JP6023466B2

JP6023466B2 - 車載用表示装置

Info

Publication number: JP6023466B2
Application number: JP2012113773A
Authority: JP
Inventors: 俊一今西
Original assignee: Toshiba Alpine Automotive Technology Inc
Current assignee: Toshiba Alpine Automotive Technology Inc
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: JP2013242346A

Description

本発明の実施形態は、車載用表示装置に関する。

車載用の表示装置として、ヘッドアップディスプレイ（Head Up Display：ＨＵＤとも記載する。）が知られている。このヘッドアップディスプレイは、フロントガラス上またはダッシュボードに設けられた反射板上に、実像や虚像（これらを表示像ともいう。）を投影し、運転手に各種の情報を提供するようになっている。

このヘッドアップディスプレイには、運転手の両眼で観察させる両眼ＨＵＤと、片一方の眼で観察させる単眼ＨＵＤの２種類が知られている。一般的に、両眼ＨＵＤの場合は、フロントガラス（運転席）から２〜３ｍ先の位置に虚像が表示されるようになっている。一方、単眼ＨＵＤの場合には、フロントガラスの前方またはその手前の反射板に、単眼にだけ虚像が表示されるようになっている。

ところで、両眼ＨＵＤを使用している場合、自動車を運転している運転手は、運転中は遠方を見ているので、右目に入力される虚像と左目に入力される虚像とがずれてしまい、二重像となってしまっていた。そのため、両眼ＨＵＤでは、運転手にとって表示像が非常に見づらく感じられていた。また、運転手は、二重像として表示されている表示像に注視すると、背景がぼやけて知覚されていた。

このように、運転手は、両眼ＨＵＤでは、両眼視差による二重像により表示像と背景を同時に視認することができなかった。そこで、両眼視差によって生じる二重像による表示像が見づらくなる問題を解消するため、単眼ＨＵＤを用いて運転手の片一方の眼で表示像を観察させる技術が、種々検討されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−７６５３３号公報

上述したように単眼ＨＵＤは、運転手の片一方の眼で表示像を観察させるようになっているため、運転手の片眼に光束を投影して反射板に表示像を投影する構成となっていた。したがって、運転手は、光束が投影されている片眼のみでしか反射板の表示像を観察することができないので、運転手にとって表示像が見える範囲が狭く、反射板に表示された表示像が見えなかったり、見づらく感じることがあった。

本実施形態に係る車載用表示装置は、周辺視領域の少なくとも一部に広散乱角を有する第１の領域と、当該第１の領域とは異なる中心視領域を形成する第２の領域とを有する反射板と、車両の走行に関する映像を形成し、ミラーを介して当該映像を前記第１の領域と前記第２の領域とに投影する映像投影部と、ボタンの操作に応じて、前記映像投影部の前記ミラーの角度を調整して、前記反射板に投影される前記映像の投影位置を制御する制御部と、を備える。

本実施形態に係る車載用表示装置の概略の構成を示した概略構成図。従来の単眼ＨＵＤの反射板に投影された実像画像が、運転手の視界から消失する場合について示した説明図。本実施形態に係る反射板の構成を示した概略構成図。本実施形態に係る反射板の広散乱角領域によって拡張された投影範囲を示した説明図。本実施形態に係る反射板の広散乱角領域に投影された身長スケールにより、運転手の身長を設定する状態を説明した説明図本実施形態に係る反射板の中心視領域に投影された実像画像の表示例。本実施形態に係る車載用表示装置が、運転手の片眼に投影する光束の位置を調整する投影位置調整処理手順を示したフローチャート。本実施形態に係る車載用表示装置が、反射板に実像画像を表示した状態を示した説明図。

以下、本実施形態に係る車載用表示装置１００について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る車載用表示装置１００の概略の構成を示した概略構成図である。

図１に示すように、車載用表示装置１００は、光源１０、映像投影部２０、反射板３０（これをコンバイナーともいう。）、制御部４０などを備えて構成されている。

光源１０は、光を発生させる源（物体）であり、光を放射する機能を有している。この光源１０は、車両の走行に関する映像を形成する光束６０を生成する。光源１０は、例えば、液晶パネルや、発光ダイオード（ＬＥＤ：light Emitting Diode）によって実現される。

映像投影部２０は、光源１０によって放射された光を受けて、車両の走行に関する映像を形成し、その映像を反射板３０に投影するようになっている。この映像投影部２０は、例えば、投影レンズ２１、レンチキューラレンズ２２、駆動部２３、ミラー２４、非球面フルネルレンズ２５などを備えて構成されている。

この構成の場合、光源１０から放射（出射）された光束６０は、投影レンズ２１、レンチキューラレンズ２２、ミラー２４および非球面フルネルレンズ２５を経由して、車載用表示装置１００が搭載されている自動車３２のフロントガラス３１に設けられている反射板３０に投影されるようになっている。

具体的には、投影レンズ２１は、光源１０が生成した光束６０を投影する。レンチキューラレンズ２２は、光束６０の発散角を制御することにより光束６１の範囲を制御する。

このレンチキューラレンズ２２は、本実施形態では、光束６１の水平方向の幅を６ｃｍ以下に制御するようになっている。これは、運転手９０の一般的な両眼の間隔は、平均６ｃｍ程度であるため、水平方向の幅を６ｃｍ以下に制御することにより運転手９０の片眼９１のみに光束６１を投影するようになっている。

ミラー２４は、駆動部２３によって角度の調整ができるようになっている。ミラー２４は、可動式ミラーであって、角度を調整して光束６０の方向を調整することにより、光束６１の投影位置を制御する。なお、ミラー２４は、反射面として平面鏡以外に凹面ミラーを用いることができ、この場合も駆動部２３によって凹面ミラーの角度を変えることができる。

駆動部２３は、ミラー２４を駆動するモータによって構成されている。非球面フルネルレンズ２５は、光束６０により形成された映像を所望のサイズに拡大するようになっている。また、非球面フルネルレンズ２５は、投影レンズとして構成されている。

次に、制御部４０は、映像投影部２０を制御することにより、光束６１の投影位置５０と投影範囲５１を調整するようになっている。換言すれば、制御部４０は、光束６０を反射板３０に投影するレンチキューラレンズ２２と、ミラー２４の角度とを制御することにより、投影位置５０と投影範囲５１を調整するようになっている。

また、制御部４０は、例えば、自動車３２の車速に応じて、車速の表示を反射板３０に反射させたり、走行中（通常走行モード）において、走行に関する抽象的な情報を反射板３０の所定の領域（後述）に表示させるようになっている。

なお、制御部４０は、反射板３０に表示される映像（実像画像）を運転手９０が見ながら、手動で表示位置を調整することができるようになっているが、ミラー２４の角度の調整は、これに限定されるものではない。

このような構成により、本実施形態に係る車載用表示装置１００は、レンチキューラレンズ２２により光源１０の発散角が制御され、光束６０が反射板３０で反射されて運転手９０の片眼９１に光束６１が到達する。

これにより、運転手９０は、反射板３０に投影された映像（実像画像）を、片眼９１で観察（知覚）することができる。

なお、本実施形態に係る車載用表示装置１００は、自動車３２に搭載されることにより、単眼ＨＵＤ（Head Up Display）を構成するようになっている。また、本実施形態では、レンチキューラレンズ２２を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、拡散角度を制御した拡散板などを用いるようにしてもよい。

次に、従来の単眼ＨＵＤを使用した場合の問題点について説明する。

図２は、従来の単眼ＨＵＤの反射板３９に投影された実像画像が、運転手９０の視界から消失する場合について示した説明図である。

図２に示すように、従来の単眼ＨＵＤの場合、一般的には焦点が短い短焦点の光束６０が反射板３９に投影されていた。このため、運転手９０は、短焦点により本来の視域よりも狭い視域しか見ることできなかった。

すなわち、片眼９１から反射板３９までの光路を短くした短焦点方式のＨＵＤは、製品の小型化を実現することができるが、視域が狭くなるという問題を生じていた。ここで、視域とは、反射板に投影された実像画像を見ることができる眼の範囲のことをいうものとする。

そのため、従来の単眼ＨＵＤにおいて、運転手９０の片眼９１では、反射板３９の中心付近に投影された垂直方向捕捉範囲６４にある実像画像しか見ることができず、水平ラインをはさんで上下の端側に投影された実像画像に対して見ることができない範囲（実像ロスト範囲６５）を生じてしまい、運転手９０は見ることができなかった。

図２では、垂直方向捕捉範囲６４は、運転手９０の片眼９１により、反射板３０の中心付近に投影された実像画像を視認することができる範囲を示している。一方、実像ロスト範囲６５は、投影された実像画像が消失されてしまう範囲を示している。

ところで、運転手９０が自動車３２に乗車した場合、水平方向の投影位置５０は、運転手９０の運転席により、ある程度の範囲に固定される。また、運転手９０の視野は、水平方向の視野角が広いため、水平方向に対する視域の調整の必然性（必要性）は小さい。

これに対し、垂直方向の投影位置５０は、運転手９０の眼の高さ、あるいは座高の高さに対する調整であるため、水平方向の調整と比べて調整の幅が大きい。したがって、単眼ＨＵＤを用いた場合の運転手９０に対する視域の調整は、垂直方向の投影位置５０に特化して、片眼９１の高さを調整するだけでも十分効果を得ることができる。

そこで、本実施形態に係る車載用表示装置１００では、運転手９０の片眼９１に対して垂直方向の投影位置５０の調整を容易に行うことができるように、反射板３９に、以下のような構成を採用することにした。

図３は、本実施形態に係る反射板３０の構成を示した概略構成図である。

図３に示すように、反射板３０は、広散乱角領域（第１の領域）３３（または高反射散乱領域ともいう。）と、中心視領域（第２の領域）３４とを有している。

広散乱角領域３３は、中心視領域３４の周辺視領域の一部に設けられ、例えば、ガラス製プロジェクタ用スクリーンで使用される材質と同様の材質で形成され、半透過型または不透過型となるように構成されている。

この広散乱角領域３３では、運転手９０の片眼９１の投影位置５０のみならず、運転手９０が運転席に位置する垂直方向の投影位置において、運転手９０に広範囲に視認可能となる視域を形成するようになっている。

中心視領域３４は、反射率が制御されたフロントガラス等の半透過性の球面状の凹面ミラーや、フロントガラスと同様の効果を有する部材などにより形成されている。

これにより、本実施形態に係る車載用表示装置１００は、運転手９０の片眼９１の投影位置５０から光束６１が外れた場合であっても、反射板３０の広散乱角領域３３に、実像画像を投影することができる。

したがって、本実施形態では、車載用表示装置１００の光束６１の投影範囲５１が片眼９１の上下方向に外れ、中心視領域３４に投影された実像画像を運転手９０が視認することができない状態であっても、広散乱角領域３３に投影された実像画像を、運転手９０は視認することができる。

このように、運転手９０は、車載用表示装置１００の投影範囲５１から片眼９１が外れても、広散乱角領域３３に投影されている実像画像を見ることができるので、反射板３０が設けられている位置の確認を容易に行うことができる。

次に、広散乱角領域３３に投影される実像画像と、運転手９０の片眼９１に投影される投影範囲について説明する。

図４は、本実施形態に係る反射板３０の広散乱角領域３３によって拡張された投影範囲５２を示した説明図である。

図４に示すように、反射板３０の広散乱角領域３３は、運転手９０に対して、片眼９２の位置から片眼９３の位置まで垂直方向の投影範囲を拡張して、投影範囲５２を形成することができるようになっている。

また、実像形成位置６６は、広散乱角領域３３によって形成される実像画像が表示される位置を示している。次に、実像形成位置６６に表示される実像画像の例について、説明する。

図５は、本実施形態に係る反射板３０の広散乱角領域３３に投影された身長スケールにより、運転手９０の身長を設定する状態を示した説明図である。

図５に示すように、反射板３０には、広散乱角領域３３と中心視領域３４とが設けられ、広散乱角領域３３には、運転手９０の身長を設定する身長スケールが投影されている。また、広散乱角領域３３には、視認可能範囲３５と身長設定値３６も、投影されている。

図５では、広散乱角領域３３に、運転手９０の身長の高さの設定として、１４８ｃｍから１９２ｃｍの範囲で設定することができることが投影されている。また、現在の身長設定値３６は、１７２ｃｍに設定されている。また、現在の視認可能範囲３５は、１６９ｃｍから１７５ｃｍとなっている。

視認可能範囲３５は、設定された運転手９０の身長により、反射板３０の中心視領域３４を視認できる身長の範囲を示している。なお、本実施形態では、視認可能範囲３５は、運転手９０が視認可能な身長の理論値よりも、身長の範囲が狭く表示されるようになっている。例えば、身長の理論値の上限が１７７ｃｍの場合であっても、視認可能範囲３５では、１７５ｃｍと表示されるようになっている。

その理由は、運転手９０は、通常自分の身長を認知していると想定できるものの、正確に把握していることは意外に少ない。また、身長、座高、目の位置、俯角などの個人差によって許容範囲も必要である。このため、視認可能範囲３５は、視認可能範囲３５の身長の範囲を理論値よりも多少狭く表示することにより、運転手９０の身長の設定値を適切に設定させ、確実に視認させる効果を有している。

身長設定値３６は、現在、車載用表示装置１００に設定されている運転手９０の身長を示している。身長設定値３６は、運転手９０が実際の自分の身長に合わせることにより、運転手９０の片眼９１の投影位置５０の高さ（垂直方向）を合わせることができ、中心視領域３４に投影される実像画像の位置を設定することができる。

次に、運転手９０の身長の設定が適切に行われた場合の中心視領域３４の表示例ついて説明する。

図６は、本実施形態に係る反射板３０の中心視領域３４に投影された実像画像の表示例である。

図６に示すように、反射板３０の中心視領域３４には任意の文字列が表示されている。これは、運転手９０が身長を適切に設定したことにより、運転手９０の片眼９１の位置と投影範囲５１とが一致し、運転手９０は、図６に表示された文字列を片眼９１で認識することができる。

逆に言えば、図６に示した文字列を運転手９０が認識できない場合は、身長の設定と、これに基づく投影位置５０の調整が不十分であることを、運転手９０は知ることができる。

次に、本実施形態に係る車載用表示装置１００を用いて、運転手９０の片眼９１の投影位置５０を調整する投影位置調整処理手順（視域調整モード）について説明する。

（投影位置調整処理手順）
図７は、本実施形態に係る車載用表示装置１００が、運転手９０の片眼９１に投影する光束６１の位置を調整する投影位置調整処理手順を示したフローチャートである。

図７に示すように、まず運転手９０は、自動車３２のエンジンキーを回し、自動車３２のエンジンをかける。すると、自動車３２は、車載用表示装置１００に電源を投入して、車載用表示装置１００を起動させる。起動した車載用表示装置１００は、光源１０から運転手９０に向けて光を放射する（ステップＳ００１）。

次に、車載用表示装置１００は、映像投影部２０において反射板３０に光束６０を投影して、反射板３０を介して運転手９０の片眼９１に光束６１を投影する。そして、反射板３０は、広散乱角領域３３と中心視領域３４に実像画像を投影する（ステップＳ００３）。

次に、運転手９０は、運転席において座席の位置を調節するとともに、運転姿勢を調整する（ステップＳ００５）。

そして、運転手９０は、反射板３０の広散乱角領域３３に投影された実像画像を確認し（ステップＳ００７）、基本的には実像画像を容易に見つけることができる。すなわち、反射板３０の広散乱角領域３３は、運転手９０に対して広い視域で実像画像を投影することができるので、通常は、車載用表示装置１００は、広散乱角領域３３に投影された実像画像を運転手９０に容易に確認させることができる（ステップＳ００７のＹｅｓ）。

もし万一、反射板３０の広散乱角領域３３に投影された実像画像を見ることができない場合には（ステップＳ００７のＮｏ）、運転手９０は、運転席において座席の位置や運転姿勢の調整を再度行い、広散乱角領域３３に投影された実像画像を見ることができるように、運転席の位置の調整を繰り返す（ステップＳ００５）。

次に、運転手９０は、反射板３０の中心視領域３４に実像画像を見ることができるか否か確認し（ステップＳ００９）、実像画像（例えば、図４）を見ることができる場合には（ステップＳ００９のＹｅｓ）、投影位置調整処理手順を終了する。

一方、運転手９０が反射板３０の中心視領域３４に実像画像（例えば、図４）を見ることができない場合には（ステップＳ００９のＮｏ）、広散乱角領域３３に投影された視認可能範囲３５（図５）を確認し、制御部４０を用いて身長設定値３６（図５）を設定する（ステップＳ０１１）。

運転手９０は、運転手９０の身長を制御部４０で設定することにより、ミラー２４の角度が変化して、車載用表示装置１００の投影位置５０および投影範囲５１が、運転手９０の身長に合った片眼９１の高さに調整される。

具体的には、運転手９０が設定する身長の値が現在の設定値よりも高い場合には、反射板３０の中心視領域３４に投影される実像画像の表示位置（映像位置）を、設定される身長に応じて垂直方向に上げるようにミラー２４の角度を変化させる。

逆に、運転手９０が設定する身長の値が現在の設定値よりも低い場合には、反射板３０の中心視領域３４に投影される実像画像の表示位置（映像位置）を、設定される身長に応じて垂直方向に下げるようにミラーの角度を変化させる。

次に、運転手９０は、中心視領域３４に投影されている実像画像（映像）が反射板３０の中心付近となるように、制御部４０を用いてミラーの角度の微調整を行う（ステップＳ０１３）。つまり、中心視領域３４に投影されている実像画像（映像）を、運転手９０がよりはっきりと視認することができるようにミラー２４の角度を微調整する。なお、この微調整の操作は、制御部４０に設けられた図示しない調整ボタンによって行われる。

次に、運転手９０が反射板３０の実像画像の表示位置の微調整が終了すると、運転手９０は、反射板３０の中心視領域３４に実像画像を見ることができるか否かを再度確認し（ステップＳ００９）、実像画像（例えば、図４）を見ることができる場合には（ステップＳ００９のＹｅｓ）、投影位置調整処理手順を終了する。

このように、車載用表示装置１００は、運転手９０に対して、反射板３０の中心視領域３４に実像画像が見える状態にして、投影位置調整処理手順を終了する。そして、運転手９０は、中心視領域３４の実像画像をより確実に視認することができる状態で自動車３２を運転することができる。

次に、運転手９０が自動車３２を運転している際の実像画像の表示例について説明する。

図８は、本実施形態に係る車載用表示装置１００が、反射板３０に実像画像６３を投影した状態（通常走行モードの表示例）を示した説明図である。

図８に示すように、運転手９０は、フロントガラス３１を介して、外界映像７０を見ることができる。また、運転手９０は、フロントガラス３１の手前に設けられた反射板３０に、投影された実像画像６３を見ることができる。

図８に示した実像画像６３は、片眼９１の投影範囲５１（図１）のみ視認可能な中心視領域３７による映像と、投影範囲５１以外でも視認可能な広散乱角領域３８（周辺視領域の一部）による映像とから構成されている。

図８で示した中心視領域３７には、例えば、自動車３２の車速を示す情報が投影されており、運転手９０の片眼９１で見ることができる。一方、広散乱角領域３８には、運転手９０の片眼９１の投影範囲５１に限らず、運転手９０の片眼９１の投影範囲５１から外れた位置であっても、運転手９０に認識される抽象的な情報が投影されて表示されている。

この広散乱角領域３８では、例えば、投影される色の違いにより、危険度を示すことができる。自動車３２の車速が、４０ｋｍ／ｈ〜７９ｋｍ／ｈの場合は、黄色で警告を示す情報を表示させ、また、８０ｋｍ／ｈ以上の場合には、赤色で警告を示す情報を表示させることができる。

また、本実施形態では、これに限定されるものではなく、自動車３２の車速に応じて、文字により「減速してください」や「運転注意」などの抽象的な情報を投影するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態に係る車載用表示装置１００では、運転手９０の片眼９１に投影位置５０や投影範囲５１が合わない場合、運転手９０は、反射板３０に投影された広散乱角領域３３の実像画像を見て運転手９０の身長設定を行うことができ、反射板３０に投影される中心視領域３４の位置合わせを容易に行うことができる。

このように、本実施形態に係る車載用表示装置１００では、運転手９０が反射板３０の中心視領域３４の実像画像が見えない場合でも、反射板３０の広散乱角領域３３に投影された実像画像に基づいて、容易に運転手９０の身長設定を行うことができるので、従来のように見えづらい実像画像を探す必要がなく、実像画像を探す面倒や煩わしさを解消することができる。

なお、本実施形態では、運転手９０が自ら身長を設定する場合について説明したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、運転席に運転手９０が座る前に、指紋認証によって運転手９０を特定できる場合には、その認証された運転手９０に応じて、自動的に反射板３０の垂直方向の位置調整を行うようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。

１０光源
２０映像投影部
２１投影レンズ
２２レンチキューラレンズ
２３駆動部
２４ミラー
２５非球面フルネルレンズ
３０反射板
３１フロントガラス
３２自動車
３３広散乱角領域（第１の領域）
３４中心視領域（第２の領域）
３５視認可能範囲
３６身長設定値
３７中心視領域
３８広散乱角領域
４０制御部
５０投影位置
５１，５２投影範囲
６０光束
６１光束
６２実像形成位置
６３実像画像
６４垂直方向捕捉範囲
６５実像ロスト範囲
７０外界映像
９０運転手
９１，９２，９３片眼
１００車載用表示装置

Claims

周辺視領域の少なくとも一部に広散乱角を有する第１の領域と、当該第１の領域とは異なる中心視領域を形成する第２の領域とを有する反射板と、
車両の走行に関する映像を形成し、ミラーを介して当該映像を前記第１の領域と前記第２の領域とに投影する映像投影部と、
ボタンの操作に応じて、前記映像投影部の前記ミラーの角度を調整して、前記反射板に投影される前記映像の投影位置を制御する制御部と、
を備える車載用表示装置。
前記第２の領域には、
運転手の片眼で視認可能な前記映像が投影される
請求項１に記載の車載用表示装置。
前記第１の領域には、
前記第２の領域よりも広範囲に視認可能な前記映像が投影される
請求項１または２に記載の車載用表示装置。
前記反射板は、
前記第２の領域の下方に、前記第１の領域を有する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車載用表示装置。
前記映像投影部は、
前記第１の領域に、運転手へのメッセージを示す映像を投影する
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車載用表示装置。