JP7006498B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本開示はヘッドアップディスプレイに関する。

従来、以下のようなヘッドアップディスプレイが知られている。ヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドを介して、ドライバの右目の視点及び左目の視点にそれぞれ画像を提供する。ドライバは、ウインドシールドよりも前方に、表示物の虚像を知覚する。

ドライバの頭部がローリングすることがある。この場合、ウインドシールド上における右目用の画像と左目用の画像との高さが同じであると、ドライバにとって、右目用の画像の高さと、左目用の画像の高さとが異なる。その結果、ドライバは、右目用の画像と、左目用の画像とが、ウインドシールド上に並んで存在する像（以下では二重像とする）を知覚してしまう。

特許文献１には、カメラを使用してユーザの頭部の傾きを検出し、検出した傾きに応じた画像を生成する技術が開示されている。

特開２０１６－８５３１６号公報

特許文献１記載の技術は、ユーザの頭部の傾きを検出するための検出システムを必要とする。本開示は、ユーザの頭部の傾きを検出するシステムを必ずしも備えていなくても、二重像の発生を抑制できるヘッドアップディスプレイを提供する。

本開示の一局面は、被投影部材（４３）を介して画像をユーザの右目の視点（５３）及び左目の視点（５５）に提供するように構成されたヘッドアップディスプレイ（１）である。本開示の一局面であるヘッドアップディスプレイは、前記被投影部材上における複数の視差画像の位置（６３）を設定するように構成された位置設定ユニット（２９）と、前記位置設定ユニットが設定した位置に、前記複数の視差画像を同時に表示するように構成された表示ユニット（３３）と、を備える。

前記位置設定ユニットは、ユーザの頭部（４５）のロール角によらず、前記右目の視点及び前記左目の視点を通る第１基準線（６１）と、第２基準線（６７）とが平行になるように、前記被投影部材上における前記複数の視差画像の位置を設定する。第２基準線とは、前記複数の視差画像のうち前記右目の視点から視認可能な視差画像の前記被投影部材上における位置（６５Ｒ）、及び、前記複数の視差画像のうち前記左目の視点から視認可能な視差画像の前記被投影部材上における位置（６５Ｌ）を通る基準線である。

本開示の一局面であるヘッドアップディスプレイは、ユーザの頭部のローリングにより、第１基準線が傾いた場合でも、第１基準線と第２基準線とが平行になるように、被投影部材上における複数の視差画像の位置を設定する。そのため、ユーザの頭部のローリングが生じた場合でも、二重像が生じることを抑制できる。

ここで「平行」とは、厳密な意味での平行に限るものではなく、上記と同様の効果を奏するのであれば厳密に平行でなくてもよい。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

ヘッドアップディスプレイ等の構成を表すブロック図である。 制御部の機能的構成を表すブロック図である。 ヘッドアップディスプレイが実行する処理を表すフローチャートである。 頭部のローリングを表す正面図である。 視差画像位置を表す説明図である。 ロール角が０である場合の第１基準線及び第２基準線を表す説明図である。 ロール角の絶対値が０より大きい場合の第１基準線及び第２基準線を表す説明図である。

本開示の例示的な実施形態を、図面を参照しながら説明する。
＜第１実施形態＞
１．ヘッドアップディスプレイ１等の構成
ヘッドアップディスプレイ１等の構成を図１及び図２に基づき説明する。ヘッドアップディスプレイ１は車両に搭載される車載装置である。ヘッドアップディスプレイ１は、後述するウインドシールド４３を介して画像をドライバの右目の視点及び左目の視点に提供する。ドライバは、車両の前方に虚像を知覚する。ドライバはユーザに対応する。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ１は、制御部３と、表示部５と、マップ記憶ユニット７と、を備える。
制御部３は、ＣＰＵ９と、例えば、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の半導体メモリ（以下、メモリ１１とする）と、を有するマイクロコンピュータを備える。制御部３の各機能は、ＣＰＵ９が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ１１が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部３は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

制御部３は、図２に示すように、前景画像取得ユニット１３と、距離決定ユニット１５と、頭部画像取得ユニット１７と、頭部速度算出ユニット１９と、ロール角算出ユニット２１と、頭部速度判断ユニット２３と、ロール角判断ユニット２５と、マップ選択ユニット２７と、位置設定ユニット２９と、画像生成ユニット３１と、表示ユニット３３と、視点位置取得ユニット３５と、を備える。

制御部３に含まれる各部の機能を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能は、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現されてもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は、デジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現されてもよい。

表示部５は、画像を表す光をウインドシールド４３へ射出する。表示部５は、公知の光源、光学ユニット等を備える。
マップ記憶ユニット７は、マップを複数記憶している。複数のマップは、それぞれ、ウインドシールド４３上における複数の視差画像の位置（以下では視差画像位置とする）を規定する。複数のマップは、それぞれ、特定のドライバの体格に対応している。マップについては後述する。

車両は、ヘッドアップディスプレイ１に加えて、車外カメラ３７、車内カメラ３９、入力装置４１、及びウインドシールド４３を備える。車外カメラ３７は、車両の前景を表す画像（以下では前景画像とする）を生成する。車内カメラ３９は、ドライバの頭部を、車両の前方側から撮影した画像（以下では頭部画像とする）を生成する。入力装置４１はドライバの入力を受け付ける。ドライバの入力には、特定のマップを指示する入力が含まれる。ウインドシールド４３はドライバの前方に設けられている。ウインドシールド４３は被投影部材に対応する。

２．ヘッドアップディスプレイ１が実行する処理
ヘッドアップディスプレイ１が実行する処理を図３～図７に基づき説明する。図３のステップ１では、前景画像取得ユニット１３が、車外カメラ３７を用いて前景画像を取得する。

ステップ２では、距離決定ユニット１５が、前記ステップ１で取得した前景画像に基づき、視差画像の表示距離を決定する。視差画像の表示距離とは、視差画像を表示することによってドライバが知覚する虚像から、ドライバまでの仮想的な距離である。

距離決定ユニット１５は、例えば、前景画像の中に、虚像を重畳させる物標を認識する。距離決定ユニット１５は、認識した物標からドライバまでの距離を、視差画像の表示距離とする。
ステップ３では、頭部画像取得ユニット１７が、車内カメラ３９を用いて頭部画像を繰り返し取得する。

ステップ４では、頭部速度算出ユニット１９が、前記ステップ３で繰り返し取得した頭部画像に基づき、頭部速度を算出する。頭部速度とは、図４に示すように、ドライバの頭部４５がローリングにより移動するときの速度である。ローリングとは、頭部４５が、頸椎４７を通る前後軸を中心として回転することである。

なお、ドライバの右目の視点を５３とし、ドライバの左目の視点を５５とする。右目の視点５３と、左目の視点５５との中点を５７とする。車両の前方から見て、中点５７と、頸椎４７とを通る直線を頭部の軸方向５９とする。頭部の軸方向５９と、鉛直軸５１とが成す角度をロール角φとする。右目の視点５３及び左目の視点５５を通る直線を第１基準線６１とする。車両の前方から見て、中点５７から頸椎４７までの距離をロール半径ｒとする。ロール半径ｒは、軸方向５９における人体の頸椎４７から内眼角までの距離に対応する。内眼角とは、眼瞼が連続する部分のうち、鼻側の部分を意味する。眼瞼は眼球の前面を覆う。眼瞼は、上眼瞼と下眼瞼との二部に分かれる。上眼瞼と下眼瞼との隙間は瞼裂である。車両の前方から見て、右目の視点５３から左目の視点５５までの距離を両眼距離Ｘとする。

図３に戻り、ステップ５では、ロール角算出ユニット２１が、前記ステップ３で取得した頭部画像に基づき、ロール角φを算出する。具体的には、ロール角算出ユニット２１は、頭部画像に基づき、ロール半径ｒを算出する。次に、ロール角算出ユニット２１は、以下の式（１）に基づき、ロール角φを算出する。式（１）においてＨはアイボックスの高さである。Ｈはヘッドアップディスプレイ１の仕様により決まる。

式（１） φ＝ｓｉｎ^-1（（ｒ－Ｈ／２）／ｒ）
ステップ６では、前記ステップ４で算出した頭部速度が、予め設定された閾値以上であるか否かを頭部速度判断ユニット２３が判断する。頭部速度が閾値以上であると判断した場合、本処理はステップ７に進む。頭部速度が閾値未満であると判断した場合、本処理はステップ１２に進む。

ステップ７では、前記ステップ５で算出したロール角φの絶対値が予め設定された閾値以下であるか否かをロール角判断ユニット２５が判断する。ロール角φの絶対値が閾値以下であると判断した場合、本処理はステップ８に進む。ロール角φの絶対値が閾値を超えると判断した場合、本処理は終了する。

ステップ８では、マップ選択ユニット２７が、マップ記憶ユニット７に記憶されている複数のマップの中から１つのマップを選択する。例えば、ドライバが入力装置４１を用いて１つのマップを指定した場合、マップ選択ユニット２７は、指定されたマップを選択する。ドライバがマップを指定していない場合、マップ選択ユニット２７は、例えば、前回指定されたマップを選択する。

ステップ９では、位置設定ユニット２９が、前記ステップ８で選択したマップに基づき、複数の視差画像位置を設定する。図５に示すように、視差画像位置６３は、ヘッドアップディスプレイ１が射出した、視差画像を表す光がウインドシールド４３に入射する位置である。すなわち、視差画像位置６３は、ウインドシールド４３上における視差画像の位置である。

図６、図７に示すように、複数の視差画像位置は、複数の右目画像位置６３Ｒと、複数の左目画像位置６３Ｌとを含む。複数の右目画像位置６３Ｒは、それぞれ、ウインドシールド４３上における右目用の視差画像の位置である。複数の左目画像位置６３Ｌは、それぞれ、ウインドシールド４３上における左目用の視差画像の位置である。

複数の右目画像位置６３Ｒは、ウインドシールド４３上で、上に凸の円弧状に配列されている。複数の左目画像位置６３Ｌも、ウインドシールド４３上で、上に凸の円弧状に配列されている。

なお、右目の視点５３からは、複数の右目画像位置６３Ｒのうち、１つの右目画像位置６３Ｒ（以下では特定位置６５Ｒとする）に表示される視差画像のみが視認可能である。右目の視点５３の位置に応じて、特定位置６５Ｒは変化する。

また、左目の視点５５からは、複数の左目画像位置６３Ｌのうち、１つの左目画像位置６３Ｌ（以下では特定位置６５Ｌとする）に表示される視差画像のみが視認可能である。左目の視点５５の位置に応じて、特定位置６５Ｌは変化する。図６、図７に示すように、特定位置６５Ｒと特定位置６５Ｌとを通る直線を第２基準線６７とする。

マップに基づき設定された複数の視差画像位置は、ロール半径ｒ及び両眼距離Ｘが特定の値である場合に以下の条件を充足するように、ウインドシールド４３上に配置されている。その条件とは、ロール角φによらず、第２基準線６７は、第１基準線６１と平行であるという条件である。

例えば、図６に示すように、ロール角φが０であり、頭部４５が傾いていない場合、第１基準線６１及び第２基準線６７はそれぞれ水平であり、両者は互いに平行である。また、図７に示すように、頭部４５のローリングにより、第１基準線６１が傾いた場合でも、第１基準線６１及び第２基準線６７は互いに平行である。

なお、複数の視差画像位置を規定するマップは、例えば、以下のように作成することができる。まず、ロール半径ｒ及び両眼距離Ｘを決定する。次に、ロール半径ｒ及び両眼距離Ｘに基づき、ロール角φが変化したときの右目の視点５３及び左目の視点５５の位置の軌跡を算出する。次に、ロール角φが変化したときの第１基準線６１の傾きの推移を算出する。次に、任意のロール角φにおいて、第１基準線６１及び第２基準線６７が互いに平行になるように、複数の視差画像位置を決定する。

マップ記憶ユニット７に記憶されている複数のマップは、複数の視差画像位置の決定に用いるロール半径ｒ及び両眼距離Ｘの値が、互いに少しずつ異なる。
ステップ１０では、前記ステップ９で設定した複数の視差画像位置に表示する複数の視差画像を画像生成ユニット３１が生成する。

ステップ１１では、表示ユニット３３が、表示部５を用いて、前記ステップ９で設定した複数の視差画像位置に、前記ステップ１０で生成した複数の視差画像を同時に表示する。
前記ステップ６で否定判断した場合、本処理はステップ１２に進む。ステップ１２では、視点位置取得ユニット３５が、前記ステップ３で取得した頭部画像を用いて、右目の視点５３及び左目の視点５５の位置を取得する。

ステップ１３では、位置設定ユニット２９が、単一の右目画像位置６３Ｒと、単一の左目画像位置６３Ｌとを設定する。このとき、設定した右目画像位置６３Ｒ及び左目画像位置６３Ｌを通る第２基準線６７と、前記ステップ１２で取得した右目の視点５３及び左目の視点５５を通る第１基準線６１とは平行になる。

ステップ１４では、前記ステップ１３で設定した右目画像位置６３Ｒ及び左目画像位置６３Ｌに表示する複数の視差画像を画像生成ユニット３１が生成する。
ステップ１５では、表示ユニット３３が、表示部５を用いて、前記ステップ１３で設定した右目画像位置６３Ｒ及び左目画像位置６３Ｌに、前記ステップ１４で生成した複数の視差画像を同時に表示する。

３．ヘッドアップディスプレイ１が奏する効果
（１Ａ）ヘッドアップディスプレイ１は、ロール角φによらず、第１基準線６１と、第２基準線６７とが平行になるように、複数の視差画像位置を設定する。そのため、頭部４５のローリングにより、第１基準線６１が傾いた場合でも、第１基準線６１と第２基準線６７とが平行になる。その結果、頭部４５のローリングが生じた場合でも、二重像が生じることを抑制できる。

（１Ｂ）マップに基づいて設定される複数の視差画像位置は、頭部４５のローリングが生じた場合の視差画像位置を含む。複数の視差画像位置は、ロール半径ｒ及び両眼距離Ｘに基づき算出された値である。そのため、頭部４５のローリングが生じた場合でも、二重像が生じることを一層抑制できる。

（１Ｃ）ヘッドアップディスプレイ１は、マップを複数記憶している。ヘッドアップディスプレイ１は、複数のマップの中から１のマップを選択することができる。ヘッドアップディスプレイ１は、選択したマップに基づき、複数の視差画像位置を設定する。そのため、ドライバの体格に応じたマップを選択することができる。その結果、頭部４５のローリングが生じた場合でも、二重像が生じることを一層抑制できる。

（１Ｄ）ヘッドアップディスプレイ１はロール角φを算出する。ヘッドアップディスプレイ１は、算出したロール角φが予め設定された閾値以上である場合、複数の視差画像を射出しない。そのため、ロール角φが過度に大きい場合に、不適切な表示をしてしまうことを抑制できる。

（１Ｅ）ヘッドアップディスプレイ１は、以下の式（１）に基づき、ロール角φを算出する。そのため、ロール角φを容易且つ正確に算出できる。
式（１） φ＝ｓｉｎ^-1（（ｒ－Ｈ／２）／ｒ）
（１Ｆ）ヘッドアップディスプレイ１は、頭部速度が閾値未満である場合は、頭部画像を用いて、右目の視点５３及び左目の視点５５の位置を取得する。そして、ヘッドアップディスプレイ１は、取得した右目の視点５３及び左目の視点５５の位置に応じて、右目画像位置６３Ｒと、左目画像位置６３Ｌとを設定する。そのことにより、例えば、ドライバの体格とマップとが適合していない場合でも、二重像が生じることを抑制できる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）ヘッドアップディスプレイ１は、ウインドシールド４３以外の被投影部材を備えていてもよい。ウインドシールド４３以外の被投影部材として、例えば、コンバイナ等が挙げられる。
（２）ヘッドアップディスプレイ１は、ドライバ以外のユーザに画像を表示するものであってもよい。ドライバ以外のユーザとして、例えば、ドライバ以外の車両の乗員等が挙げられる。
（３）ヘッドアップディスプレイ１は、頭部速度の大小によらず、常に前記ステップ７～１１の処理を実行してもよい。

（４）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（５）上述したヘッドアップディスプレイの他、当該ヘッドアップディスプレイを構成要素とするシステム、当該ヘッドアップディスプレイの制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、画像表示方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…ヘッドアップディスプレイ、３…制御部、５…表示部、２９…位置設定ユニット、３１…画像生成ユニット、３３…表示ユニット、４３…ウインドシールド、５３…右目の視点、５５…左目の視点、５７…中点、６１…第１基準線、６３…視差画像位置、６５Ｒ、６５Ｌ…特定位置、６７…第２基準線

Claims (4)

1. 被投影部材（４３）を介して画像をユーザの右目の視点（５３）及び左目の視点（５５）に提供するように構成されたヘッドアップディスプレイ（１）であって、
   前記被投影部材上における複数の右目用の視差画像及び複数の左目用の視差画像の位置（６３）を設定するように構成された位置設定ユニット（２９）と、
   前記位置設定ユニットが設定した位置に、前記複数の右目用の視差画像及び前記複数の左目用の視差画像を同時に表示するように構成された表示ユニット（３３）と、
   を備え、
   前記位置設定ユニットは、ユーザの頭部（４５）のロール角によらず、前記右目の視点及び前記左目の視点を通る第１基準線（６１）と、前記複数の右目用の視差画像のうち前記右目の視点から視認可能な右目用の視差画像の前記被投影部材上における位置（６５Ｒ）、及び、前記複数の左目用の視差画像のうち前記左目の視点から視認可能な左目用の視差画像の前記被投影部材上における位置（６５Ｌ）を通る第２基準線（６７）とが平行になるように、前記被投影部材上における前記複数の右目用の視差画像及び前記複数の左目用の視差画像の位置を設定するように構成されたヘッドアップディスプレイ。
2. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   ドライバの頭部のローリングが生じたときの前記右目の視点及び前記左目の視点の位置は、人体の頸椎（４７）から内眼角までの距離（ｒ）と、前記右目の視点から前記左目の視点までの距離とに基づき算出された値であるヘッドアップディスプレイ。
3. 請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   前記被投影部材上における前記複数の右目用の視差画像及び前記複数の左目用の視差画像の位置を規定するマップを複数記憶したマップ記憶ユニット（７）と、
   ユーザの指示に応じて複数の前記マップの中から１のマップを選択するように構成されたマップ選択ユニット（２７）と、
   をさらに備え、
   前記位置設定ユニットは、前記マップ選択ユニットが選択した前記マップに基づき、前記被投影部材上における前記複数の右目用の視差画像及び前記複数の左目用の視差画像の位置を設定するように構成されたヘッドアップディスプレイ。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイであって、
   ドライバの頭部のローリングにおけるロール角を算出するように構成されたロール角算出ユニット（２１）と、
   前記ロール角算出ユニットが算出した前記ロール角が予め設定された閾値以上である場合、前記表示ユニットは、前記複数の右目用の視差画像及び前記複数の左目用の視差画像を表示しないように構成されたヘッドアップディスプレイ。

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