JP6521246B2

JP6521246B2 - 車載表示システム及び車両における表示方法

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Publication number: JP6521246B2
Application number: JP2015146333A
Authority: JP
Inventors: 俊一今西
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2015-07-24
Filing date: 2015-07-24
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP2017026870A

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の技術を適用した車載表示システム及び車両における表示方法に関する。

従来、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の技術を適用した車載表示装置が知られている（特許文献１）。この車載表示装置では、映像源（液晶パネル、バックライト）から出射される映像（光像）が、光学系（凹面鏡を含む）を介してフロントウィンドウの所定部位に導かれる。そして、フロントウィンドウで反射された前記映像（光像）が当該フロントウィンドウの前方に形成される虚像として運転者に供される。これにより、この虚像を見る運転者には、あたかもフロントウィンドウに前記映像が映し出されたように見える。

このような車載表示装置によれば、運転者は、フロントウィンドウを通して見る前景から目を大きく離すことなく、映像（例えば、メータ類、車速値、進路表示マーク等）を見ることができる。

特開２００７−９９１９９号公報

ところで、前述した車載表示装置において、種々の映像を表示（形成）させることが考えられる。そのような状況において、例えば、メータ類、車速値、進路表示マーク等の車両の運転支援に係る映像であれば、前景から目を大きく離すことなく見ることができるという点で、前述したようにフロントウィンドウの前方に虚像として形成することが好ましい。一方、例えば、メニュー映像、地点設定のための地図、車両ナビゲーションにおいて１つの案内経路を選択させるために用いられる複数の案内経路候補を表す映像等、操作が要求されるような映像については、前述したようにフロントウィンドウの外側に虚像を形成させて運転者に供するよりも、運転者等の操作者に比較的近い位置に像を表示（形成）させることが好ましい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、車両の乗員に供すべき映像に応じて当該乗員が見ることになる像の形成される位置を変えることのできる車載表示システム及び車両における表示方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る車載表示システムは、映像源から出射される映像を車両のフロントウィンドウで反射させて、前記フロントウィンドウの前方に当該映像を虚像として形成する第１表示システムと、前記映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成する第２表示システムと、形成させる像を、前記第１表示システムにより形成される虚像と、前記第２表示システムにより形成される前記実像との間で切り替える形成像切替え機構とを有し、前記第２表示システムは、映像を空間に実像として結像させる空中結像部材を有し、前記形成像切替え機構は、前記映像源から前記フロントウィンドウに至る前記第１表示システムの光路中に対する前記空中結像部材の所定姿勢での進入と退避とを切り替える進退動機構を有する構成となる。

このような構成によれば、前記映像源から出射される映像に基づいて形成される像は、形成像切替え機構により、第１表示システムによりフロントウィンドウの前方に形成される虚像から第２表示システムによりフロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に形成される実像に切り替えられる。また、逆に、第２表示システムによりフロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に形成される実像から第１表示システムによりフロントウィンドウの前方に形成される虚像に切り替えられる。そして、映像源から出射される映像は、空中結像部材により、フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として結像される。さらに、進退動機構が空中結像部材を映像源からフロントウィンドウに至る第１表示システムの光路中から退避させると、前記映像源から出射される映像に基づいて形成される像は、当該第１表示システムによりフロントウィンドウの前方に形成される虚像になる。一方、進退動機構が空中結像部材を第１表示システムの前記光路中に進入させると、前記映像源からの映像がフロントウィンドウに至ることなく第２表示システムの空中結像部材に至り、前記映像源からの映像がフロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成される。この場合、前記映像源から出射される映像に基づいて形成される像は、第２表示システムによりフロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に形成される実像となる。

前記第２表示システムは、前記実像をフロントウィンドウと運転者との間の空間に形成するようにしても、前記実像をフロントウィンドウと運転者以外の乗員、例えば、車両の助手席に着座する乗員との間の空間に形成するようにしてもよい。

本発明に係る車載表示システムにおいて、前記形成像切替え機構により形成させる像が切替えられる際に、前記映像源から出射される映像を異ならせる出射映像制御手段を有する構成とすることができる。

このような構成によれば、第１表示システムによりフロントウィンドウの前方に形成される虚像が表す映像と、第２表示システムによりフロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に形成される実像が表す映像とが異なったものとなる。

本発明に係る車載表示システムにおいて、前記第２表示システムは、前記第１表示システムにより形成される虚像の高さ方向位置より高い位置に前記実像を形成する構成とすることができる。

このような構成によれば、第２表示システムにより形成される実像は、第１表示システムによりフロントウィンドウの前方に形成される虚像より、車両の乗員に近く、かつ、高い位置に形成される。

本発明に係る車両における表示方法は、映像源から出射される映像を車両のフロントウィンドウで反射させて、前記フロントウィンドウの前方に当該映像を虚像として形成する第１表示ステップと、前記映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成する第２表示ステップと、形成させる像を、前記第１表示ステップにより形成される虚像と、前記第２表示ステップにより形成される前記実像との間で切り替える形成像切替えステップとを有し、前記第２表示ステップは、映像を空間に実像として結像させる空中結像部材により前記映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成させ、前記形成像切替えステップは、前記映像源から前記フロントウィンドウに至る前記第１表示ステップの光路中に対する前記空中結像部材の所定姿勢での進入と退避とを切り替える進退動ステップを有する構成となる。

本発明に係る車載表示システム及び車両における表示方法によれば、前記映像源から出射される映像に基づいて形成される像が、形成像切替え機構により、第１表示システム（ステップ）によりフロントウィンドウの前方に形成される虚像と、第２表示システム（ステップ）によりフロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に形成される実像との間で切り替えられるので、車両の乗員に供すべき映像に応じて当該乗員が見ることになる像の形成される位置を変えることができるようになる。

本発明の実施の形態に係る車載表示システムの構造例（状態１）を示す図である。図１に示す構造の車載表示システムの構造例（状態２）を示す図である。図１に示す構造の車載表示システムの制御系の基本構成を示すブロック図である。車載表示システムが図１に示す状態（状態１）のときに、形成された像の見え方の一例を示す図である。図４Ａに示すように見える像の詳細例を示す図である。車載表示システムが図３に示す状態（状態２）のときに、形成された像の見え方の一例を示す図である。図５Ａに示すように見える像の詳細例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

本発明の実施の一形態に係る車載表示システムは、図１に示すように構成される。

図１において、車室前方のダッシュボード１１０内に、液晶パネル及びバックライトユニット等で構成される投影機１０が設けられており、投影機１０の前方所定位置にＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）光学ユニット１１が配置されている。ダッシュボード１１０のフロントウィンドウ１００に対向する所定部位に開口１１１が形成されている。ＨＵＤ光学ユニット１１は、凹面鏡等の光学部品を含んでおり、投影機１０から出射される映像Ｉを凹面鏡での反射等によってダッシュボード１１０の開口１１１を通してフロントウィンドウ１００に導いて反射させ、フロントウィンドウ１００の前方（車両外部）に当該映像Ｉを虚像Ｉｖとして形成する。なお、投影機１０及びＨＵＤ光学ユニット１１により、映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウの前方に虚像として形成する第１表示システムが構成される。

また、ダッシュボード１１０内には、映像を空間に実像として結像させる空中結像パネル１３（空中結像部材：例えば、アスカネット社製、AI plate（エアリアルイメージング・プレート）：特開２０１３−１２７６２５号公報、特開２０１２−１５５３４５号公報等参照）が可動的に設けられている。更に、ダッシュボード１１０内には、進退動機構２０（形成像切替え機構）が設けられている。進退動機構２０は、空中結像パネル１３を、退避位置（図１に示す位置）と、ＨＵＤ光学ユニット１１からフロントウィンドウ１００に至る光路中に設定された機能位置（後述する図２に示す位置）との間で進退動させる。

進退動機構２０の動作により、空中結像パネル１３が、前記機能位置に進出して、ＨＵＤ光学ユニット１１からフロントウィンドウ１００に至る光路中に所定の姿勢で進入すると、図２に示すように、ＨＵＤ光学ユニット１１を介した投影機１０からの映像Ｉが、フロントウィンドウ１００に至ることなく、空中結像パネル１３を通ることにより、当該映像Ｉがフロントウィンドウ１００と運転者Ｄとの間の空間に実像Ｉｒとして形成される。なお、投影機１０、ＨＵＤ光学ユニット１１及び空中結像パネル１３によって、映像源から出射される映像をフロントウィンドウと所定の乗員（運転者Ｄ）との間の空間に実像として形成する第２表示システムが構成される。

上述したような構造の車載表示ステムの制御系は、図３に示すように構成される。

図３において、制御ユニット３０は、ダッシュボード１１０の所定の位置に設けられた操作部３２での操作に従って、投影機１０から出射される映像を制御する（出射映像制御手段）。また、制御ユニット３０は、操作部３２での操作に従って、進退動機構２０の動力源であるアクチュエータ２１（例えば、モータ）を駆動させる駆動部３１を制御する。

上述したような車載表示システムでは、操作部３２において、例えば、車両運転支援モードの操作が行われると、制御ユニット３０は、運転支援のための映像、例えば、車速値（数字）、進路表示マーク、簡単な地図等の映像を投影機１０に出射させる。このとき、制御ユニット３０は、駆動部３２を制御して、空中結像パネル１３が退避位置に位置するように、進退動機構２０のアクチュエータ２１を駆動させる。これにより、図１に示すように、投影機１０から出射される映像Ｉは、空中結像パネル１３によって遮られることなく、ＨＵＤ光学ユニット１１によりフロントウィンドウ１００の所定部位に導かれて反射し、フロントウィンドウ１００の前方に当該運転支援のための映像Ｉが虚像Ｉｖとして形成される。例えば、図４Ａに示すように、その虚像Ｉｖを見る運転者には、ステアリングの先のフロントウィンドウ１００の所定部位に前記映像Ｉが映し出されたように見える。従って、運転者Ｄは、フロントウィンドウ１００を通して見ている前景から目を大きく離すことなくそのフロントウィンドウ１００に映し出される、例えば、図４Ｂに示すような、車速値（数字）、進路表示マーク、簡単な地図等を含む映像Ｉ（虚像Ｉｖ）の支援を受けつつ車両を運転することができる。

一方、操作部３２において、例えば、目的地を地図上で設定するなどの地点設定モードの操作が行われると、制御ユニット３０は、前記運転支援のための映像に代えて地点設定のための地図を含む映像を投影機１０に出射させる（出射映像制御手段）。このとき、制御ユニット３０は、駆動部３２を制御して、空中結像パネル１３が機能位置に位置するように、進退動機構２０のアクチュエータ２１を駆動させる。これにより、図２に示すように、ＨＵＤ光学ユニット１１からフロントウィンドウ１００に至る光路中に所定の姿勢で空中結像パネル１３が進入した状態になり、ＨＵＤ光学ユニット１１を介した投影機１０からの映像Ｉが、フロントウィンドウ１００に至ることなく、空中結像パネル１３を通る。これにより、当該映像Ｉがフロントウィンドウ１００と運転者Ｄとの間の空間に実像Ｉｒとして形成される。この実像Ｉｒは、前述したようにフロントウィンドウ１００の前方（外側）に形成される虚像Ｉｖより、距離Ａだけ、運転者Ｄ側に寄った位置に形成されるとともに、当該虚像Ｉｖの高さ方向の位置より、距離Ｂだけ高い位置に形成される。

例えば、図５Ａに示すように、その実像Ｉｒを見る運転者Ｄには、フロントウィンドウ１００の内側（車室内側）でステアリングより僅かに高い位置に前記映像Ｉが浮き上がって映し出されたように見える。従って、運転者Ｄは、例えば、図５Ｂに示すような、車速値（数字）、進路表示マーク等の運転支援のための映像Ｉ−２（Ｉｒ−２）とともに、前記虚像Ｉｖに対応した映像Ｉより近づいて、かつ高い位置に映し出される（図２参照）、地図の映像Ｉ−１（Ｉｒ−１）に対して、地点設定のための操作を行うことができる。なお、空間に実像Ｉｒ−１として形成された地図の映像Ｉ−１に対する操作は、例えば、運転者Ｄの指によってなされ、別途指の動きを撮影するカメラによって得られる映像から判断される指の位置や動きに基づいて映像Ｉ−１上の地点が特定される。この場合、操作を行う運転者Ｄは、操作を行う地図の映像１−１を、虚像Ｉｖとして形成される映像Ｉに比べて、当該運転者Ｄに近く、また、高い位置に見ることができるので、その地図の映像Ｉ−１が見やすく、容易に地点設定の操作を行うことができる。

上述したような車載表示システムでは、投影機１０から出射される映像Ｉに基づいて形成される像は、進退動機構２０が空中結像プレート１３を退避位置（図１参照）から機能位置（図２参照）に進出させることにより、ＨＵＤ光学ユニット１１（第１表示システム）によりフロントウィンドウ１００の前方に形成される虚像Ｉｖから空中結像プレート１３（第２表示システム）によりフロントウィンドウ１００と運転者Ｄとの間の空間に形成される実像Ｉｒに切り替えられる。また、逆に、進退動機構２０が空中結像プレート１３を機能位置（図２参照）から退避位置（図１参照）に対比させることにより、空中結像プレート１３（第２表示システム）によりフロントウィンドウ１００と運転者Ｄとの間の空間に形成される実像ＩｒからＨＵＤ光学ユニット１１（第１表示システム）によりフロントウィンドウ１００の前方に形成される虚像Ｉｖに切り替えられる。

このように、投影機１０から出射される映像に基づいて形成される像が、空中結像プレート１３を退避位置と機能位置との間で進退動させる進退動機構２０により、ＨＵＤ光学ユニット１１によりフロントウィンドウ１００の前方に形成される虚像Ｉｒと、空中結像プレート１３によりフロントウィンドウ１００と運転者Ｄとの間の空間に形成される実像Ｉｒとの間で切り換えられるので、車両の運転者Ｄに供すべき映像Ｉ（例えば、運転支援に係る映像（図４Ｂ参照）や地点選択に用いられる地図の映像（図５Ｂ参照））に応じて、運転者Ｄが見ることになる像（虚像Ｉｖ、実像Ｉｒ）の形成される位置を変えることができる。具体的には、運転支援に係る映像（図４Ｂ参照）であれば、運転者Ｄが前方の前景から目を大きく離すことなく見ることのできるフロントウィンドウ１００の前方の位置に、地点選択に用いられる地図の映像（図５Ｂ参照）であれば、操作者である運転者Ｄがより操作のし易いフロントウィンドウ１００と当該運転者Ｄとの間の空間の比較的高い位置に、それぞれ形成されるようになる。

なお、前述した実施の形態では、投影機１０から出射される映像に基づいて形成される像を、空中結像プレート１３を退避位置と機能位置との間で進退動させる進退動機構２０により、フロントウィンドウ１００の前方に形成される虚像Ｉｒと、フロントウィンドウ１００と運転者Ｄとの間の空間に形成される実像Ｉｒとの間で切り替えるようにしたが、これに限られず、フロントウィンドウ１００の前方に形成される虚像Ｉｒと、フロントウィンドウ１００と運転者Ｄ以外の乗員、例えば、助手席に座る乗員との間の空間に形成される実像Ｉｒとの間で切り替えるようにすることもできる。この場合、自分とフロントウィンドウ１００との間に形成された実像Ｉｒを見る運転者Ｄ以外の乗員（例えば、助手席に座った乗員）は、より容易にその映像に対する操作を行うことができる。

また、乗員とフロントウィンドウ１００との間に形成される実像Ｉｒにて表される映像Ｉは、前述した地点選択に係る映像のように操作が要求される映像に限られない。例えば、運転者Ｄ以外の乗員とフロントウィンドウ１００との間に形成さえる実像Ｉｒは、ＡＶコンテンツの映像を表すものであってもよい。

更に、車速を条件として（例えば、車速が所定値より小さい場合等）、運転者Ｄとフロントウィンドウ１００との間に、操作が要求される映像を表す実像Ｉｒを形成することもできる。

また、前記虚像Ｉｖと実像Ｉｖとの切替えは、操作部３２の操作に代えて、乗員の発する音声により行うようにしてもよい。

以上、説明したように、本発明に係る車載表示システムは、車両の乗員に供すべき映像に応じて当該乗員が見ることになる像の形成される位置を変えることができるという効果を有し、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の技術を適用した車載表示システムとして有用である。

１０投影機
１１ＨＵＤ光学ユニット
１３空中結像パネル
２０進退動機構
２１アクチュエータ
３０制御ユニット
３１駆動部
３２操作部
１００フロントウィンドウ
１１０ダッシュボード
１１１開口

Claims

映像源から出射される映像を車両のフロントウィンドウで反射させて、前記フロントウィンドウの前方に当該映像を虚像として形成する第１表示システムと、
前記映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成する第２表示システムと、
形成させる像を、前記第１表示システムにより形成される虚像と、前記第２表示システムにより形成される前記実像との間で切り替える形成像切替え機構とを有し、
前記第２表示システムは、映像を空間に実像として結像させる空中結像部材を有し、
前記形成像切替え機構は、前記映像源から前記フロントウィンドウに至る前記第１表示システムの光路中に対する前記空中結像部材の所定姿勢での進入と退避とを切り替える進退動機構を有する車載表示システム。
前記第２表示システムは、前記映像を前記フロントウィンドウと運転者との間の空間に実像として形成する請求項１記載の車載表示システム。
前記形成像切替え機構により形成させる像が切替えられる際に、前記映像源から出射される映像を異ならせる出射映像制御手段を有する請求項１または２記載の車載表示システム。
前記第２表示システムは、前記第１表示システムにより形成される虚像の高さ方向位置より高い位置に前記実像を形成する請求項１乃至３のいずれかに記載の車載表示システム。
映像源から出射される映像を車両のフロントウィンドウで反射させて、前記フロントウィンドウの前方に当該映像を虚像として形成する第１表示ステップと、
前記映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成する第２表示ステップと、
形成させる像を、前記第１表示ステップにより形成される虚像と、前記第２表示ステップにより形成される前記実像との間で切り替える形成像切替えステップとを有し、
前記第２表示ステップは、映像を空間に実像として結像させる空中結像部材により前記映像源から出射される映像を前記フロントウィンドウと所定の乗員との間の空間に実像として形成させ、
前記形成像切替えステップは、前記映像源から前記フロントウィンドウに至る前記第１表示ステップの光路中に対する前記空中結像部材の所定姿勢での進入と退避とを切り替える進退動ステップを有する車両における表示方法。