JP6779571B2 - 車載用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンバイナーを通して虚像を目視できる車載用表示装置に関する。

特許文献１に、ヘッドアップディスプレイと称される車両用表示装置に関する発明が記載されている。この車両用表示装置は、フロントウインドウガラスに画像を投影し、運転者がフロントウインドウガラスを通じて前方の虚像を目視できるようにしている。

特許文献１には、車速が大きくなるにしたがって運転者の有効視野が狭くなる現象が指摘されている。そこで、この車両用表示装置に車速センサが設けられ、車速センサで検知された車速が大きくなると、表示画像の表示位置を有効視野の中心側に移動させている。

また、低速直進走行時には、表示画像を複数種類表示させ、高速直進走行時には、複数種類の表示画像からいずれかを選択して表示させている。

特開２０１５−１６０４４５号公報

特許文献１に記載された車両用表示装置は、広い面積のフロントウインドウガラスに表示画像を表示させているため、車速に応じた運転者の視野の変化の対策として、表示画像の位置や数を変化させることで対応している。

しかし、フロントウインドウガラスの手前にコンバイナーを配置し、コンバイナーを通じて虚像を目視するタイプの車両用表示装置では、運転者の有効視野の変化によってさらに画像が見にくくなる新たな課題が生じる。すなわち、コンバイナーは投影領域の面積が狭いため、混雑していない環境での走行や低速走行時に有効視野が広がると、輻輳角により、コンバイナーの左右縁部が二重に目視されるようになり、各種表示を目視しにくくなる。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、コンバイナーを使用した車両用表示装置において、走行環境や走行状態の変化に応じて運転者の有効視野が変化したときにも表示画像を目視しやすいようにした車載用表示装置を提供することを目的としている。

本発明は、画像投影部と、前記画像投影部を制御する制御部と、前記画像投影部で画像が投影されるコンバイナーとを有し、前記コンバイナーを通して虚像を目視可能な車載用表示装置において、
前記制御部は、
前記画像投影部によって画像が投影可能な前記コンバイナー内の表示領域の左側端部と前記コンバイナーの左側縁部との間、および前記表示領域の右側端部と前記コンバイナーの右側縁部との間、にそれぞれ距離Ｓが空くように、前記表示領域の左右の幅Ｗを設定し、
以下の（１）〜（４）のいずれかの制御を行うことを特徴とするものである。
（１）情報取得部から走行環境の情報を受け取って車両の前方の混雑度を判別し、
前記混雑度が低下すると、前記距離Ｓが広がるように前記幅Ｗを狭める。
（２）走行検知部から車両の走行速度に関する情報を受け取り、
前記走行速度が低下すると、前記距離Ｓが広がるように前記幅Ｗを狭める。
（３）走行検知部から車両の走行中の舵角に関する情報を受け取り、
前記舵角が浅くなると、前記距離Ｓが広がるように前記幅Ｗを狭める。

本発明の車載用表示装置は、前記距離Ｓが、その時点で推定される運転者の有効視野角の半分の角度に基づく距離よりも広くなるように維持されているものである。

例えば、前記情報取得部は、カーナビゲーションシステムである。または、前記情報取得部は、車外を撮影するカメラである。

例えば、前記走行検知部は車速センサ、または舵角センサである。

本発明の車載用表示装置は、車両が走行している環境での混雑度の変化、あるいは車速の変化などに応じて、表示領域の左右端部とコンバイナーの左右方向の縁部との距離を変化させている。例えば、混雑度が低いときや車速が低下しているときは、運転者の有効視野が広がって、輻輳角により、コンバイナーの左右縁部が二重に目視されやすくなる。そこで、本発明では、運転者の有効視野が広がる条件のときに、表示領域の左右端部とコンバイナーの左右方向の縁部との距離を、有効視野の範囲から外れる程度に広げることで、左右縁部の二重目視を防止できるようにしている。

本発明の実施の形態の車載用表示装置が車両に搭載されている状態を示す説明図、 本発明の実施の形態の車載用表示装置での画像表示動作を示す説明図、 本発明の実施の形態の車載用表示装置のブロック図、 本発明の実施の形態の車載用表示装置を上方から見た説明図、 運転者の有効視野と輻輳角との関係を示す説明図、 輻輳角によるコンバイナーの二重目視現象を示す正面図、 走行環境や走行速度の変化と有効視野との関係を示す線図、

図１に、本発明の実施の形態の車載用表示装置が、車両の一例である自動車１に搭載された状態で示されている。
自動車１は、ボンネット部２と天井部３との間にウインドシールドガラス４が装着されており、ウインドシールドガラス４で、車室空間５と、車両の前方の外部空間６とが仕切られている。図４にも示すように、ウインドシールドガラス４は湾曲している。車室空間５内ではウインドシールドガラス４の手前にコンバイナー２０が取り付けられている。コンバイナー２０は昇降式であり、使用時のみウインドシールドガラス４の手前に現れる。または、コンバイナー２０が固定式であってもよい。

車室空間５には運転席７が設けられ、その前方にステアリングホイール８が設けられている。車室空間５の前方にダッシュボード９が設けられており、このダッシュボード９の内部に、画像投影部１０が埋め込まれている。画像投影部１０とコンバイナー２０とで本発明の実施の形態の車載用表示装置（いわゆるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置）が構成されている。

図２を参照して、本発明の実施の形態の車載用表示装置の光学部品の配置を説明する。
ダッシュボード９に埋設されている画像投影部１０にプロジェクタ１１が設けられている。プロジェクタ１１は、画像生成部材１２と投影レンズ１３とを有している。画像生成部材１２は、例えば、ＤＬＰ（Digital Light Processing）素子（ＤＬＰは登録商標）である。ＤＬＰ素子は、光源と、光源からの光を画素毎に制御するデジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を備えている。また、三原色の光源を備え、またはカラーフィルターを備えることで多色表示の画像を生成することができる。

投影レンズ１３は、非球面の凸レンズで構成され、または複数のレンズを組み合わせて構成されている。プロジェクタ１１の前方に中間像スクリーン１４が設けられている。中間像スクリーン１４は、マイクロレンズアレイやデフューザで構成される。

画像投影部１０では、中間像スクリーン１４の前方に反射部材１５が設けられている。反射部材１５は凹面が反射面となった拡大鏡である。前記コンバイナー２０は、反射部材１５の上方に対向している。

図３に、車載用表示装置に付随する回路構成がブロック図で示されている。
画像投影部１０は制御部４１によって制御される。制御部４１は、ＣＰＵとメモリを主体として構成されている。自動車１に、カーナビゲーションシステム４２と、外部空間６の画像、特に走行方向前方の画像を取得する車外カメラ４３が設けられている。カーナビゲーションシステム４２と車外カメラ４３が情報取得部であり、カーナビゲーションシステム４２と車外カメラ４３とで取得された走行方向前方の環境の状態および変化の情報が制御部４１に与えられる。

自動車１に車速センサ４４と舵角センサ４５が設けられている。車速センサ４４と舵角センサ４５は走行検知部である。車速センサ４４で検知された自動車１の車速と、舵角センサ２で検知されたステアリングホイール８の舵角は、自動車１の走行情報として制御部４１に与えられる。

自動車１に搭載された状態での車載用表示装置の表示動作は以下の通りである。
図２に示すように、画像投影部１０のプロジェクタ１１では、ＤＬＰ素子である画像生成部材１２で中間像が生成され、投影レンズ１３によって、中間像スクリーン１４に中間像が投影される。中間像スクリーン１４は、プロジェクタ１１の合焦位置にあり、中間像スクリーン１４に中間像が結像する。

中間像スクリーン１４を透過した表示光は、拡大凹面鏡である反射部材１５で画像が拡大されながら全反射されて、コンバイナー２０に向けられる。コンバイナー２０はハーフミラーとして機能し、反射部材１５で全反射された光の一部が、コンバイナー２０で照射されて、視認者（運転者）３０の眼３１に向けられる。その結果、コンバイナー２０およびウインドシールドガラス４の前方の外部空間６に結像する虚像２８を、眼３１で目視することが可能になる。虚像２８の結像位置は投影レンズ１３の焦点距離と反射部材１５の曲率などで決められる。

図６に、視認者３０の眼３１からコンバイナー２０を通して虚像２８を見た状態が示されている。図６の表示例では、虚像２８として、車速表示画像２８ａと案内表示画像２８ｂが目視されている。車速表示画像２８ａは、図３に示す車速センサ４４からの検知出力に基づいて、制御部４１で生成される。案内表示画像２８ｂは、カーナビゲーションシステム４２からの情報に基づいて制御部４１で生成される。

コンバイナー２０は左側端部２１と右側端部２２を有している。図５には、視認者３０の眼３１で、コンバイナー２０の左側端部２１の付近を通じて虚像２８を見ている状態が示されている。虚像２８はコンバイナー２０の前方の離れた位置に結像しているため、虚像２８を注視するためには、眼３１の焦点をコンバイナー２０から前方に離れた位置に合わせることが必要になる。

このとき、遠方の合焦位置と２つの眼３１，３１とで決まる輻輳角αの影響により、コンバイナー２０の左側端部２１が視認者３０の有効視野内に入ってくると、図６に示すように、コンバイナー２０の左側端部が２１と２１ａの二重に目視されるようになる。これは、図５に示すように、前方の虚像２８に眼３１，３１の焦点が合ったときに、左側の眼３１の視線Ｌ１と左側端部２１との距離ａと、右側の眼３１の視線Ｌ２と左側端部２１との距離ｂとの間に距離差が生じるためである。

視認者３０が、コンバイナー２０を通じて虚像２８のうちの左側の速度表示画像２８ａを注視しているときに、有効視野の範囲内に左側端部２１が入ってくると、左側縁部２１が二重に見えるようになり、速度表示画像２８ａを目視するときの妨げになり、安全走行において好ましくない。同様に、コンバイナー２０を通じて虚像２８のうちの右側の案内表示画像２８ｂを注視しているときに、有効視野の範囲内にコンバイナー２０の右側端部２２が入ってきたときも、右側端部２２が二重に見えてしまう。

なお、コンバイナー２０の上端２３については、両方の眼３１が並ぶ方向が、上端２３の延びる方向にほぼ一致しているため、輻輳角αの影響は受けにくい。

図７（Ａ）（Ｂ）には、視認者３０の脳で分析される有効視野の変化が示されている。この図は、横軸が有効視野の広さを意味し、縦軸は注視に要するエネルギーを示している。
自動車１の前方の背景が、例えば繁華街であったり、狭い道が入り組む市街地のように、混雑度が高いときは、図７（Ａ）に示すように脳で認識できる有効視野が狭くなる。自動車１が高速で走行していたり、ステアリングホイール８の舵角量を大きくして急カーブに沿って走行するときも、有効視野が狭くなる。また、夜間の走行のときも、昼間の走行のときに比べ、有効視野が狭くなる。

逆に、自動車１の前方の背景が、広い原野であったり、大きな幹線道路であってりして、混雑度が低いときは、図７（Ｂ）に示すように脳で認識できる有効視野が広くなる。自動車１が低速で走行していたり、ステアリングホイール８の舵角量が小さく緩やかな急カーブに沿って走行するときも、有効視野が広くなる。また、昼間の走行時も有効視野が広くなる。

図６では、コンバイナー２０を透過して目視できる虚像２８の水平方向の表示領域をＷで示している。表示領域Ｗは、表示画像の左側の端部Ｖ１から右側の端部Ｖ２との水平方向の距離である。

実施の形態の車載用表示装置では、制御部４１において、カーナビゲーションシステム４２からの情報、車外カメラ４３からの情報、車速センサ４４からの情報、舵角センサ４５からの情報、さらには時刻情報や光センサの検知出力などから、自動車１の走行環境や走行状態を認識し、この情報から、現時点での視認者の有効視野の範囲を推定する。

そして、図４に示すように、表示領域Ｗの左右両側にその時点での有効視野の半分の角度θを割り当て、この角度θの範囲内に、コンバイナー２０の左側端部２１と右側端部２２が入ることの無いように、表示領域Ｗの幅を変化させる。すなわち、図６に示すように、表示領域Ｗの左側の端部Ｖ１とコンバイナー２０の左側端部２１との間に距離Ｓを設定し、表示領域Ｗの右側の端部Ｖ２とコンバイナー２０の右側端部２２との間に距離Ｓを設定し、この距離Ｓを、有効視野の範囲よりも広く設定する。

図６に示す左右の距離Ｓは、視認者３０の眼３１からコンバイナー２０までの距離をＬ０としたときに、Ｌ０×ｃｏｓθ以上に設定される。一般に、有効視野は、約４度〜２０度の範囲とされているため、θがほぼ２度〜１０度の範囲で変化するように、表示領域Ｗが制御される。

制御部４１において前記距離Ｓを決める制御は以下の通りである。
（１）混雑度について
自動車１の走行中に、情報取得部から走行環境の情報が制御部４１に与えられ、制御部４１で混雑度が判別される。ここでの混雑度とは、自動車１の走行方向前方において注意を払わなくてはならない物体の存在率や、進行する道路の複雑さなどを意味しており、例えば、繁華街での走行や、狭い道が入り組む市街地での走行、あるいは渋滞している道路の走行などである。

情報取得部は、図３に示すカーナビゲーションシステム４２と車外カメラ４３である。混雑度は、さらに他の情報源から得てもよい。例えば、混雑度の情報を、各種通信網を使用した渋滞情報などから得てもよい。

混雑度の低い走行条件では、図７（Ｂ）に示すように、視認者３０の有効視野が広がるため、図６に示す距離Ｓを広げて、コンバイナー２０の左右端部２１，２２が、有効視野内に入らないようにする。すなわち、コンバイナー２０を通じて目視される虚像２８で表示される表示領域Ｗを狭くする。これにより、輻輳角αで左右端部２１，２２が二重に目視されるのを防止しやすくなる。

逆に、混雑度が高い走行条件では、図７（Ａ）に示すように、視認者３０の有効視野が狭くなるため、距離Ｓを短くしても、コンバイナー２０の左右端部２１，２２が有効視野に入りにくい。したがって、表示領域Ｗを広げることが可能である。

（２）走行状態について
自動車１は走行中に、走行検知部から走行状態の情報が制御部４１に与えられる。走行検知部は、図３に示す車速センサ４４や舵角センサ４５であり、ここでの走行状態とは、現在の走行速度や走行している道路のカーブの曲率などを意味している。あるいは、時計情報や光センサの検知出力から、車外の明るさを走行状態として認識してもよい。

例えば、低速走行時や、舵角が浅く直進走行やゆるいカーブを走行しているとき、さらには昼間の走行では、図７（Ｂ）に示すように、視認者３０の有効視野が広がるため、図６に示す距離Ｓを広げて、コンバイナー２０の左右端部２１，２２が、有効視野内に入らないようにする。すなわち、コンバイナー２０を通じて目視される虚像２８で表示される表示領域Ｗの幅を狭くする。これにより、輻輳角αで左右端部２１，２２が二重に目視されるのを防止しやすくなる。

逆に、高速走行時や、舵角が大きく急なカーブを走行しているとき、さらには夜間走行のときには、図７（Ａ）に示すように、視認者３０の有効視野が狭くなるため、距離Ｓを短くしても、コンバイナー２０の左右端部２１，２２が有効視野に入りにくい。したがって、表示領域Ｗを広げることができる。

（３）表示形態
前記走行環境や走行状態により、視認者３０の有効視野が広がっているときは、表示領域Ｗを狭くすることで、コンバイナー２０の左右端部２１，２２が二重に見えるのを避けることができる。このときは、プロジェクタ１１を制御して縮尺度を上げ、狭い表示領域Ｗに複数の表示画像を縮小して表示する。有効視野が広がっているときは、視認者３０の精神的な緊張が緩和されている状態であるため、縮小されている表示画像でも精神的に余裕を持って黙視することができる。

なお、有効視野が狭められているときに、狭い表示領域Ｗに表示される表示画像の数を減らしてもよい。

前記走行環境や走行状態により、視認者３０の有効視野が狭まっているときは、表示領域Ｗを広くしても、コンバイナー２０の左右端部２１，２２が視野に入りにくく、輻輳角αによる影響を受けにくくなる。有効視野が狭まっているときは、視認者３０の精神的な緊張が高まっているときであるため、表示領域Ｗを広くすることで、各種表示画像を大きくでき、緊張状態の視認者３０に表示情報を安全に与えやすくなる。

さらには、広い表示領域Ｗを利用して、左右の安全確認を促したり、走行注意を促す緊急表示を表示することも可能になる。

１ 自動車
４ ウインドシールドガラス
５ 車室空間
６ 外部空間
１０ 画像投影部
１１ プロジェクタ
１４ 中間像スクリーン
２０ コンバイナー
２１ 左側端部
２２ 右側端部
２８ 虚像
３０ 視認者
３１ 眼
Ｓ 距離
Ｗ 表示領域

Claims (8)

1. 画像投影部と、前記画像投影部を制御する制御部と、前記画像投影部で画像が投影されるコンバイナーとを有し、前記コンバイナーを通して虚像を目視可能な車載用表示装置において、
   前記制御部は、
   前記画像投影部によって画像が投影可能な前記コンバイナー内の表示領域の左側端部と前記コンバイナーの左側縁部との間、および前記表示領域の右側端部と前記コンバイナーの右側縁部との間、にそれぞれ距離Ｓが空くように、前記表示領域の左右の幅Ｗを設定し、
   情報取得部から走行環境の情報を受け取って車両の前方の混雑度を判別し、
   前記混雑度が低下すると、前記距離Ｓが広がるように前記幅Ｗを狭めるように制御することを特徴とする車載用表示装置。
2. 画像投影部と、前記画像投影部を制御する制御部と、前記画像投影部で画像が投影されるコンバイナーとを有し、前記コンバイナーを通して虚像を目視可能な車載用表示装置において、
   前記制御部は、
   前記画像投影部によって画像が投影可能な前記コンバイナー内の表示領域の左側端部と前記コンバイナーの左側縁部との間、および前記表示領域の右側端部と前記コンバイナーの右側縁部との間、にそれぞれ距離Ｓが空くように、前記表示領域の左右の幅Ｗを設定し、
   走行検知部から車両の走行速度に関する情報を受け取り、
   前記走行速度が低下すると、前記距離Ｓが広がるように前記幅Ｗを狭めるように制御することを特徴とする車載用表示装置。
3. 画像投影部と、前記画像投影部を制御する制御部と、前記画像投影部で画像が投影されるコンバイナーとを有し、前記コンバイナーを通して虚像を目視可能な車載用表示装置において、
   前記制御部は、
   前記画像投影部によって画像が投影可能な前記コンバイナー内の表示領域の左側端部と
   前記コンバイナーの左側縁部との間、および前記表示領域の右側端部と前記コンバイナーの右側縁部との間、にそれぞれ距離Ｓが空くように、前記表示領域の左右の幅Ｗを設定し、
   走行検知部から車両の走行中の舵角に関する情報を受け取り、
   前記舵角が浅くなると、前記距離Ｓが広がるように前記幅Ｗを狭めるように制御することを特徴とする車載用表示装置。
4. 前記距離Ｓが、その時点で推定される運転者の有効視野角の半分の角度に基づく距離よりも広くなるように維持されている請求項１ないし３のいずれかに記載の車載用表示装置。
5. 前記情報取得部は、カーナビゲーションシステムである請求項１記載の車載用表示装置。
6. 前記情報取得部は、車外を撮影するカメラである請求項１記載の車載用表示装置。
7. 前記走行検知部は車速センサである請求項２記載の車載用表示装置。
8. 前記走行検知部は舵角センサである請求項３記載の車載用表示装置。

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