JP6845988B2

JP6845988B2 - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JP6845988B2
Application number: JP2017012507A
Authority: JP
Inventors: 俊輔佐治; 健川合
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-01-26
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2037-01-26
Also published as: JP2018120141A

Description

本発明は、車両に搭載され、車両前方の実景に虚像を重畳して表示するヘッドアップディスプレイに関する。

従来、車両に搭載され、画像を表示する表示部と、表示部が表示した画像を被投影部材に投影することで所望の位置に虚像を結像させる投影部と、を備えるヘッドアップディスプレイが知られている。

しかしながら、車両に搭載する積荷の重さによっては、車両前方が鉛直方向上側に上がってしまい、ヘッドアップディスプレイが虚像を表示する位置が、通常の表示位置からずれてしまうことが考えられる。

特許文献１に開示されているヘッドアップディスプレイは、車両の姿勢情報を取得する車両姿勢情報取得手段を備え、投影部を回転させることで、車両の姿勢によって変化してしまった虚像の表示位置を、通常の表示位置（目標の配置）に移動させるものである。

特開２０１６−１７５６１８号公報

しかしながら、虚像の表示位置を移動させるため投影部を回転させると、虚像の像面（結像面）の角度が変化してしまい、視認者が違和感を覚えるおそれがあった。

本発明は、虚像の表示位置を移動させる際に視認者に違和感を与えにくいヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点におけるヘッドアップディスプレイは、
車両１に搭載され、被投影部材２に画像を投影することで、前記画像に基づく虚像２００Ｖを前記車両１の前方に位置する所定の結像面２００に結像するヘッドアップディスプレイ１００であって、
前記画像を表示する表示面１１を有する画像表示部１０と、
前記画像を前記被投影部材２に向けて投影する投影部２０と、
前記表示面を回転させる第１のアクチュエータ３０と、
前記投影部を回転させる第２のアクチュエータ４０と、
前記第１のアクチュエータ３０と前記第２のアクチュエータ４０とを制御するアクチュエータ制御部５３と、を備え、
前記アクチュエータ制御部５３は、前記第１のアクチュエータ３０を制御して、目標の配置２００ｒと平行になるように前記結像面２００の角度２１０を調整する角度調整処理Ｓ３を実行した後、
前記第１のアクチュエータ３０と前記第２のアクチュエータ４０とを同時に制御して、前記結像面２００の前記角度２１０を維持させたまま、前記目標の配置２００ｒと同一面となるように前記結像面２００を移動させる位置調整処理Ｓ４を実行する。斯かる構成によって、結像面２００上に表示される虚像２００Ｖは、移動している最中も、示す向きが一定になるため、運転者に違和感を与えることなく、虚像２００Ｖを移動させることができる。

また、本発明の第２の観点におけるヘッドアップディスプレイにおいて、前記画像表示部１０は、前記角度調整処理Ｓ３を実行する際の前記虚像２００Ｖの視認性を、前記位置調整処理Ｓ４を実行する際の前記虚像２００Ｖの視認性より低くしてもよい。斯かる構成によって、角度２１０が変化している最中の示す向きが徐々に変化してしまい視認者に違和感を与えるおそれのある虚像を、視認者に認識されにくくすることができる。

また、本発明の第３の観点におけるヘッドアップディスプレイにおいて、前記アクチュエータ制御部５３は、前記位置調整処理Ｓ４において、視認者に視認される前記結像面２００の移動速度が一定となるように、前記第２のアクチュエータ４０を制御してもよい。斯かる構成によって、視認者にとって違和感のないスムーズな結像面２００の平行移動を視認させることができる。

また、本発明の第４の観点におけるヘッドアップディスプレイにおいて、前記アクチュエータ制御部５３は、前記位置調整処理Ｓ４の第１のタイミングｔ１２〜ｔ１３で視認者に視認される前記結像面の移動速度を、前記位置調整処理の前記第１のタイミングより遅い第２のタイミングｔ１３〜ｔ１４で視認者に視認される前記結像面２００の移動速度より速くするように、前記第２のアクチュエータ４０を制御してもよい。斯かる構成により、虚像２００Ｖの移動速度が変化する（遅くなる）ことをもって、虚像２００Ｖが表示される結像面２００の位置調整の完了が近いことを視認者に認識させることができる。

また、本発明の第５の観点におけるヘッドアップディスプレイにおいて、前記車両１の姿勢に関する車両姿勢情報５Ｇを取得する姿勢情報取得手段５１をさらに備え、
前記アクチュエータ制御部５３は、前記姿勢情報取得手段５１が取得した前記車両姿勢情報５Ｇに基づき、前記車両１の姿勢が変化する前の前記結像面２００の配置２００ｒを前記目標の配置に設定してもよい。斯かる構成により、車両１の姿勢が変化した場合であっても、車両１の姿勢が変化する前の基準となる配置２００ｒに結像面２００の配置を調整することができる。

以下に説明する実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられ、当業者は、本発明が以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、本発明のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）の実施形態の構成を示す図である。
本実施形態のＨＵＤ１００は、車両１のフロントウインドシールド（非被投影部材の一例）２に画像光Ｋを投影することで、視認者から見てフロントウインドシールド２を介した位置に仮想的に生成される結像面２００上に、虚像２００Ｖを結像する。視認者は、運転席の所定の範囲であるアイボックス３内に視点をおくことで虚像２００Ｖを視認することができる。ＨＵＤ１００が生成する結像面２００は、例えば、一端が遠方側で他端が近傍側になるように、所定の角度２１０ｒだけ路面４に対して傾いている。この角度２１０ｒは、例えば、＋２０度（図１のＣＷ方向）〜−２０度（図１のＣＣＷ方向）であり、結像面２００は、アイボックス３から前方方向（車両１の進行方向）に１０[ｍ]離れた位置から１００[ｍ]離れた位置に亘って生成される。

ＨＵＤ１００は、例えば、虚像２００Ｖの元となる図示しない画像を表示面１１上に表示する画像表示部１０と、画像表示部１０が表示する画像を、フロントウインドシールド２に向けて投影する投影部２０と、画像表示部１０の表示面１１を回動させる第１のアクチュエータ３０と、投影部２０を回動させる第２のアクチュエータ４０と、制御部５０と、から構成される。ＨＵＤ１００（制御部５０）は、車両１に搭載される車載ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）などからなるバス５に接続され、このバス５から後述する車両１の車両姿勢情報５Ｇなどを取得することができる。

画像表示部１０は、画像を表示面１１に表示するものであり、例えば、液晶表示素子などの透過型表示パネルや、有機ＥＬ素子などの自発光表示パネルや、ＤＭＤやＬＣｏＳ（登録商標）などの反射型表示パネルや、レーザー光を走査する走査型表示装置などを適用することができる。なお、第１のアクチュエータ３０が回動させる画像表示部１０の表示面１１は、画像表示部１０が透過型表示パネルまたは自発光表示パネルであれば、液晶表示素子や有機ＥＬ素子が表示面１１に該当し、画像表示部１０が反射型表示パネルや走査型表示装置であれば、画像が表示されるスクリーンが表示面１１に該当する。また、投影部２０には、平面鏡、曲面鏡、自由曲面鏡などの反射光学系や、曲面レンズ、自由曲面レンズなどの透過型，屈折型の光学系や、ハーフミラーなどの半透過型光学系などを適用可能である。投影部２０は、典型的には、画像表示部１０が表示する画像を拡大した虚像２００Ｖにする拡大機能、フロントウインドシールド２の歪みを補正し、歪みのない虚像２００Ｖを視認させる歪み補正機能、虚像２００Ｖを視認者から所定の距離だけ離れた位置で結像させる機能を有する。

図２は、図１のＨＵＤ１００のシステム構成を示す。制御部５０は、プログラムにより作動する単数または複数のマイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣなどで構成れている。制御部５０は、バス５に接続され、後述する車両情報５Ｆや車両姿勢情報５Ｇなどを取得する入力部５１と、入力部５１から入力した情報に基づき画像データを生成して画像表示部１０を制御する表示制御部５２と、結像面２００を回転および移動させる第１のアクチュエータ３０および第２のアクチュエータ４０を制御するアクチュエータ制御部５３と、から構成される。制御部５０は、第２のアクチュエータ４０を制御して投影部２０を回動させつつ、第１のアクチュエータ３０を制御して画像表示部１０を回動させることで、虚像２００Ｖが結像される結像面２００を、路面（実景）４に対する角度を一定に保ちつつ移動させることができる。この動作を実行するための結像面補正処理については、後述する。なお、入力部５１は、バス５を介して車両姿勢検出部６から車両１のピッチング角を含む車両姿勢情報５Ｇを取得することができ、本発明の請求項に記載の車両姿勢情報取得手段としての機能も有する。また、制御部５０の一部または全部の機能は、ＨＵＤ１００の外側の車両１側に設けられてもよい。以上が、本実施形態のＨＵＤ１００の構成である。

車両姿勢検出部６は、車両１に搭載され、車両１の姿勢を検出するものであり、例えば、三軸加速度センサ（図示しない）と、前記三軸加速度センサが検出した三軸加速度を解析することで、水平面を基準とした車両１のピッチング角（車両姿勢）を推定し、車両１のピッチング角に関する情報を含む車両姿勢情報５ＧをＨＵＤ１００（制御部５０）に出力する。なお、車両姿勢検出部６は、前述した三軸加速度センサ以外に、車両１のサスペンション近傍に配置されるハイトセンサ（図示しない）で構成されてもよい。このとき、車両姿勢検出部６は、前記ハイトセンサが検出する車両１の地面からの高さを解析することで、前述したように車両１のピッチング角を推定し、車両１のピッチング角に関する情報を含む車両姿勢情報５ＧをＨＵＤ１００（制御部５０）に出力する。なお、車両姿勢検出部６が、車両１のピッチング角を求める方法は、前述した方法に限定されず、公知のセンサや解析方法を用いて車両１のピッチング角を求めてもよい。さらに、車両姿勢検出部６は、車両１のピッチング角以外に、車両１の地面からの高さに関する情報を含む車両姿勢情報５ＧをＨＵＤ１００に出力してもよい。また、車両姿勢検出部６は、ＨＵＤ１００に設けられてもよい。

図３は、本実施形態のＨＵＤ１００が結像面補正処理を実行する際の結像面２００の配置の時間推移を示したものであり、車両１の先端が上側に向くピッチアップの状態になった場合の結像面２００の配置（後述する第１の配置２０１）を、車両１のピッチング角が通常状態（車両１の先端が水平を向く状態）である場合の結像面２００の配置２００ｒに、移動させる様子を示している。以下では、車両１のピッチング角が通常状態である場合の結像面２００の配置２００ｒを、基準配置および目標の配置とも呼ぶ。

図３において、結像面２００の基準配置２００ｒは、水平面に対して２１０ｒ傾いている。車両１が、ピッチング角Ｐｕだけピッチアップした場合、結像面２００も、車両１のピッチングの回転中心を軸にして角度Ｐｕだけ回転した第１の配置２０１に移動する。すなわち、第１の配置２０１の結像面２００は、基準配置２００ｒの結像面２００と非平行になり、基準配置２００ｒを基準とした相対角度Ｃが車両１のピッチング角と同じ大きさの角度Ｃｕ（Ｃｕ＝Ｐｕ）となり、基準配置２００ｒを基準とした相対距離Ｄが距離Ｄｕとなる。後述する結像面補正処理では、アクチュエータ制御部５３は、結像面２００を、まず、相対角度Ｃｕを有する第１の配置２０１から相対角度をゼロにした第２の配置２０２とした後、相対距離Ｄｕがゼロとなるように第２の配置２０２から基準配置２００ｒまで平行移動させる。なお、結像面２００の配置は、必ずしも基準配置２００ｒに一致させる必要はなく、同一面上に移動させてもよい。

図４は、本実施形態のＨＵＤ１００が実行する結像面補正処理を示すフローチャートである。また、図５は、第１のアクチュエータ３０が回動させる表示面１１の角度（図５（ａ））、第２のアクチュエータ４０が回動させる投影部２０の角度（図５（ｂ））、結像面２００の基準配置２００ｒを基準とした結像面２００の相対角度Ｃ（図５（ｃ））、および結像面２００の基準配置２００ｒを基準とした結像面２００の相対距離Ｄ（図５（ｄ））のタイミングチャートである。

図４に示す結像面補正処理は、例えば、車両１が起動されたとき、又は、車両１の電子機器に電力が供給されたとき、又は、車両１の起動または車両１の電子機器の電力供給から所定時間経過したときに開始される。

まず、ステップＳ１では、入力部５１は、車両１のピッチング角を示す車両姿勢情報５Ｇを車両姿勢検出部６から取得する。

ステップＳ２では、アクチュエータ制御部５３は、ステップＳ１で取得した車両姿勢情報５Ｇに基づき、第１のアクチュエータ３０により表示面１１を回動させる第１の駆動データＡ１と、第２のアクチュエータ４０により投影部２０を回動させる第２の駆動データＡ２を決定する。

ステップＳ３では、アクチュエータ制御部５３は、ステップＳ２で決定した第１の駆動データＡ１に基づき第１のアクチュエータ３０を駆動することで、表示面１１を回動させ、結像面２００を、相対角度Ｃｕを有する第１の配置２０１から相対角度がゼロである第２の配置２０２にする（図５（ａ），図５（ｃ）の時間ｔ１〜ｔ２参照）。すなわち、アクチュエータ制御部５３は、表示面１１を回動させることで、結像面２００を基準配置２００ｒに平行にする。

ステップＳ４では、アクチュエータ制御部５３は、ステップＳ２で決定した第２の駆動データＡ２に基づき第２のアクチュエータ４０を駆動することで、投影部２０を回動させ、結像面２００を、相対距離Ｄｕを有する第２の配置２０２から基準配置２００ｒに移動させる（図５（ｂ），図５（ｄ）の時間ｔ２〜ｔ３参照）。これと同時に、アクチュエータ制御部５３は、第１の駆動データＡ１に基づき第１のアクチュエータ３０を駆動して、表示面１１を回動させることで、結像面２００の角度を、ステップＳ３で調整した角度（基準配置２００ｒと平行となる角度）に維持したまま（図５（ａ），図５（ｃ）の時間ｔ２〜ｔ３参照）、第２の配置２０２から基準配置２００ｒに移動させることができる。すなわち、アクチュエータ制御部５３は、表示面１１と投影部２０とを同時に回動させることで、結像面２００を基準配置２００ｒまで平行移動させる。なお、アクチュエータ制御部５３は、投影部２０の角度を概ね時間に対して線形的に変化させる（表示面１１の角度を時間に対して非線形的に変形させる）ことで、視認者に視認される結像面２００の移動速度は、図５（ｄ）の時間ｔ２〜ｔ３のように一定とすることができ、視認者にとって違和感のないスムーズな結像面２００の平行移動を視認させることができる。なお、このステップＳ４で、結像面２００は、移動する際、厳密に角度を保持する必要はなく、±３［ｄｅｇｒｅｅ］程度変化してもよい。

以上に説明したように、第１の実施形態の制御部５０（アクチュエータ制御部５３）は、まず、結像面２００を、車両１のピッチング角が通常状態（車両１の先端が水平を向く状態）である場合の結像面２００の配置である基準配置２００ｒと平行となるように角度調整した後、この角度を維持しながら基準配置２００ｒまで平行移動させる。これにより、結像面２００上に表示される虚像２００Ｖは、移動している最中も、示す向きが一定になるため、運転者に違和感を与えることなく、虚像２００Ｖを移動させることができる。

（第２の実施形態）
図６は、第１のアクチュエータ３０が回動させる表示面１１の角度（図６（ａ））、第２のアクチュエータ４０が回動させる投影部２０の角度（図６（ｂ））、結像面２００の基準配置２００ｒを基準とした結像面２００の相対角度（図６（ｃ））、および結像面２００の基準配置２００ｒを基準とした結像面２００の相対距離（図６（ｄ））のタイミングチャートである。図６に示すように、アクチュエータ制御部５３は、結像面２００を平行移動させている際（時間ｔ１２〜ｔ１４）、途中の時間ｔ１３から、投影部２０の角度を変化させる速度を遅くすることで、結像面２００の移動速度を遅くすることができる。ヘッドアップディスプレイ１００は、典型的には、第１の実施形態または第２の実施形態を実行することができるが、条件に応じて、第１の実施形態および第２の実施形態を切り替えて実行してもよい。

（第３の実施形態）
図７は、本発明の第三の実施形態に係るＨＵＤ１００のシステムの構成を示す図である。図７に示すように、アクチュエータ制御部５３は、車両ＥＣＵ７から、結像面２００の目標の配置２００ｒまたは目標の配置２００ｒを基準とした現在の結像面２００の相対角度Ｃおよび相対距離Ｄを含む目標配置情報５Ｅを、入力部（目標配置情報取得手段）５１から取得し、これに基づき、前記結像面補正処理を実行してもよい。また、アクチュエータ制御部５３は、車両ＥＣＵ７から、前記結像面補正処理を実行する契機となる車両情報５Ｆを、入力部（車両情報取得手段）５１から取得し、制御部５０内の図示しない記憶部に予め記憶された結像面２００の複数の目標の配置２００ｒの中から、入力した車両情報５Ｆに応じた目標の配置２００ｒを読み出し、前記結像面補正処理を実行してもよい。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができる。

本発明の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの構成を示す図である。上記実施形態に係るヘッドアップディスプレイのシステムの構成を示す図である。上記実施形態に係るヘッドアップディスプレイが結像面補正処理を実行した際の結像面の配置の推移を示した図であり、車両がピッチアップの状態になった場合の結像面の配置を、車両のピッチング角が通常状態である場合の結像面の配置に移動させる様子を示している。上記実施形態のヘッドアップディスプレイが実行する結像面補正処理の処理手順を示すフローチャートである。上記実施形態のヘッドアップディスプレイにおける、第１のアクチュエータが回動させる表示面の角度（図５（ａ））、第２のアクチュエータが回動させる投影部の角度（図５（ｂ））、基準配置を基準とした結像面の相対角度（図５（ｃ））、および基準配置を基準とした結像面の相対距離（図５（ｄ））のタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイにおける、第１のアクチュエータが回動させる表示面の角度（図５（ａ））、第２のアクチュエータが回動させる投影部の角度（図５（ｂ））、基準配置を基準とした結像面の相対角度（図５（ｃ））、および基準配置を基準とした結像面の相対距離（図５（ｄ））のタイミングチャートである。本発明の第三の実施形態に係るヘッドアップディスプレイのシステムの構成を示す図である。

１…車両、２…フロントウインドシールド（被投影部材）、３…アイボックス、４…路面（実景）、５…バス、６…車両姿勢検出部、７…車両ＥＣＵ、１０…画像表示部、１１…表示面、２０…投影部、３０…第１のアクチュエータ、４０…第２のアクチュエータ、５０…制御部、５１…入力部（姿勢情報取得手段）、５２…表示制御部、５３…アクチュエータ制御部、１００…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、２００…結像面、２００Ｖ…虚像、２００ｒ…基準配置（目標の配置）、２１０…角度、Ａ１…第１の駆動データ、Ａ２…第２の駆動データ、Ｃ…相対角度、Ｄ…相対距離、Ｋ…画像光、Ｐ…ピッチング角

Claims

車両に搭載され、被投影部材に画像を投影することで、前記画像に基づく虚像（２００Ｖ）を前記車両の前方に位置する所定の結像面（２００）に結像するヘッドアップディスプレイであって、
前記画像を表示する表示面（１１）を有する画像表示部（１０）と、
前記画像を前記被投影部材に向けて投影する投影部（２０）と、
前記表示面を回転させる第１のアクチュエータ（３０）と、
前記投影部を回転させる第２のアクチュエータ（４０）と、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを制御するアクチュエータ制御部（５３）と、を備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記第１のアクチュエータを制御して、目標の配置（２００ｒ）と平行になるように前記結像面の角度を調整する角度調整処理（Ｓ３）を実行した後、
前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータとを同時に制御して、前記結像面の前記角度を維持させたまま、前記目標の配置と同一面となるように前記結像面を移動させる位置調整処理（Ｓ４）を実行する、
ヘッドアップディスプレイ。
前記画像表示部は、前記角度調整処理を実行する際の前記虚像の視認性を、前記位置調整処理を実行する際の前記虚像の視認性より低くする、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記アクチュエータ制御部は、前記位置調整処理において、視認者に視認される前記結像面の移動速度が一定となるように、前記第２のアクチュエータを制御する、
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記アクチュエータ制御部は、前記位置調整処理の第１のタイミングで視認者に視認される前記結像面の移動速度を、前記位置調整処理の前記第１のタイミングより遅い第２のタイミングで視認者に視認される前記結像面の移動速度より速くするように、前記第２のアクチュエータを制御する、
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。
前記車両の姿勢に関する車両姿勢情報（Ｇ）を取得する姿勢情報取得手段（５１）をさらに備え、
前記アクチュエータ制御部は、前記姿勢情報取得手段が取得した前記車両姿勢情報に基づき、前記車両の姿勢が変化する前の前記結像面の配置を前記目標の配置に設定する、
請求項１乃至４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。