JP6278769B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両において運転者の前方にあるウインドシールド（窓ガラス）の光反射を利用して表示を行う車両用表示装置に関する。

一般的な車両用のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：HeaD Up Display）装置は、表示すべき様々な情報を像として含む表示光をＨＵＤユニットからフロントウインドシールド又はコンバイナと呼ばれる反射板に投射し、フロントウインドシールド等で反射した光が運転者の視点に向かうように光路が形成される。したがって、運転者は、フロントウインドシールドを通して車両の前方の風景を視認しながら、同時にフロントウインドシールド等に映るＨＵＤユニットからの表示光に含まれる像を虚像として視認することができる。つまり、運転者は通常の運転状態を維持したまま、視線を移動することなしにＨＵＤユニットからの表示光に含まれる様々な情報を視認することができる。

ところで、ＨＵＤ装置のようにウインドシールドの表面における光の反射を利用して表示光に含まれる様々な情報を視認する装置においては、歪みが発生した像を運転者が視認する可能性がある。すなわち、傾斜したウインドシールドの表面にて光が反射することによって像の形状が変形する他に、ウインドシールドの表面自体が緩やかな曲面形状であることによって像に歪みが生じる。しかも、ウインドシールド上の場所毎に曲率や水平面（又は鉛直面）に対する傾斜角度が異なるため、運転手に視認される像には、表示光が投射される位置に応じて異なる様々な歪みが生じる。このため、視認性に悪影響を及ぼすことになる。

そこで、従来より車両用のＨＵＤ装置における像の歪みを補正するための技術が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特許文献１の表示装置においては、上下方向に移動可能な手動操作スイッチを設けてあり、スイッチの手動操作で補正できるように構成してある。これにより、例えば虚像が上方に向かうに従い左右寸法が狭くなるように湾曲する場合や、下方に向かうに従い左右寸法が狭くなるように湾曲する場合に、スイッチを操作して修正することができる。

特許文献２の車両用表示装置においては、表示像の歪みを補正するために、座標変換テーブルを利用している。また、交換可能な外付けＲＯＭ又は不揮発性メモリに座標変換テーブルを格納している。

特開平１１−３０７６４号公報 特開２００２−２０５５７１号公報

特許文献１の技術によれば、手動操作スイッチを必要に応じて操作することにより、ウインドシールドの表面形状等に起因する像の歪みを補正することができる。また、特許文献２の技術によれば、外付けＲＯＭを交換するか又は不揮発性メモリの座標変換テーブルを書き換えることにより、表示像の歪みを補正することができる。

しかしながら、運転者の体格の違い、シートポジション、運転者の姿勢の変化などに応じて視点の位置が変化すると、その視点に向かう表示光が辿る光路が変わってくる。このように光路が変わると、像の歪みの程度が変わってくる。

したがって、常に歪みがない状態で運転者が像を視認しようとするならば、特許文献１の技術では視点の位置が変化すると運転者は頻繁にスイッチを操作しなければならない。また、特許文献２の技術を利用する場合には、視点の位置が変化して像に歪みが生じた場合には、その都度、外付けＲＯＭを交換するか、又は不揮発性メモリの内容を書き換えなければならない。特許文献１、２の技術のいずれも、常に歪みがない状態で運転者が像を視認できるようにするためには、非常に煩わしい操作が必要になる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転者が視認する表示像に生じる歪みを補正するための操作について、その操作性を改善することができる車両用表示装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、下記（１）〜（２）を特徴としている。
（１） 任意の像を含む表示光を出射してウインドシールドに導き、前記ウインドシールドの表面で反射した前記表示光が視認される車両用表示装置であって、
前記表示光を出射する光の投射方向を調整可能な投射方向可変機構と、
前記投射方向可変機構により調整された投射方向に応じて前記像の形状を補正するための補正パターンを変更し、該補正パターンに基づいて前記像の形状を補正する表示制御部と、
を備え、
前記表示制御部は、前記ウインドシールドの形状及び寸法のばらつきに起因して引き起こされる前記像の変化に対応した複数の第１補正パターンを前記補正パターンとして保持すると共に、前記第１補正パターンを選択するための選択機構と接続され、
前記表示制御部は、前記選択機構によって前記複数の第１補正パターンの中から選択された１つの第１補正パターンに基づいて前記像の形状を補正する、
ことを特徴とする車両用表示装置。
（２） 上記（１）に記載の車両用表示装置であって、
前記表示制御部は、前記投射方向可変機構の投射方向に応じた前記像の変化に対応した複数の第２補正パターンを前記補正パターンとして保持し、前記投射方向可変機構の投射方向に応じて特定される、運転者の目の高さの領域区分に応じて、前記複数の第２補正パターンの中から１つの第２補正パターンを選択し、該第２補正パターンに基づいて前記像の形状を補正する、
ことを特徴とする車両用表示装置。

上記（１）の構成の車両用表示装置によれば、運転者の目の位置が変化したことにより投射方向可変機構の投射方向が調整された場合、補正パターンが自動的に変更される。このため、姿勢の変化等に伴って運転者の目の位置が変化した場合であっても、運転者が歪みを補正するための操作を行わなくても、視認する像に生じる歪みが自動的に補正される。よって、運転者が視認する表示像に生じる歪みを補正するための操作について、その操作性を改善することができる。
更に、上記（１）の構成の車両用表示装置によれば、ウインドシールドの製造時に生じる形状及び寸法のばらつきによりウインドシールドの個体差に起因した歪みが生じた場合であっても、複数の第１補正パターンの中から適切な補正パターンを選択することにより、表示像の歪みを低減することができる。
上記（２）の構成の車両用表示装置によれば、運転者の目の高さの領域区分に応じて、複数の第２補正パターンの中からいずれか１つが選択され、視認する像に生じる歪みが自動的に補正される。このため、簡易な構成によって表示像に生じる歪みの補正を実現することができるとともに、補正のために必要な補正パターンのデータの容量を抑えることができる。

本発明の車両用表示装置によれば、運転者が視認する表示像に生じる歪みを補正するための操作について、その操作性を改善することができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態における車両用表示装置の主要な制御の流れを示すフローチャートである。 図２は、車両用表示装置の主要な要素の位置関係の具体例を示す斜視図である。 図３は、ＨＵＤユニットの構成及びＨＵＤユニットから投射される光の光路を示す縦断面図である。 図４は、補正前後の表示形状の一例を表す模式図である。 図５は、データベースに保持されている複数の補正パターンデータの各形状とパラメータとの関係を示す模式図である。 図６（Ａ）、（Ｂ）は、アイボックスの高さ方向の領域区分と、画像処理における補正パターン形状と、視認される表示像の形状との対応関係を示す模式図である。

本発明の車両用表示装置に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜装置の構成の概要＞
本実施形態の車両用表示装置及びこれと関連する主要な構成要素を図２及び図３に示す。図２及び図３においては、本発明の車両用表示装置は、ＨＵＤユニット１０に相当する。

このＨＵＤユニット１０は、車両のダッシュボードの内側に収容されており、ダッシュボードの上面の一部分に形成した開口部から光を上方に向けて出射できるように構成されている。

図２及び図３に示したＨＵＤユニット１０の内部には、液晶表示パネル１１、バックライト１２、非球面ミラー１３、投射方向可変機構１５、及び表示制御部１６が備わっている。

液晶表示パネル１１は、透過型の液晶表示器であり、縦方向及び横方向に並んだ多数の画素で構成される矩形の表示面を有し、画素毎に表示のオンオフ、表示色、濃淡などを制御することができる。

バックライト１２は、液晶表示パネル１１の背面側に配置された光源であり、表示像の投射に必要な照明光を液晶表示パネル１１に照射する。比較的遠方の位置まで表示像を投射できるように、バックライト１２の光源は十分に大きな照明能力を備えている。

非球面ミラー１３は、液晶表示パネル１１側から入射した光を表面で反射して、ウインドシールド（透明な窓ガラス）ＷＳ側に向けて出射する。また、非球面ミラー１３は、所定の距離の位置に像を結像させるための光学特性を有している。

投射方向可変機構１５は、非球面ミラー１３の面の傾斜角度を調整可能な状態で非球面ミラー１３を支持している。例えば投射方向可変機構１５を図示しない電気モータで駆動することにより、非球面ミラー１３の傾斜角度を必要に応じて変更することができる。非球面ミラー１３の傾斜角度を変更すると、ＨＵＤユニット１０が出射する光の出射方向が変化する。

表示制御部１６は、表示対象の像を液晶表示パネル１１の表示面上に表示する。例えば、車両の現在の速度（ｋｍ／ｈ）の情報を取得し、この速度を表す数値に対応する文字パターンなどを含む可視情報を表示面の二次元平面上にグラフィックにより描画する。尚、表示制御部１６は、車両用表示装置の光学系部材の特性により発生する像の歪みなどを補正する機能を有してもよい。

＜光路の概要の説明＞
図２及び図３に示したＨＵＤユニット１０を使用する場合には、バックライト１２の照明光により、液晶表示パネル１１の表示面に表示された像を可視情報として含む表示光が非球面ミラー１３に入射し、非球面ミラー１３で反射した光がウインドシールドＷＳに向かって出射される。この光は、ウインドシールドＷＳの照射領域１４で反射し、想定される運転者の両目の位置（視点）を含む、箱状の空間であるアイボックスＥＢ（図２参照。）に向かって投射される。

したがって、運転者は液晶表示パネル１１の表示面に表示された可視情報と同等の像をウインドシールドＷＳ上で視認することができる。実際には、ウインドシールドＷＳの面の反射を利用して投射しているので、アイボックスＥＢの位置で視認される表示像３０は、虚像として結像されたものであり、図２及び図３に示すようにウインドシールドＷＳよりも前方の例えば２ｍ程度離れた位置に存在するかのように視認される。

ＨＵＤユニット１０の投射によって形成される表示像３０については、アイボックスＥＢを内部空間に含む、アイボックスＥＢよりも広い空間であるアイレンジＥＲ（図２参照。）の領域内で視認することが可能である。また、例えばシート高さの調整や、運転者の体格の違いに応じてアイレンジＥＲの領域の高さが変化した場合には、非球面ミラー１３の傾斜角度を変更することにより対応できる。すなわち、非球面ミラー１３の傾斜角度を変更すると、ＨＵＤユニット１０が出射する光の方向が変化する。この結果、ウインドシールドＷＳ上の照射領域１４が変化し、照射領域１４で反射した光の投射方向も変化する。このため、アイレンジＥＲの高さを変更することができる。

なお、本実施形態では、非球面ミラー１３の傾斜角度を変更可能に構成した場合を説明しているが、非球面ミラー１３をＨＵＤユニット１０に固定して、車両に対するＨＵＤユニット１０全体の傾斜を変更できるように構成しても良い。また、ＨＵＤユニット１０を車両の進行方向の前後方向に対して移動可能に構成すれば、ＨＵＤユニット１０が光を出射する位置を変更できるので、この移動に伴って照射領域１４が変化し、その結果想定されるアイレンジＥＲの高さを変更することができる。

＜像の歪みの説明＞
ウインドシールドＷＳは、光路を平面視したとき、光路に対して垂直ではなく傾斜した状態で配置されている。また、ウインドシールドＷＳの表面形状は一般的に緩やかな曲面であり、ウインドシールドＷＳの場所毎に曲率が僅かに変化している。したがって、ＨＵＤユニット１０が矩形形状の像を投射した場合であっても、実際に視認される表示像は、歪んだものになる。

＜表示像３０の歪み補正原理の説明＞
補正前後の表示像の形状の具体例を図４に示す。図４に示す例では、補正前の表示データ３５Ａのパターンとして、矩形形状の外枠の中に縦方向及び横方向に向かって等間隔で格子形状に描かれたものを想定している。

補正前の表示データ３５Ａのパターンを補正せずにそのまま液晶表示パネル１１で表示した場合には、ウインドシールドＷＳの照射領域１４の形状の影響等により、運転者が視認する像に図４中の表示像３０Ａのような形状の歪みが発生する。したがって、この表示像３０Ａのような形状を、補正前の表示データ３５Ａのパターンと同一形状の表示像３０Ｂの形状に補正する必要がある。

そこで、補正前の表示データ３５Ａを座標変換して、補正後の表示データ３５Ｂを生成し、補正後の表示データ３５Ｂのパターンを液晶表示パネル１１に表示する。補正後の表示データ３５Ｂにおけるパターンの歪みが、表示像３０Ａの歪みと正反対である場合には、双方の歪みが相殺されるため、運転者が視認する表示像３０Ｃは補正前の表示データ３５Ａと同一のものになり、表示像３０Ｃの歪みは解消される。

＜表示像３０の歪み補正に必要なデータの説明＞
＜表示像３０の歪み補正原理の説明＞で説明した手法により、表示像３０の歪みは解消される。しかし、運転手の目線の高さによって歪みが異なるため、歪みを補正するための補正パターンが１つだけでは、歪みが解消されるとは言い難い。そこで、アイレンジＥＲの高さの違いによって生じる表示像３０の歪みを正しく補正するためには、アイレンジＥＲの高さの領域区分毎に、それぞれ異なる補正パターンを用意しておく必要がある。本実施形態では、アイレンジＥＲの高さを５種類の領域区分Ｈｒ１、Ｈｒ２、Ｈｒ３、Ｈｒ４、及びＨｒ５のいずれかに区分できるように構成してあり、これらの区分のそれぞれに対応付けて５種類の補正パターンを用意してある。尚、本実施形態では、領域区分が５段階に区分けされた形態について説明するが、本発明の領域区分は５段階に限られるものではなく、２以上の多段階とすることができる。この場合、補正パターンは、多段階の数だけ用意される。

さらに、製造時に生じるウインドシールドＷＳのばらつきを考慮し、補正前の表示データ３５Ａを補正して補正後の表示データ３５Ｂを生成するために、次の４種類の補正パターンを用意する。
（Ａ）製造のばらつきがない場合の理想的な補正パターン
（Ｂ）製造のばらつきにより生じる歪みを考慮した補正パターン
（Ｃ）製造のばらつきにより生じる回転を考慮した補正パターン
（Ｄ）製造のばらつきにより生じるサイズの変化を考慮した補正パターン

したがって、表示制御部１６の内部に設けたデータベースＤＢ１上には、図５に示すような２０種類（［アイレンジＥＲの高さ区分に応じた５種類の補正パターン（図５の縦方向）］×［製造時に生じるウインドシールドＷＳのばらつきに応じた４種類の補正パターン（図５の横方向）］）の補正パターンがデータとして保持されている。このデータベースＤＢ１を利用する際には、これらの２０種類の補正パターンから、製造時に生じるウインドシールドＷＳのばらつきの種類を表すパラメータＰｗと、アイレンジＥＲの高さ区分を表すパラメータＰｈとの組み合わせによって特定されるいずれか１つの補正パターンデータを選択することができる。

＜車両用表示装置の制御例の説明＞
本実施形態における車両用表示装置の主要な制御の内容を図１に示す。図１は、表示制御部１６が液晶表示パネル１１に表示する表示データを、歪みの補正のために座標変換する動作の流れを示すフローチャートである。また、アイボックスＥＢの高さ方向の領域区分と、画像処理における補正パターン形状と、視認される表示像の形状との対応関係を図６（Ａ）、（Ｂ）に示す。

電源がオンになると、表示制御部１６はステップＳ１１で所定の初期化を実行する。例えば、表示対象の様々な情報（車速など）を他の制御ユニット（図示せず）から取得して常に最新の情報に更新できるように、通信回線を確保する。また、液晶表示パネル１１の画面に表示する内容を描画するグラフィックプロセッサＧＰが所定の動作を実行できるように命令を送る。また、初期値の補正パターンデータをデータベースＤＢ１から読み出して、グラフィックプロセッサ内で座標変換を行う画像処理部に与える。

ステップＳ１２では、表示制御部１６はウインドシールドＷＳの製造ばらつきパラメータＰｗを取得する。この製造ばらつきパラメータＰｗについては、表示制御部１６に接続した操作スイッチ（図示せず）の状態に対応付けても良いし、可変のデータとして所定の不揮発性メモリに登録しておいても良い。

製造ばらつきパラメータＰｗは、例えば自動車を製造する工場、あるいは自動車ディーラー等において、実際の車両に搭載されたウインドシールドＷＳの状態に合わせて最適な値に調整される。

ステップＳ１３では、表示制御部１６は、例えば投射方向可変機構１５に接続されたセンサ（図示せず）から、表示光の投射方向Ｄｒ１（図６（Ｂ）参照）の情報を取得する。つまり、非球面ミラー１３の傾斜角度に応じて変化する投射方向Ｄｒ１を検出する。そして、投射方向Ｄｒ１の変化を検出した場合には、Ｓ１３からＳ１４に進む。

投射方向Ｄｒ１の違いは、アイボックスＥＢの高さ方向の変化と対応関係にある。そこで、ステップＳ１４では、投射方向Ｄｒ１を複数の閾値と比較して、アイボックスＥＢの高さ方向の領域区分Ｈｒ１、Ｈｒ２、Ｈｒ３、Ｈｒ４、Ｈｒ５のいずれに属するかを識別し、その結果を高さパラメータＰｈとする。そして、高さパラメータＰｈが前回と比べて変化した場合には次のＳ１５に進む。尚、図６（Ａ）に示すように、領域区分Ｈｒ１、Ｈｒ２、Ｈｒ３、Ｈｒ４、Ｈｒ５は順に、アイボックスＥＢの高さ方向が低い位置になるように設定されている。

ステップＳ１５では、表示制御部１６は、上記２つのパラメータＰｗ、Ｐｈに対応する１つの補正パターンデータをデータベースＤＢ１から取得する。例えば、製造ばらつきパラメータＰｗが「Ｂ」、高さパラメータＰｈが「３」の場合には、図５に示した補正パターンデータをＤＴｘを選択する。

ステップＳ１６では、表示制御部１６は、グラフィックプロセッサＧＰ内の画像処理部が座標変換に用いる補正パターンデータを、Ｓ１５で最後に選択した補正パターンデータに更新する。

したがって、図１に示す制御を実施する場合には、図６に示すように、アイボックスＥＢの高さ方向の領域区分の変化に応じて、その領域区分に対応する補正パターンに自動的に変更される。このため、いずれの高さにおいても歪みのない状態で視認できるように表示像３０が形成される。また、ウインドシールドＷＳの製造ばらつきに起因する歪みについても、ウインドシールドＷＳ毎に個別に製造ばらつきパラメータＰｗを選択することにより精密に修正することができる。そのため、表示像３０の歪みについて運転者が特別な操作を実施する必要はなくなり、操作性が改善される。また、製造ばらつきパラメータＰｗについても、事前に決定した複数種類のパターンの中から選択するだけなので、簡単な操作で調整が完了する。

＜変形の可能性＞
図２及び図３に示したＨＵＤユニット１０においては光路中に配置した非球面ミラー１３を用いて像を投射しているが、非球面ミラー１３を使わずにＨＵＤユニット１０を構成することもできる。非球面ミラー１３が存在しない場合には、例えばＨＵＤユニット１０の全体の傾斜角度を調整したり、ＨＵＤユニット１０の位置を前後方向に調整することにより、アイボックスＥＢの高さ方向の変化に対応して、像の投射方向を変更できる。

また、図２及び図３に示したＨＵＤユニット１０は、光路中に配置した非球面ミラー１３の傾斜角度に応じて投射方向Ｄｒ１を検出し、領域区分Ｈｒ１、Ｈｒ２、Ｈｒ３、Ｈｒ４、Ｈｒ５のいずれに属するかを識別して補正パターンを変更しているが、他の制御に変更しても良い。例えば、ＨＵＤユニット１０の像の投射方向と実際の運転者の目の位置（高さ）との間に対応関係があるので、カメラを用いて運転者の目の位置を検出し、実際の目の高さに応じて補正パターンを変更しても良い。あるいは、実際の目の高さに合わせて投射方向を調整するための操作スイッチ等を備える場合には、スイッチの操作状態に応じて補正パターンを変更しても良い。但し、いずれの制御を実施する場合であっても、結果的にアイボックスＥＢの高さに応じてＨＵＤユニット１０からの像の投射方向が変化し、これに伴って補正パターンが自動的に変更される。

１０ ＨＵＤユニット
１１ 液晶表示パネル
１２ バックライト
１３ 非球面ミラー
１４ 照射領域
１５ 投射方向可変機構
１６ 表示制御部
３０ 表示像
３５Ａ 補正前の表示データ
３５Ｂ 補正後の表示データ
ＤＢ１ データベース
ＥＢ アイボックス
ＥＲ アイレンジ
ＧＰ グラフィックプロセッサ
ＷＳ ウインドシールド

Claims (2)

1. 任意の像を含む表示光を出射してウインドシールドに導き、前記ウインドシールドの表面で反射した前記表示光が視認される車両用表示装置であって、
   前記表示光を出射する光の投射方向を調整可能な投射方向可変機構と、
   前記投射方向可変機構により調整された投射方向に応じて前記像の形状を補正するための補正パターンを変更し、該補正パターンに基づいて前記像の形状を補正する表示制御部と、
   を備え、
   前記表示制御部は、前記ウインドシールドの形状及び寸法のばらつきに起因して引き起こされる前記像の変化に対応した複数の第１補正パターンを前記補正パターンとして保持すると共に、前記第１補正パターンを選択するための選択機構と接続され、
   前記表示制御部は、前記選択機構によって前記複数の第１補正パターンの中から選択された１つの第１補正パターンに基づいて前記像の形状を補正する、
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 請求項１に記載の車両用表示装置であって、
   前記表示制御部は、前記投射方向可変機構の投射方向に応じた前記像の変化に対応した複数の第２補正パターンを前記補正パターンとして保持し、前記投射方向可変機構の投射方向に応じて特定される、運転者の目の高さの領域区分に応じて、前記複数の第２補正パターンの中から１つの第２補正パターンを選択し、該第２補正パターンに基づいて前記像の形状を補正する、
   ことを特徴とする車両用表示装置。

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