging distance) is appropriate. It is important to set For example, in order to display a virtual image of a warning for an obstacle, it is desirable that the virtual image is at a position where the obstacle actually exists. In addition, when displaying a virtual image that guides a right or left turn on a road, it is desirable that the virtual image is present at a point where the right or left turns. On the other hand, it is desirable that the virtual image displaying the vehicle speed, the virtual image of the map image, and the like be as close to the user as possible so as not to be superimposed on the environment. That is, the imaging distance suitable for the virtual image differs for each type of virtual image.
しかしながら、結像距離は虚像を視認するユーザから映像を表示する映像表示面(スクリーン、液晶ディスプレイ等)までの距離に依存するので、基本的に同一の結像距離にしか虚像を表示することはできなかった。そこで、特開2014−55847号公報には、虚像用表示部に加えて実像用表示部を設けることによって、実像と虚像の2つの映像をユーザからの距離が異なる位置にそれぞれ同時に視認させることを可能にした技術について提案されている。 However, since the image formation distance depends on the distance from the user viewing the virtual image to the image display surface (screen, liquid crystal display, etc.) for displaying the image, it is basically possible to display the virtual image only at the same image formation distance. could not. In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-55847 discloses that a real image display unit is provided in addition to a virtual image display unit so that two images of a real image and a virtual image can be simultaneously viewed at different distances from the user. Proposed technology has been proposed.
しかしながら、上記特許文献1に記載の表示装置では、実像用表示部によって実像が表示される領域(即ち近距離に情報が表示される領域)を広げることが難しい問題があった。即ち、特許文献1において実像が表示される領域を広げる為には、実像用表示部や実像を透過させるハーフミラーを大きくする必要があるが、それらは装置の大型化につながることとなる。従って、ユーザから近距離の位置に表示する情報が限られる問題があった。
However, the display device described in
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、ユーザからの距離が異なる複数の位置に虚像を視認させることを可能にする一方で、ユーザから近距離の位置に情報を表示可能な領域をより広く確保することを可能にした虚像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and enables a virtual image to be visually recognized at a plurality of positions at different distances from the user, while information is provided to a position at a short distance from the user. An object of the present invention is to provide a virtual image display device that can secure a wider displayable area.
前記目的を達成するため本発明に係る虚像表示装置は、映像を表示する表示領域として夫々独立して設置された第1表示領域及び第2表示領域と、前記第1表示領域及び第2表示領域に表示された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を前記ユーザに視認させる反射部材と、前記第1表示領域及び第2表示領域と前記反射部材とを結ぶ光路に沿って前記第1表示領域及び第2表示領域と前記反射部材との間に配置され、前記第1表示領域に表示された前記映像の一部を透過させるとともに、前記第2表示領域に表示された前記映像の全てを反射させるハーフミラー部材と、前記第1表示領域に表示された映像の虚像が表示される第1虚像表示領域は、前記第2表示領域に表示された映像の虚像が表示される第2虚像表示領域を含み、ユーザから前記第1表示領域に表示された映像の虚像までの距離である第1結像距離は、ユーザから前記第2表示領域に表示された映像の虚像までの距離である第2結像距離よりも短い。
尚、「光路」とは、表示領域に用いられる光源(例えばLED等)から出力された光が通る経路をいう。
また、「ハーフミラー」は、透過率と反射率が必ずしも同じである必要はなく、入射した光の一部を透過し、一部を反射する部材(ビームスプリッター)であれば良い。
In order to achieve the above object, a virtual image display device according to the present invention includes a first display area and a second display area that are independently installed as display areas for displaying images, and the first display area and the second display area. A reflection member that reflects the image displayed on the screen and causes the user to visually recognize the virtual image of the image, along an optical path connecting the first display region, the second display region, and the reflection member. Arranged between the first display area and the second display area and the reflecting member, and transmits a part of the image displayed in the first display area and displayed in the second display area. In the first virtual image display area where the half mirror member that reflects all of the video and the virtual image of the video displayed in the first display area are displayed, the virtual image of the video displayed in the second display area is displayed. First The first imaging distance, which is the distance from the user to the virtual image of the video displayed in the first display area, including the virtual image display area, is the distance from the user to the virtual image of the video displayed in the second display area. It is shorter than a certain second imaging distance.
The “optical path” refers to a path through which light output from a light source (such as an LED) used in the display area passes.
Further, the “half mirror” does not necessarily have the same transmittance and reflectance, and may be a member (beam splitter) that transmits a part of incident light and reflects a part thereof.
前記構成を有する本発明に係る虚像表示装置によれば、2つの独立した表示領域を配置するとともにハーフミラー部材によって、近距離用の映像を表示する表示領域に表示された映像の一部についてはハーフミラー部材を透過させてユーザに視認させるので、ユーザからの距離が異なる複数の位置に虚像を視認させることを可能にする一方で、ユーザから近距離の位置に情報を表示可能な領域をより広く確保することが可能となる。また、第1虚像表示領域と第2虚像表示領域とを、ユーザの視線方向において重複させることが可能となる。従って、虚像による情報を2レイヤで表現(異なる距離に複数の虚像を表現)することが可能であり、1レイヤに比べるとより見やすく分かり易い表現が可能となる。 According to the virtual image display device according to the present invention having the above-described configuration, a part of the image displayed in the display region for displaying the image for a short distance is arranged by the half mirror member while arranging two independent display regions. Since the user can visually recognize the half mirror member through the half mirror member, the virtual image can be visually recognized at a plurality of positions at different distances from the user, while an area where information can be displayed at a position at a short distance from the user. It becomes possible to ensure widely. Moreover, it becomes possible to overlap a 1st virtual image display area and a 2nd virtual image display area in a user's gaze direction. Therefore, it is possible to express information based on virtual images in two layers (representing a plurality of virtual images at different distances), and it is possible to express more easily and easily than in one layer.
以下、本発明に係る虚像表示装置について、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置に具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a virtual image display device according to the invention will be described in detail with reference to the drawings with regard to an embodiment in which the virtual image display device is embodied in a head-up display device mounted on a vehicle.
先ず、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUDという)1の構成について図1を用いて説明する。図1は本実施形態に係るHUD1の車両2への設置態様を示した図である。
First, the configuration of a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an installation mode of the
図1に示すようにHUD1は、車両2のダッシュボード3内部に設置されており、内部に映像を表示する第1液晶ディスプレイ5と第2液晶ディスプレイ6を有する。そして、第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6に表示された映像を、後述のようにHUD1が備える凹面鏡7を介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ8に反射させて車両2の乗員9に視認させるように構成されている。尚、第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6に表示される映像としては、車両2に関する情報や乗員9の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物(他車両や歩行者)に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)、路面に表示する警告(追突注意、制限速度等)、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。
As shown in FIG. 1, the
また、本実施形態のHUD1では、フロントウィンドウ8を反射して乗員9が第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6に表示された映像を視認した場合に、乗員9にはフロントウィンドウ8の位置ではなく、フロントウィンドウ8の先の遠方の位置に第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6に表示された映像が虚像10として視認されるように構成される。尚、乗員9が視認できる虚像10は第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6に表示された映像であるが、凹面鏡7やその他のミラーを介することによって上下方向や左右方向が反転する場合があり、それらの反転を考慮して第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6の映像の表示を行う必要がある。また、凹面鏡7を介することによってサイズも変更する。
Further, in the
ここで、虚像10を生成する位置、より具体的には乗員9から虚像10までの距離(以下、結像距離という)については、HUD1が備える凹面鏡7の曲率、第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6と凹面鏡7との相対位置等によって適宜設定することが可能である。例えば、凹面鏡7の曲率が固定であれば、第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6において映像の表示された位置から乗員9までの光路に沿った距離(光路長)によって結像距離が決定される。
Here, regarding the position where the
そして、本実施形態に係るHUD1は、映像を表示する表示装置として2つの第1液晶ディスプレイ5と第2液晶ディスプレイ6を備える。そして、第1液晶ディスプレイ5に表示された映像に基づく虚像10(以下、第1虚像10Aという)と、第2液晶ディスプレイ6に表示された映像に基づく虚像10(以下、第2虚像10Bという)とをそれぞれ同時に生成することが可能である。また、後述のように第1液晶ディスプレイ5から乗員9までを結ぶ光路の光路長と、第2液晶ディスプレイ6から乗員9までを結ぶ光路の光路長とが異なっている。例えば第1虚像10Aの結像距離L1が2.5m、第2虚像10Bの結像距離L2が20mとなるように各光路の光路長が設定されている。乗員9から視認した場合に第1虚像10Aと第2虚像10Bを重複させて視認させることも可能である。
And HUD1 which concerns on this embodiment is provided with the two 1st
また、本実施形態のHUD1は、後述のように凹面鏡7をハーフミラー化することによって、第1虚像10Aの表示領域を装置の容積に比べてより広く確保することを可能とし、更に第2液晶ディスプレイ6から乗員9までを結ぶ光路の光路長を、装置の容積に比べてより長く確保可能に構成している。
Further, the
また、車両のフロントバンパの上方やルームミラーの裏側等にはフロントカメラ11が設置される。フロントカメラ11は、例えばCCD等の固体撮像素子を用いたカメラにより構成された撮像装置であり、光軸方向を車両の進行方向前方に向けて設置される。そして、フロントカメラ11により撮像された撮像画像に対して画像処理が行われることによって、フロントウィンドウ8越しに乗員9に視認される前方環境(即ち虚像10が重畳される環境)の状況等が検出される。尚、フロントカメラ11の代わりにミリ波レーダ等のセンサを用いても良い。
A
次に、図2及び図3を用いてHUD1のより具体的な構成について説明する。図2は、本実施形態に係るHUD1の内部構成を示した図である。図3は、本実施形態に係るHUD1によって形成される光路を示した図である。
Next, a more specific configuration of the
図2に示すようにHUD1は、第1液晶ディスプレイ5と、第2液晶ディスプレイ6と、凹面鏡7と、カバーガラス15と、制御回路部16と、CANインターフェース17とから基本的に構成されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6は光源としてバックライトを用い、バックライトからの光を出力することによって、前面に設けられた映像表示面に対して映像を表示する機能を有する映像表示装置である。バックライトとしては、例えばCCFL(冷陰極管)や白色LEDが用いられる。尚、映像を表示する手段としては、液晶ディスプレイ以外に、有機ELディスプレイや液晶プロジェクタとスクリーンの組み合わせを用いても良い。尚、特に第1液晶ディスプレイ5については領域毎にバックライトの輝度(即ち映像の表示輝度)を変更する機能を有する。
Here, the first
また、図3に示すように第1液晶ディスプレイ5と第2液晶ディスプレイ6は、映像を表示す映像表示面が互いに対向する位置及び向きで配置される。また、第1液晶ディスプレイ5において映像を表示す映像表示面は、水平方向よりも上方を向く角度で配置される。一方で、第2液晶ディスプレイ6において映像を表示す映像表示面は、水平方向で凹面鏡7に対向する位置に配置される。また、図3に示すように水平方向に対するフロントウィンドウ8の角度と、水平方向に対する第1液晶ディスプレイ5の角度は、逆方向で同一角度θをなす。それによって、HUD1によって生成される虚像の角度を鉛直方向とすることが可能となる。
Further, as shown in FIG. 3, the first
一方、凹面鏡7は、図2及び図3に示すように第1液晶ディスプレイ5とフロントウィンドウ8とを結ぶ光路に沿って第1液晶ディスプレイ5とフロントウィンドウ8との間で、且つ第2液晶ディスプレイ6とフロントウィンドウ8とを結ぶ光路に沿って第2液晶ディスプレイ6とフロントウィンドウ8との間に配置される。より具体的には第1液晶ディスプレイ5の上方領域の前面に配置されており、特に対向する位置にある第2液晶ディスプレイ6に表示された映像を拡大して反射させて乗員9に視認させる投影鏡である。尚、凹面鏡7としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。
On the other hand, the
また、凹面鏡7は、ハーフミラーによって形成されており、背面側に位置する第1液晶ディスプレイ5に表示された映像については透過して乗員9に視認させる。尚、第1液晶ディスプレイ5に表示された映像の全てが透過されるのではなく、凹面鏡7の裏側に位置するエリアに表示される映像のみが透過され、透過された映像は透過されなかった映像とともにフロントウィンドウ8に反射されて乗員9に視認される。
Further, the
尚、凹面鏡7は、例えば透過率と反射率が同じハーフミラーとするが、ハーフミラーは必ずしも透過率と反射率が同じである必要はなく、入射した光の一部を透過し、一部を反射する部材(ビームスプリッター)であれば良い。例えばハーフミラーを透過率40%、反射率60%や、透過率60%、反射率40%としても良い。
The
また、凹面鏡7のサイズについては第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6の大きさに基づいて適宜設定される。具体的には、第1液晶ディスプレイ5から入射される映像の一部のみ透過させ、且つ第2液晶ディスプレイ6から入射される映像の全てを反射させることが可能なサイズとする。尚、第1液晶ディスプレイ5により生成される第1虚像10Aの視認性を向上させる為には凹面鏡7はできる限り小さい方が望ましい。従って、凹面鏡7のサイズは、第2液晶ディスプレイ6から入射される映像を全て反射させることが可能な最小のサイズとする。
The size of the
また、第1液晶ディスプレイ5から凹面鏡7を透過してフロントウィンドウ8によって反射されて乗員9へと到る第1光路の光路長と、第2液晶ディスプレイ6から凹面鏡7を反射し、更にフロントウィンドウ8に反射されて乗員9へと到る第2光路の光路長は長さが異なり、第1光路の光路長の方がより短くなっている。その結果、図4に示すように第1光路によって乗員9に視認される虚像である第1虚像10Aの位置は、第2光路によって乗員9に視認される虚像である第2虚像10Bの位置よりも近傍に位置する。例えば第1虚像10Aの結像距離L1は2.5m、第2虚像10Bの結像距離L2が20mとなるように光路長が設定されている。また、図4に示すように乗員9から第1虚像10Aが視認される領域(第1虚像10Aが表示される領域であり、以下第1虚像表示領域という)と第2虚像10Bが視認される領域(第2虚像10Bが表示される領域であり、以下第2虚像表示領域という)とは乗員9の視線方向において重複している。特に本実施形態では、凹面鏡7をハーフミラー部材とすることによって、凹面鏡7の裏側に位置する第1液晶ディスプレイ5の表示領域についても活用できるので、第1虚像表示領域を広く確保できる。特に第1虚像表示領域は第2虚像表示領域よりも大きく、第1虚像表示領域は第2虚像表示領域を含む。従って、虚像による情報を手前と奥の2レイヤで表現(複数の虚像を重ねて表現)することが可能であり、1レイヤに比べるとより見やすく分かり易い表現が可能となる。
Further, the optical path length of the first optical path that passes through the
但し、第1虚像表示領域と第2虚像表示領域とは重なるが、本実施形態では後述のように、第2虚像10Bを表示する場合には、第2虚像10Bと重複する範囲では第1虚像10Aを表示しないように表示領域を制限するので、第1虚像10Aと第2虚像10Bとは基本的に重複して視認されない。但し、重複して視認させることも可能である。
However, although the first virtual image display area and the second virtual image display area overlap, in the present embodiment, as described later, when displaying the second
また、第1液晶ディスプレイ5と第2液晶ディスプレイ6には基本的に異なる映像が表示される。第1液晶ディスプレイ5には乗員9に対して近傍に表示するのに適した情報である『現在車速』、『シフト位置』、『交差点拡大図』、『レーン案内』、『エコインジケータ』等が表示される。一方、第2液晶ディスプレイ6には乗員9に対して遠方に表示するのに適した情報である『案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)』等が表示される。
Also, basically different images are displayed on the first
また、カバーガラス15は、HUD1の上面に配置された透過性の板状部材である。そして、第1液晶ディスプレイ5や第2液晶ディスプレイ6に表示された映像は凹面鏡7によって反射或いは透過され、カバーガラス15を介して乗員9に視認させる。尚、カバーガラス15としてはフレネルレンズを用いても良い。また、カバーガラス15としてフレネルレンズを用いる場合には、凹面鏡7の代わりに平面の鏡を用いることも可能である。
The
また、制御回路部16は、HUD1の全体の制御を行う電子制御ユニットである。ここで、図5は本実施形態に係るHUD1の構成を示したブロック図である。
The
図5に示すように制御回路部16は、演算装置及び制御装置としてのCPU31、並びにCPU31が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるRAM32、制御用のプログラムのほか、後述の虚像表示処理プログラム(図6参照)等が記録されたROM33、ROM33から読み出したプログラムを記憶するフラッシュメモリ34等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部16は、第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6と接続され、第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6の駆動制御を行う。
As shown in FIG. 5, the
また、CAN(コントローラエリアネットワーク)インターフェース17は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるCANに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、HUD1は、CANを介して、各種車載器や車両機器の制御装置(例えば、ナビゲーション装置48、AV装置49等)と相互通信可能に接続される。それによって、HUD1は、ナビゲーション装置48やAV装置49等から取得した情報を表示可能に構成する。
The CAN (controller area network)
続いて、前記構成を有するHUD1においてCPU31が実行する虚像生成処理プログラムについて図6に基づき説明する。図6は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のACC電源(accessory power supply)がONされた後に実行され、HUD1によって車両の乗員に視認させる虚像を生成するプログラムである。尚、以下の図6にフローチャートで示されるプログラムは、HUD1が備えているRAM32やROM33に記憶されており、CPU31により実行される。
Next, a virtual image generation processing program executed by the
先ず、虚像生成処理プログラムではステップ(以下、Sと略記する)1において、CPU31は、ナビゲーション装置48等からの指示に基づいて、HUD1によって表示対象となるコンテンツと、該コンテンツを表示する対象となる液晶ディスプレイ(第1液晶ディスプレイ5又は第2液晶ディスプレイ6)を設定する。ここで、HUD1によって表示対象となるコンテンツとしては、車両2に関する情報や乗員9の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物(他車両や歩行者)に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)、路面に表示する警告(追突注意、制限速度等)、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。特に本実施形態では、第1液晶ディスプレイ5表示対象とするコンテンツを『現在車速』、『シフト位置』、『交差点拡大図』、『レーン案内』、『エコインジケータ』とし、第2液晶ディスプレイ6に表示対象とするコンテンツを『案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)』とする。
First, in step (hereinafter abbreviated as S) 1 in the virtual image generation processing program, the
次に、S2においてCPU31は、第2液晶ディスプレイ6に表示対象とするコンテンツ、即ち遠方に生成する第2虚像10Bとして表示するコンテンツがあるか否か判定する。尚、本実施形態では第2液晶ディスプレイ6に表示対象とするコンテンツを『案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)』とするので、例えば案内交差点が車両に接近している場合には、第2液晶ディスプレイ6に表示対象とするコンテンツがあると判定される。
Next, in S2, the
そして、第2液晶ディスプレイ6に表示対象とするコンテンツがあると判定された場合(S2:YES)、即ち第1虚像10Aと第2虚像10Bの両方を表示すると判定された場合には、S5へと移行する。それに対して、第2液晶ディスプレイ6に表示対象とするコンテンツがないと判定された場合(S2:NO)、即ち、第1虚像10Aのみを表示すると判定された場合には、S3へと移行する。
When it is determined that there is content to be displayed on the second liquid crystal display 6 (S2: YES), that is, when it is determined that both the first
S3においてCPU31は、第1液晶ディスプレイ5の映像表示領域の内、凹面鏡7を透過する映像を表示する領域について、他の領域よりも映像の表示輝度を2倍に設定する。具体的には、図7に示すように第1液晶ディスプレイ5の映像表示領域の内、凹面鏡7を透過する映像を表示する領域(即ち、凹面鏡7の裏側に位置する領域)51について、他の領域52よりもバックライトの輝度を2倍に設定する。尚、本実施形態では領域51の表示輝度を領域52の表示輝度の2倍に設定するが、表示輝度については凹面鏡7の透過率に応じて設定するのが望ましい。即ち、凹面鏡7の透過率が低いほど、領域51に表示された映像の視認性が低下するので、表示輝度をより高く設定するのが望ましい。
In S <b> 3, the
その後、S4においてCPU31は、第1液晶ディスプレイ5の全映像表示領域(図7の領域51と領域52を含む)を対象として、第1虚像10Aを生成する為の映像を前記S3で設定された輝度で出力する。例えば、『車速』、『シフト位置』、『交差点拡大図』、『レーン案内』、『エコインジケータ』の5項目に関する情報の映像が第1液晶ディスプレイ5に出力される。その結果、上記情報の映像の虚像が乗員9の視認可能な近傍の表示領域(例えば2.5m前方の運転者の視野領域)に表示される。
After that, in S4, the
ここで、図8は前記S4においてHUD1によって表示される情報の一例を示した図である。
図8に示すように、車両の進行方向の近傍距離(2.5m)前方の位置に、第1虚像10Aとして車両の現在の車速を示す虚像61、車両の現在のシフト位置を示す虚像62、交差点拡大図を示す虚像63、レーン案内を示す虚像64、エコインジケータを示す虚像65をそれぞれ生成する。尚、第1液晶ディスプレイ5の映像の表示領域の内、凹面鏡7を透過する映像を表示する領域51に表示される映像については、凹面鏡7を介して視認されるので他の領域52よりも視認性が低下することとなるが、前述したように領域51については他の領域52よりも表示輝度を高く設定するので、結果的に各虚像61〜65は同一の輝度(同一の視認態様)で表示される。従って、凹面鏡7の裏側に位置する領域も用いたより広い表示領域に対して、視認性の良い虚像を生成することが可能である。
Here, FIG. 8 is a diagram showing an example of information displayed by the
As shown in FIG. 8, a
一方、S5においてCPU31は、第2液晶ディスプレイ6の全映像表示領域を対象として、第2虚像10Bを生成する為の映像を出力する。例えば、『案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)』の映像が第2液晶ディスプレイ6に出力される。その結果、上記情報の映像の虚像が乗員9の視認可能な遠方の表示領域(例えば20m前方の運転者の視野領域)に表示される。
On the other hand, in S5, the
更に、S6においてCPU31は、第1液晶ディスプレイ5の映像表示領域の内、凹面鏡7を透過する映像を表示する領域を除いた領域(図7の領域52)を対象として、第1虚像10Aを生成する為の映像を前記S3で設定された輝度で出力する。例えば、『車速』、『シフト位置』、『交差点拡大図』、『レーン案内』、『エコインジケータ』の5項目に関する情報の映像が第1液晶ディスプレイ5に出力される。その結果、上記情報の映像の虚像が乗員9の視認可能な近傍の表示領域(例えば2.5m前方の運転者の視野領域)に表示される。尚、前記S4と比べて映像の表示領域が狭くなるので、一部のコンテンツを表示対象から除いたり、コンテンツの配置を変更したり、表示サイズを小さくする。
Further, in S6, the
ここで、図9は前記S5及びS6においてHUD1によって表示される情報の一例を示した図である。
図9に示すように、車両の進行方向の近傍距離(2.5m)前方の位置に、第1虚像10Aとして車両の現在の車速を示す虚像61、車両の現在のシフト位置を示す虚像62、交差点拡大図を示す虚像63、レーン案内を示す虚像64、エコインジケータを示す虚像65をそれぞれ生成する。更に、車両の進行方向の遠方距離(20m)前方の位置に、第2虚像10Bとして案内交差点での進行方向を示す虚像66を生成する。
Here, FIG. 9 is a diagram showing an example of information displayed by the
As shown in FIG. 9, a
第1虚像10Aが視認される領域と第2虚像10Bが視認される領域とは乗員9の視線方向において前後方向に同時配置される。従って、虚像による情報を手前と奥の2レイヤで表現(異なる距離に複数の虚像を表現)することが可能であり、1レイヤに比べるとより見やすく分かり易い表現が可能となる。また、第1液晶ディスプレイ5の映像の表示領域の内、凹面鏡7を透過する映像を表示する領域51には映像が表示されないので、第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6の表示輝度を補正しなかったとしても各虚像61〜66は同一の輝度(同一の視認態様)で表示される。
The region where the first
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るHUD1によれば、映像を表示する手段として第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6を備え、更に第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6とフロントウィンドウ8とを結ぶ光路に沿って第1液晶ディスプレイ5及び第2液晶ディスプレイ6とフロントウィンドウ8との間に配置され、第1液晶ディスプレイ5に表示された映像の一部を透過させるとともに、第2液晶ディスプレイ6に表示された映像の全てを反射させるハーフミラー部材として凹面鏡7を備え、第1液晶ディスプレイ5に表示された映像の虚像が表示される領域は、第2液晶ディスプレイ6に表示された映像の虚像が表示される領域を含み、乗員から第1液晶ディスプレイ5に表示された映像の虚像までの距離である第1結像距離は、乗員から第2液晶ディスプレイ6に表示された映像の虚像までの距離である第2結像距離よりも短くなるようにするので、乗員からの距離が異なる複数の位置に虚像を視認させることを可能にする一方で、乗員から近距離の位置に情報を表示可能な領域をより広く確保することが可能となる。また、第1虚像10Aが表示される領域と第2虚像10Bが表示される領域とを、乗員の視線方向において重複させることが可能となる。従って、虚像による情報を2レイヤで表現(異なる距離に複数の虚像を表現)することが可能であり、1レイヤに比べるとより見やすく分かり易い表現が可能となる。
As described above in detail, according to the
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではHUD1によって車両2のフロントウィンドウ8の前方に虚像を生成する構成としているが、フロントウィンドウ8以外のウィンドウの前方に虚像を生成する構成としても良い。また、HUD1により映像を反射させる対象(反射部材)はフロントウィンドウ8自身ではなくフロントウィンドウ8の周辺に設置されたバイザー(コンバイナー)であっても良い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the present embodiment, the virtual image is generated in front of the
また、本実施形態では車両2に対してHUD1を設置する構成としているが、車両2以外の移動体に設置する構成としても良い。例えば、船舶や航空機等に対して設置することも可能である。また、アミューズメント施設に設置されるライド型アトラクションに設置しても良い。その場合には、ライドの周囲に虚像を生成し、ライドの乗員に対して虚像を視認させることが可能となる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では第2虚像10Bを表示する場合には、第2虚像10Bと重複する範囲で第1虚像10Aを表示しないように制御している(S6)が、第2虚像10Bと重複する範囲についても第1虚像10Aを表示してもよい。即ち、前記S6において第1液晶ディスプレイ5の映像表示領域の内、凹面鏡7を透過する映像を表示する領域51についても映像の表示対象に含めても良い。尚、その場合には領域51については他の領域52よりも表示輝度を高く設定するのが望ましい。それによって、第1虚像10Aが視認される領域と第2虚像10Bが視認される領域とが乗員9の視線方向において重複する。即ち、虚像による情報を手前と奥の2レイヤで表現(複数の虚像を前後に重ねて表現)することが可能となる。
Moreover, in this embodiment, when displaying the 2nd
また、本実施形態では、虚像生成処理プログラム(図6)の処理をHUD1のCPU31が実行する構成としているが、実行主体は適宜変更することが可能である。例えば、ナビゲーション装置48の制御部、車両制御ECU、その他の車載器が実行する構成としても良い。
Further, in the present embodiment, the processing of the virtual image generation processing program (FIG. 6) is configured to be executed by the
また、本発明に係る虚像表示装置を具体化した実施例について上記に説明したが、虚像表示装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。 Moreover, although the embodiment which actualized the virtual image display device according to the present invention has been described above, the virtual image display device can also have the following configuration, and in that case, the following effects can be obtained.
例えば、第1の構成は以下のとおりである。
映像を表示する表示領域として夫々独立して設置された第1表示領域(5)及び第2表示領域(6)と、前記第1表示領域及び第2表示領域に表示された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を前記ユーザに視認させる反射部材(8)と、前記第1表示領域及び第2表示領域と前記反射部材とを結ぶ光路に沿って前記第1表示領域及び第2表示領域と前記反射部材との間に配置され、前記第1表示領域に表示された前記映像の一部を透過させるとともに、前記第2表示領域に表示された前記映像の全てを反射させるハーフミラー部材(7)と、前記第1表示領域に表示された映像の虚像が表示される第1虚像表示領域は、前記第2表示領域に表示された映像の虚像が表示される第2虚像表示領域を含み、ユーザから前記第1表示領域に表示された映像の虚像までの距離である第1結像距離は、ユーザから前記第2表示領域に表示された映像の虚像までの距離である第2結像距離よりも短い。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、2つの独立した表示領域を配置するとともにハーフミラー部材によって、近距離用の映像を表示する表示領域に表示された映像の一部についてはハーフミラー部材を透過させてユーザに視認させるので、ユーザからの距離が異なる複数の位置に虚像を視認させることを可能にする一方で、ユーザから近距離の位置に情報を表示可能な領域をより広く確保することが可能となる。また、第1虚像表示領域と第2虚像表示領域とを、ユーザの視線方向において重複させることが可能となる。従って、虚像による情報を2レイヤで表現(複数の虚像を前後に重ねて表現)することが可能であり、1レイヤに比べるとより見やすく分かり易い表現が可能となる。
For example, the first configuration is as follows.
A first display area (5) and a second display area (6) installed independently as display areas for displaying an image, and the images displayed in the first display area and the second display area are reflected. The first display area along an optical path connecting the first display area, the second display area, and the reflection member, and a reflection member (8) that causes the user to visually recognize a virtual image of the video image And between the second display area and the reflecting member, and transmits a part of the image displayed in the first display area and reflects all of the image displayed in the second display area. The first virtual image display area in which the half mirror member (7) to be displayed and the virtual image of the video displayed in the first display area are displayed is the second in which the virtual image of the video displayed in the second display area is displayed. Including virtual image display area, The first imaging distance, which is the distance from the user to the virtual image of the video displayed in the first display area, is greater than the second imaging distance, which is the distance from the user to the virtual image of the video displayed in the second display area. Also short.
According to the virtual image display device having the above configuration, the two independent display areas are arranged, and the half mirror member is used for a part of the image displayed in the display area for displaying the short distance image by the half mirror member. Since it allows the user to see through it, it is possible to make the virtual image visible at a plurality of positions at different distances from the user, while ensuring a wider area where information can be displayed at a short distance from the user. Is possible. Moreover, it becomes possible to overlap a 1st virtual image display area and a 2nd virtual image display area in a user's gaze direction. Therefore, it is possible to express information based on a virtual image in two layers (a plurality of virtual images are superimposed in front and back), and an expression that is easier to see and understand than a single layer is possible.
また、第2の構成は以下のとおりである。
前記第1表示領域(5)の内、前記ハーフミラー部材(7)を透過する映像を表示する領域(51)については他の領域(52)よりも映像の表示輝度を高くする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ハーフミラー部材を透過して視認される領域に表示される映像の虚像は他の領域に表示される映像の虚像よりも一般的に視認性が低下する虞があるが、該当領域のみ表示輝度を高くすることによって生成される虚像の視認性が低下することを防止することが可能となる。
The second configuration is as follows.
Of the first display area (5), the display brightness of the image is higher in the area (51) for displaying the image transmitted through the half mirror member (7) than in the other area (52).
According to the virtual image display device having the above configuration, the visibility of the virtual image of the video displayed in the region that is visible through the half mirror member is generally less visible than the virtual image of the video displayed in the other region. Although there is a possibility, it becomes possible to prevent the visibility of the virtual image generated by increasing the display brightness only in the corresponding region from being lowered.
また、第3の構成は以下のとおりである。
前記第1表示領域(5)の内、前記ハーフミラー部材(7)を透過する映像を表示する領域(51)については、前記ハーフミラー部材の透過率に応じて映像の表示輝度を設定する。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ハーフミラー部材の透過率に応じた最適な表示輝度を設定することが可能となる。それによって、第1表示領域のどの領域に映像を表示した場合であっても均一な品質の虚像を生成することが可能となる。
The third configuration is as follows.
Of the first display area (5), for the area (51) for displaying an image that passes through the half mirror member (7), the display brightness of the image is set according to the transmittance of the half mirror member.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to set an optimum display luminance corresponding to the transmittance of the half mirror member. Thereby, it is possible to generate a virtual image with uniform quality regardless of which area of the first display area the image is displayed.
また、第4の構成は以下のとおりである。
水平方向に対する前記反射部材(8)の角度と、水平方向に対する前記第1表示領域(5)の角度は逆方向で同一角度をなす。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザから視認される虚像の角度を鉛直方向とすることができるので、ユーザに見やすい虚像を生成することが可能となる。
表現が可能となる。
The fourth configuration is as follows.
The angle of the reflecting member (8) with respect to the horizontal direction and the angle of the first display area (5) with respect to the horizontal direction are the same in the opposite direction.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, the angle of the virtual image visually recognized by the user can be set in the vertical direction, so that it is possible to generate a virtual image that is easy for the user to see.
Expression is possible.
また、第5の構成は以下のとおりである。
前記第1表示領域(5)から前記反射部材(8)を透過してユーザを結ぶ第1光路と、前記第2表示領域(6)から前記反射部材(8)を反射してユーザを結ぶ第2光路とが異なる長さとなる。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、装置を大型化することなく、光路長の異なる2つの光路を生成でき、ユーザからの距離が異なる複数の位置に同時に虚像を視認させることが可能となる。
The fifth configuration is as follows.
A first optical path that connects the user through the reflective member (8) from the first display area (5), and a first optical path that connects the user by reflecting the reflective member (8) from the second display area (6). The two optical paths have different lengths.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to generate two optical paths having different optical path lengths without increasing the size of the device, and it is possible to simultaneously make a virtual image visible at a plurality of positions having different distances from the user. .
1 ヘッドアップディスプレイ装置
2 車両
3 ダッシュボード
5 第1液晶ディスプレイ
6 第2液晶ディスプレイ
7 凹面鏡
8 フロントウィンドウ
9 乗員
10A 第1虚像
10B 第2虚像
31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 フラッシュメモリ
DESCRIPTION OF
32 RAM
33 ROM
34 Flash memory
Claims (5)
前記第1表示領域及び第2表示領域に表示された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を前記ユーザに視認させる反射部材と、
前記第1表示領域及び第2表示領域と前記反射部材とを結ぶ光路に沿って前記第1表示領域及び第2表示領域と前記反射部材との間に配置され、前記第1表示領域に表示された前記映像の一部を透過させるとともに、前記第2表示領域に表示された前記映像の全てを反射させるハーフミラー部材と、
前記第1表示領域に表示された映像の虚像が表示される第1虚像表示領域は、前記第2表示領域に表示された映像の虚像が表示される第2虚像表示領域を含み、
ユーザから前記第1表示領域に表示された映像の虚像までの距離である第1結像距離は、ユーザから前記第2表示領域に表示された映像の虚像までの距離である第2結像距離よりも短い虚像表示装置。 A first display area and a second display area that are independently installed as display areas for displaying images;
A reflecting member that causes the user to visually recognize a virtual image of the image by reflecting the image displayed on the first display region and the second display region and causing the user to visually recognize the image;
It is arranged between the first display area, the second display area and the reflection member along an optical path connecting the first display area and the second display area and the reflection member, and is displayed in the first display area. A half mirror member that transmits part of the image and reflects all of the image displayed in the second display area;
The first virtual image display area where the virtual image of the video displayed in the first display area is displayed includes a second virtual image display area where the virtual image of the video displayed in the second display area is displayed,
The first imaging distance, which is the distance from the user to the virtual image of the video displayed in the first display area, is the second imaging distance, which is the distance from the user to the virtual image of the video displayed in the second display area. Shorter virtual image display device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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WO2021002428A1 (en) * | 2019-07-03 | 2021-01-07 | 日本精機株式会社 | Head-up display device |
WO2022141849A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | 广景视睿科技(深圳)有限公司 | Projection optical system and head-up display apparatus of vehicle |
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- 2017-09-22 JP JP2017182510A patent/JP2019056885A/en active Pending
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