JP6909404B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、車両などに搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ、Head Up Display）は、車両前方の風景（実景）に画像を重ねて表示することで、実景に情報を付加・強調した拡張現実（ＡＲ、Augmented Reality）を生成する。このようなＨＵＤは、車両を運転する視認者の視線移動を極力抑えつつ、所望の情報を視認者に的確に提供することができる。これにより、ＨＵＤは、安全で快適な車両運行に寄与することができる。

ＨＵＤが表示する画像の一つとして、車両前方に存在する対象物に重畳表示し、この対象物を強調する強調画像がある。強調画像は、視認者に障害物などの対象物の存在を認識させるために表示される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１７−０３０６００号公報

上述した強調画像は、例えば対象物が存在するために注意して運行すべき旨を、効果的に視認者に知らせることができる。しかし、強調画像が表示される意味を認識していない視認者に対しては、強調画像を表示する効果は得られず、強調画像を用いた通知の機能を十分に発揮することができない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、商品性を向上させることができる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。

本発明に係るヘッドアップディスプレイは、上述した課題を解決するために、表示画像を示す表示光を車両上の透過反射部に照射して視認者に前記表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、前記表示画像を表示する表示器と、前記車両が始動され走行を開始するまでの期間の少なくとも一定時間、前記車両の前方の風景に含まれる対象物に強調画像を重畳して表示するよう前記表示器を制御する表示制御部と、を備える。
さらに、前記表示制御部は、前記対象物が検出できない場合、仮想の対象物に係る画像を前記対象物として表示するよう前記表示器を制御する。

本発明に係るヘッドアップディスプレイにおいては、商品性を向上させることができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイを有する車両の構成図。 ヘッドアップディスプレイの概略構成図。 ヘッドアップディスプレイの表示制御部により実行されるデモ表示処理を説明するフローチャート。 特定対象物に強調画像を重畳表示した場合の表示例を説明する図。 特定対象物に重畳表示される強調画像の表示例を説明する図である。

本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るヘッドアップディスプレイは、例えば自動車やオートバイなどの車両に搭載される。本実施形態においては、本発明に係るヘッドアップディスプレイが自動車に搭載される例を用いて説明する。

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイを有する車両の構成図である。

図２は、ヘッドアップディスプレイ１０の概略構成図である。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ、Head Up Display）１０は、車両１のインストルメントパネル内に搭載されている。ＨＵＤ１０は、表示器１１と、平面鏡１２と、凹面鏡１３と、アクチュエータ１４と、筐体１５と、表示制御部３０と、を有している。ＨＵＤ１０は、表示器１１が表示した表示画像Ｍを示す表示光Ｌを、リレー光学系である平面鏡１２および凹面鏡１３で反射させ、車両１上のウィンドウシールド３（透過反射部）に照射する。これにより、視認者２（主に運転者）は、車両１前方の実景と重ねて表示画像Ｍの虚像Ｖを視認することができる。

表示器１１は、表示面に表示画像Ｍを表示し、表示画像Ｍを示す表示光Ｌを平面鏡１２に向けて出射する。表示器１１は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶表示器や有機ＥＬ（Electroluminescence）表示器である。なお、表示器１１はプロジェクタおよび表示面を構成するスクリーンを有するものであってもよい。

平面鏡１２は、表示器１１が出射した表示光Ｌを、凹面鏡１３に向けて反射させる。凹面鏡１３は、平面鏡１２で反射した表示光Ｌをさらに反射させ、ウィンドウシールド３に向けて出射する。平面鏡１２および凹面鏡１３は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着などの手段により形成された反射膜を有している。なお、凹面鏡１３は、拡大鏡としての機能を有し、表示器１１に表示された表示画像Ｍを拡大してウィンドウシールド３側へ反射する。すなわち、視認者が視認する虚像Ｖは、表示器１１に表示された表示画像Ｍが拡大された像である。

アクチュエータ１４は、表示制御部３０の制御に基づき凹面鏡１３を回転軸ＡＸ周りに回転させる。アクチュエータ１４は、ステッピングモータなどモータと、モータの動力を凹面鏡１３に伝達する歯車などの動力伝達部材と、これらモータと動力伝達部材および凹面鏡１３を支持する支持基体と、を有している（いずれも図示せず）。アクチュエータ１４は、凹面鏡１３を回転させることで凹面鏡１３の角度を調整し、表示光Ｌの照射位置を調整したり、外光が凹面鏡１３において表示器１１に向かうように反射しないよう調整したりする。

筐体１５は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成されており、上ケース２１および下ケース２２が組み合わされたものである。筐体１５は、筐体１５の内部に、平面鏡１２、凹面鏡１３、およびアクチュエータ１４を取付部材（図示せず）を介して位置決めし固定している。筐体１５は、筐体１５の外部に、表示器１１、および表示制御部３０が実装された制御基板を取付部材（図示せず）を介して位置決めし固定している。

上ケース２１は、開口部２１ａと、遮光壁２１ｂと、を有している。開口部２１ａは、透光性カバー２１ｃに覆われており、ウィンドウシールド３に対向する部分に表示光Ｌを通過させる。遮光壁２１ｂは、開口部２１ａの平面鏡１２に近接する箇所に設けられている。遮光壁２１ｂは、開口部２１ａ（透光性カバー２１ｃ）から入射する外光が平面鏡１２側または表示器１１側へ進行することを防止する。

下ケース２２は、表示口２２ａを有している。表示口２２ａは、表示器１１が表示する表示画像Ｍが平面鏡１２に臨むように開口している。

表示制御部３０は、特に、後述する前方情報取得部４０、視点位置検出部５０、および車両ＥＣＵ６０からの情報に基づいて、表示器１１やアクチュエータ１４を制御する。表示制御部３０は、処理部３１と、記憶部３２と、入出力部３３とを有している。処理部３１は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路などであり、所定の処理を実行する。記憶部３２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、不揮発性メモリなどであり、プログラムやデータを記憶する。入出力部３３は、ＣＡＮ（Controller Area Network）バス７０と接続された各部から出力された信号を取得したり、各部に信号を出力したりする。

車両１は、ＣＡＮバス７０によりＨＵＤ１０と接続された、前方情報取得部４０と、視点位置検出部５０と、車両ＥＣＵ（Electronic Control Ｕnit）６０と、を有している。

前方情報取得部４０は、ステレオカメラ４１と、前方画像解析部４２とを有し、車両１の前方の風景に含まれる対象物を解析する。ステレオカメラ４１は、車両１の前方領域を撮像する。前方画像解析部４２は、ステレオカメラ４１で取得された撮像データをパターンマッチング法などの公知の画像処理方法により画像解析し、前方（道路上）の対象物（歩行者、他の車両、標識、看板、道路上の障害物など）に関する情報や、道路形状（車線、白線、停止線、横断歩道、道路の幅員、車線数、交差点、カーブ、分岐路など）に関する情報を解析する。なお、ステレオカメラ４１および前方画像解析部４２は前方情報取得部４０の一例であり、前方の風景に含まれる対象物の解析が可能であればこれに限らない。例えば、前方情報取得部４０は、単眼カメラ、赤外線カメラ、レーザーレーダー、ミリ波レーダー、超音波センサなどの公知のセンサであってもよい。また、前方情報取得部４０は、通信手段（図示せず）を介して路上の通信インフラや他の車両などと通信することで、車両１の前方に存在する対象物を検出してもよい。

視点位置検出部５０は、赤外線カメラ５１と、視点画像解析部５２と、を有し、視認者２の視点位置（視点の上下および左右方向の位置）を検出する。赤外線カメラ５１は、視認者２の目を撮像する。視点画像解析部５２は、赤外線カメラ５１で撮像された撮像データを、パターンマッチング法などの公知の画像処理方法により画像解析し、視認者２の視点位置を解析する。なお、視点位置検出部５０に代えて、視認者２が入力手段（図示せず）を操作することで、自らの視点位置に合うように虚像Ｖの表示位置を調整するようにしてもよい。

車両ＥＣＵ６０は、車両１に設けられたセンサから車速やエンジン回転数などの車両情報を取得し、車両の動作を制御する。

このような、本実施形態におけるＨＵＤ１０は、走行中の車両前方に存在する人、看板、道路上の障害物などの対象物を視認者に認識させるため、対象物に強調画像を重畳させて表示する機能を有している。しかし、このような機能を有していても、この機能を認識していない視認者や、強調画像の意義を認識していない視認者に対しては、この機能を十分に発揮することができない。例えば、強調画像は、例えば危険が迫るシチュエーションで表示されるが、そのような状況が発生しなければ視認者はこの機能を認識することがなく、視認者にこの機能を知らしめる機会がない。

また、ＨＵＤは、拡張現実の効果を発揮するため一般的には画角が大きい。しかし、通常時は視認者としての運転者の視界を妨げないよう、ＨＵＤは極力抑えた表現をする。例えば、車両が始動され走行を開始するまでの期間は、「速度０ｋｍ／ｈ」などの必要な情報のみ表示される。このため、従来のＨＵＤは、種々の情報を表示することができるという商品性を十分に発揮できておらず、改善の余地がある。

これに対し、本実施形態におけるＨＵＤ１０は、車両１が始動され走行を開始するまでの期間の少なくとも一定時間、対象物に対する強調画像の重畳表示をデモンストレーションすることにより、対象物に強調画像を重畳させて表示する機能の存在および意義を視認者に知らしめることができる。以下、具体的に説明する。

図３は、ＨＵＤ１０の表示制御部３０により実行されるデモ表示処理を説明するフローチャートである。デモ表示処理は、車両１が始動された場合に開始される。車両１が始動された場合は、例えばイグニッションスイッチやメインスイッチがオンされた場合である。また、デモ表示処理は、車両１が始動され走行を開始するまでの期間の少なくとも所定時間実行さればよく、例えば車両１が走行を開始した場合に終了してもよいし、デモ表示処理の開始から所定時間経過後に終了してもよい。車両１の始動や走行開始は、車両ＥＣＵ６０から得られる情報により判断する。

ステップＳ１において、処理部３１は、入出力部３３を介して前方情報取得部４０より車両１の前方の風景に係る情報を取得し、車両１の前方の風景に含まれ強調画像を重畳して表示する対象となる対象物（以下単に「特定対象物」という。）を検出する。具体的には、前方情報取得部４０のステレオカメラ４１は、車両１が始動されると、車両１の前方の風景に係る撮像データを取得する。車両１が始動された直後であるため、得られる撮像データは車両１が停止している際の画像である。前方画像解析部４２は、前方の対象物に関する情報や道路形状に関する情報に関して撮像データを解析する。入出力部３３は、この解析結果を車両１の前方の風景に係る情報として取得し、特定対象物を検出する。特定対象物は、例えば歩行者、他の車両、標識、看板、その他車両の前方に位置する障害物など、車両１の走行中に視認者にその存在を強調して認識させる必要のある対象物である。

ステップＳ２において、処理部３１は、ステップＳ１において特定対象物が検出されたか否かを判定する。

処理部３１は特定対象物が検出されないと判定した場合（ステップＳ２のＮＯ）、ステップＳ３において、仮想の対象物に係る画像を特定対象物として表示するよう表示器１１を制御する。すなわち、処理部３１は、強調画像の重畳表示を行う対象となる特定対象物が存在しないため、デモ表示用の仮想の特定対象物を表示させる。具体的には、処理部３１は、記憶部３２より予め記憶された仮想の特定対象物に係る画像を読み出し、適切な位置に表示させる。なお、特定対象物が検出されないと判定される場合は、例えば車両１がガレージ内に駐車されている場合や、壁に向い前向き駐車された場合などが該当する。

処理部３１は、特定対象物が検出されたと判定した場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、またはステップＳ３の後、特定対象物に強調画像を重畳して表示するよう表示器１１を制御する。

図４は、特定対象物に強調画像を重畳表示した場合の表示例を説明する図である。

表示器１１により表示される表示画像Ｍは、表示領域３ａに表示されている。視認者２は、この表示領域３ａに表示された表示画像を、ウィンドウシールド３の前方数メートル程度に位置するかのように見える虚像として、実景と重畳して視認する。処理部３１は、特定対象物としての看板７１、標識７２、および歩行者７３に重畳して強調画像７５を表示させる。強調画像７５は、図４に示すように対象物を囲む四角形の枠線や、円形の枠線である。デモ表示用の強調画像７５は車両１が停止中に表示されるため、視認者2の視界を遮る可能性が低い。このため、強調画像７５は、走行時に表示される強調画像よりも目立つように表示してもよい。

図５は、特定対象物７４に重畳表示される強調画像７５の表示例を説明する図である。図５（ａ）〜（ｃ）は視認者２の視点から見た図であり、図５（ｄ）は車両１の進行方向に対し直交する方向から見た図である。

図５（ａ）に示すように、処理部３１は、強調画像７５よりも大きい画像７５ａを連続的に小さくし、最終的に強調画像７５が表示されるようにしてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、処理部３１は、視点位置検出部５０から得られる視認者の視点位置に関する情報に基づいて、視認者の視点位置Ｐを始点として特定対象物７４まで強調画像７５が移動するようにしてもよい。また、図５（ｃ）に示すように、車両１から距離が近い順に複数の特定対象物７４ａ、７４ｂ、７４ｃがある場合には、処理部３１は、強調画像７５の表示対象を車両１に近い特定対象物から順に切り替えてもよい。すなわち、処理部３１は、特定対象物７４ａ、特定対象物７４ｂ、特定対象物７４ｃの順に、強調画像７５を表示してもよい。また、図５（ｄ）に示すように、３次元表示が可能なＨＵＤの場合、処理部３１は、強調画像７５の表示位置を連続的に変化させ、ウィンドウシールド３側から特定対象物７４に向かい強調画像７５が近づいていくように表示してもよい。

仮想の対象物を特定対象物として表示する場合、処理部３１は、図４中の看板７１、標識７２、および歩行者７３などの仮想の対象物に係る画像７１ａ、７２ａ、７３ａを適切な位置に表示し、その画像７１ａ、７２ａ、７３ａに重畳して強調画像７５を表示させる。このとき、画像７１ａ、７２ａ、７３ａと強調画像７５とが区別できるよう、色を異ならせたり、画像７１ａ、７２ａ、７３ａと強調画像７５との間に境界を設けたりするのが好ましい。

なお、処理部３１は、前方情報取得部４０から入力される対象物の位置に関する情報と、視点位置検出部５０から入力される視認者２の視点位置に関する情報に基づき、ＨＵＤ１０が表示する表示画像Ｍの表示位置を演算して表示器１１およびアクチュエータ１４を制御する。このように、対象物の位置と視認者２の視点位置とに基づいて、表示画像Ｍの表示位置を設定することにより、視認者２の体格の違いや姿勢の違いがあった場合でも、実景における対象物に対する所望の位置に虚像Ｖを表示させることができる。

このような本実施形態におけるＨＵＤ１０は、ＨＵＤ１０の備える機能を視認者に知らしめることができ、商品性を向上させることができる。また、車両１の始動時における表示（オープニング表示）の見栄えや面白みを向上させることができる。

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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

例えば、透過反射部としてのウィンドウシールド３は、板状のハーフミラーやホログラム素子などによって構成される専用のコンバイナ部材であってもよい。

また、前方情報取得部４０の前方画像解析部４２が実行する画像解析は、表示制御部３０の処理部３１が行ってもよい。

１ 車両
２ 視認者
３ ウィンドウシールド
３ａ 表示領域
１０ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
１１ 表示器
１２ 平面鏡
１３ 凹面鏡
１４ アクチュエータ
１５ 筐体
２１ 上ケース
２２ 下ケース
２１ａ 開口部
２１ｂ 遮光壁
２１ｃ 透光性カバー
２２ａ 表示口
３０ 表示制御部
３１ 処理部
３２ 記憶部
３３ 入出力部
４０ 前方情報取得部
４１ ステレオカメラ
４２ 前方画像解析部
５０ 視点位置検出部
５１ 赤外線カメラ
５２ 視点画像解析部
６０ 車両ＥＣＵ
７０ ＣＡＮバス
７１ 看板
７２ 標識
７３ 歩行者
７４ 特定対象物
７５ 強調画像
Ｌ 表示光
Ｍ 表示画像
Ｐ 視点位置
Ｖ 虚像

Claims (3)

1. 表示画像を示す表示光を車両上の透過反射部に照射して視認者に前記表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
   前記表示画像を表示する表示器と、
   前記車両が始動され走行を開始するまでの期間の少なくとも一定時間、前記車両の前方の風景に含まれる対象物に強調画像を重畳して表示するよう前記表示器を制御する表示制御部と、を備え、
   前記表示制御部は、前記対象物が検出できない場合、仮想の対象物に係る画像を前記対象物として表示するよう前記表示器を制御するヘッドアップディスプレイ。
2. 前記対象物は、歩行者、他の車両、標識、看板、前記車両の前方に位置する障害物のいずれかである、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記強調画像と前記仮想の対象物に係る画像とは、互いに区別可能な異なる配色で構成される、請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
   

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