JPH08197981A - 車輌用表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車速と前方車輌までの車間距離とにより、フ
ロントガラス前方に投影表示される虚像の焦点距離を調
整して、視認負荷の増大を防止する。 【構成】 車速が所定速度以内であって、前方車輌まで
の車間距離が２０［ｍ］以内であれば、レンズ駆動部３
は焦点距離３［ｍ］のレンズ２１ａをセットして、該短
い距離に投影部１９からの虚像を結像する。また、車間
距離が２０［ｍ］以上であれば、焦点距離２０［ｍ］の
レンズ２１ｂをセットする。車速が所定速度（８０ｋｍ
／ｈ）以上では、焦点距離８０［ｍ］のレンズ２１ｃを
セットする。該高速走行時でも、車間距離が２０［ｍ］
以内になると、焦点距離３［ｍ］のレンズ２１ａをセッ
トする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車に搭載され、運
転者の前方視界内に運転情報を投影し、前方景色と重ね
合せて表示する車輌用表示装置（いわゆるヘッドアップ
ディスプレイ装置）に係り、詳しくは投影される虚像の
焦点を運転の視焦点に近づける装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、前方視界内にコンバイナを設置
し、車速等の運転情報を投影するものとして、ハーフミ
ラー型のもの及びホログラフ型のものが知られている
が、一般に、投影される虚像までの距離（焦点距離）は
約２［ｍ］等の一定距離に設定されている。

【０００３】しかし、運転者は、必ずしも一定位置に視
点を合せているわけではなく、例えば高速走行時には遠
くを見ることが多く、上記表示虚像を見る度に視焦点を
変えなければならず、目の疲労が多くなる問題点があっ
た。

【０００４】そこで、特開平３−９２４３２号公報に
は、車速に連動して結像位置を変化し、もって車速によ
って目の視焦点を変えることなく、前方視界と情報画像
を同時に認識することを図った車速連動型表示装置が開
示されている。

【０００５】また、特開平４−２５５８９１号公報に
は、車速の増大に応じて表示虚像の結像位置が遠方にな
ると、その表示虚像の大きさが大きくなるように調整し
て、運転者の視認負荷の増大を防止すると同時に、視認
性の確保をも図った表示装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した表示装置は、
車速に対応して表示虚像の焦点距離を可変とするもので
あるが、運転者の視点は車速によってのみ変化するもの
ではなく、一般に、運転者は直前に走行する車輌を凝視
することが多く、むしろ直前車輌との車間距離の影響が
大きい。

【０００７】近時、カーナビゲーション装置の発展によ
り、ヘッドアップディスプレイ装置をカーナビゲーショ
ン装置へ適用することが考えられており、車速等からな
る従来の単純な情報画像にあっては、運転者は、前方車
輌等を見つつ、漠然と車速等の単純表示を視界内に入れ
ておれば良かったが、上記カーナビゲーション装置から
の地図情報等の細かく複雑な情報に対しては、運転者
は、該地図情報に焦点を合せる必要があり、前方視界と
情報画像との焦点不一致による視認負荷は大幅に増大す
る。

【０００８】特に、比較的高速で走行している状態で、
前方車輌との距離が短くなった場合、運転者は、緊張し
て前方車輌に視焦点を合せようとするが、この際、情報
画像が車速に対応して遠方にあると、運転者は、画像情
報を読みとることができず、該画像が煩わしく感じると
共に、該画像に焦点を合せることは、視焦点を大幅にか
つ素早く高頻度で変更することになり、視認負荷を大幅
に増大して、眼性疲労の原因となる。

【０００９】そこで、本発明は、車速と前方車輌等の前
方障害物までの距離とに基づき、投影表示される虚像の
焦点距離を調整し、もって上述課題を解決した車輌用表
示装置を提供することを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
みなされたものであって、図１を参照して示すと、運転
情報画像を投影する投影手段（１）と、フロントガラス
に設けられたコンバイナ（２）と、を備え、前記投影手
段からの情報画像を前記コンバイナに反射してその虚像
を前記フロントガラスの外側に結像してなる、車輌用表
示装置（Ｄ）において、前記虚像までの焦点距離を調整
する焦点距離調整手段（３）と、車速を検出する車速検
出手段（４）と、走行時における前方走行車輌等の前方
障害物までの距離を検出する前方距離測定手段（５）
と、該前方距離測定手段（５）からの信号に基づき、前
方障害物までの距離が所定距離以下の場合、前記焦点距
離調整手段（３）を比較的短く設定し、かつ前記所定距
離以上の場合、前記焦点距離調整手段を比較的長く設定
し、また前記車速検出手段（４）からの信号に基づき、
車速が所定速度以上の場合、前記焦点距離調整手段を車
速に応じて変更し、かつ前記所定速度以下の場合、前記
前方距離測定手段（５）に基づき前記焦点距離調整手段
を調整し、そして前記所定速度以上であっても、前方障
害物までの距離が前記所定距離以下の場合、前記前方距
離測定手段からの信号を優先して前記焦点距離調整手段
を調整する、焦点距離制御手段（６）と、を備えてなる
車輌用表示装置にある。

【００１１】また、好ましくは、前記投影手段（１）か
らの投影に基づく前記虚像の大きさを調整する画像調整
手段（７）と、前記焦点距離調整手段に基づく焦点距離
の調整に応じて前記虚像の大きさが変わるように、前記
画像調整手段（７）を制御する画像制御手段（９）と、
を更に備えてなる。

【００１２】また、前記投影手段が、カーナビゲーショ
ン装置（１０）からの運転情報画像を投影して、前記表
示装置をカーナビゲーション装置に適用すると好適であ
る。

【００１３】

【作用】以上構成に基づき、例えばカーナビゲーション
装置からの地図情報、車速等の運転情報が、画像として
投影手段（１）から投射され、該情報画像は、コンバイ
ナ（２）にて反射され、フロントガラス外側にて結像す
る。運転者は、フロントガラスから前方車輌等の景色を
見ると共に、上記結像された情報画像を見ながら運転す
る。

【００１４】この際、制御部Ｕ２には、車速検出手段
（４）からの走行速度が入力されると共に、超音波また
は赤外線センサ等からなる前方距離測定手段（５）に基
づく前方車輌等の障害物までの距離が測定されており、
車速が所定範囲内、例えば８０［ｋｍ／ｈ］以内であっ
て、例えば２０［ｍ］等の所定距離以内に前方障害物が
なければ、焦点距離調整手段（３）は比較的長い距離、
例えば２０［ｍ］に焦点を設定し、投影手段（１）から
の虚像は該中間の焦点距離にて結像する。

【００１５】また、前記所定距離以内に前方障害物があ
れば、車速に拘りなく、焦点距離調整手段（３）は、前
方距離測定手段（５）からの信号に基づき制御され、比
較的短い距離、例えば３［ｍ］に焦点を設定し、投影手
段（１）からの虚像は該短い焦点距離にて結像する。

【００１６】そして、車速が前記所定範囲を越えて所定
高速値、例えば８０［ｋｍ／ｈ］以上になると、焦点距
離調整手段（３）は該高速に応じた距離、例えば８０
［ｍ］に焦点を設定し、投影手段（１）からの虚像は該
長い焦点距離にて結像する。なお、該高速走行状態で
も、前方障害物までの距離が前記所定距離以内になれ
ば、前記前方距離測定手段（５）からの信号に基づき焦
点距離手段（３）は比較的短い距離に設定される。

【００１７】一方、前述した焦点距離の変更に基づき、
画像調整手段が制御され、焦点距離が長くなると、これ
により虚像が小さくなることを補うべく、投影手段
（１）から投射される画像が大きくなるように調整さ
れ、また反対に焦点距離が短くなると、投影手段（１）
からの投射画像が小さくなるように調整される。

【００１８】なお、上記カッコ内の符号は、図面と対象
するためのものであるが、本発明の構成を何等限定する
ものではない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る本
発明によると、所定車速以下にあっては、前方障害物ま
での距離に応じて虚像の焦点距離が調整されるので、運
転者は、前方車輌等の障害物を目視しつつ、投影手段か
らの表示画像を見ても、大きく視焦点を変えることな
く、視認負荷の減少を図ることができると共に、前方視
界を確保しつつ投影手段からの表示画像の視認性をも確
保でき、安全性を向上することができる。

【００２０】また、所定車速以上になると、車速に応じ
て虚像の焦点距離が調整されるので、高速走行時にあっ
ても、表示画像の目視に際して大きく視焦点を変化する
ことなく、視認負荷の減少を図ることができるものであ
りながら、所定車速以上にあっても、前方障害物が所定
距離内に近づくと、運転者の該前方障害物への視点集中
に合せて、表示画像の焦点距離も短くなり、視認負荷を
減少すると共に安全性を向上することができる。

【００２１】また、請求項２に係る本発明によると、上
述した焦点距離の変更に応じて、運転者からの虚像への
視角が一定になる方向に投影手段による画像の大きさを
調整するので、運転者は、焦点距離の変化に拘らず、常
に表示画像に対する視認性を確保することができる。

【００２２】更に、請求項３に係る本発明によると、カ
ーナビゲーション装置からの地図情報等の細かくかつ複
雑な表示画像であっても、上述したように大きく視焦点
を変更することなく、前方視界と同時に表示画像を視認
し得、視認負荷を減少して、カーナビゲーション装置か
らの情報を有効にかつ安全に利用することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明をカーナビゲーション装置の表
示装置に適用した実施例について、図面に沿って説明す
る。

【００２４】カーナビゲーションシステム１１は、図２
に示すように、カーナビゲーション装置本体１０と、ヘ
ッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）Ｄとからなる。
カーナビゲーション装置本体１０は、電源回路１２、本
体制御部（ＣＰＵ）Ｕ１、現在位置検出装置１３、記憶
装置１４、音声出力装置１５等を備えている。現在位置
検出装置１３は、距離センサ及び方位センサからなる自
律航法、人工衛星による位置検出装置（ＧＰＳ受信装
置）、道路交通情報通信システムによる位置検出装置
（ビーコン受信装置）等を備えており、これら各検出装
置を単独で又は組合せて、車輌の現在位置を検出して、
本体制御部Ｕ１に出力する。

【００２５】また、記憶装置１４は、地図データベー
ス、交差点データ、道路データ、その他のデータを格納
したＣＤＲＯＭ等からなり、ＣＤＲＯＭ駆動装置により
適宜駆動されて、本体制御部Ｕ１等に出力する。また、
音声出力装置１５は、制御部からの信号が処理されて、
スピーカから交差点等における進行方向を音声により出
力する。

【００２６】また、ヘッドアップディスプレイ装置Ｄ
は、図２及び図３に示すように、液晶プロジェクタ又は
ＣＲＴプロジェクタ等の投影装置及びホログラフ等の光
学装置及びディスプレイ制御部（ＣＰＵ）Ｕ２等を有し
ており、車輌のダッシュボードの内部あるいはフロント
パネル上に配置されている。更に、投影装置は、前記本
体１０の記憶装置１４及び制御部Ｕ２からの信号を受信
して、地図及び現在位置を描画する描画部１７及び該描
画部による画像を投射する投影部１９を有しており、か
つ該描画部による画像は、制御部Ｕ２からの信号に基づ
く画像面積調整部９（画像調整手段を構成）によりその
大きさが調整される。

【００２７】光学装置は、焦点距離の異なる複数のホロ
グラムレンズ（ホログラム回折素子）、例えば運転者か
ら結像虚像までの焦点距離が３［ｍ］、２０［ｍ］及び
８０［ｍ］からなる３個のホログラムレンズ２１ａ，２
１ｂ，２１ｃ及びコンバイナ２を有しており、複数のホ
ログラムレンズは、制御部Ｕ２からの信号により駆動さ
れるレンズ駆動部３により所定の１個が使用状態になる
ように切換えられ、従って該レンズ駆動部は焦点距離調
整手段を構成する。また、コンバイナ２は、フロントガ
ラスに蒸着あるいはコーティング等により形成された多
層膜状のハーフミラーからなる。

【００２８】そして、前記制御部Ｕ２は、車速を検知す
る車速（スピード）センサ４及び前方車輌等の前方障害
物までの距離を測定し得る距離測定センサ５からの信号
が入力されてあり、かつ該距離測定センサはレーダ、超
音波又は赤外線センサ等からなり、所定前方距離、例え
ば２０［ｍ］以内に車輌等の前方障害物があるか否かが
検出される。

【００２９】具体的には、図４に示すように、描画部１
７及び投影部１９からなる投影装置１は、平面鏡（反射
部材）２６に向けて投射され、かつ該投射光路Ａ内に、
１個の半透過反射部材（ホログラム回折素子又は半透過
凹面鏡）２１が介在する。該半透過反射部材２１は、レ
ンズ格納ケース２７内に収納されている３個の内、制御
部Ｕ２からの信号に基づき、レンズ駆動部３が所定の１
個を選択して前記投射光路Ａに介在する。そして、該半
透過反射部材２１にて反射された光像は、フロントガラ
ス２９に形成されたハーフミラーからなるコンバイナ２
により反射され、前方視界の所定焦点距離位置に正立虚
像Ｂを結像し、運転者は、視点Ｅから該虚像Ｂを視線Ｃ
に示すようにコンバイナ２を通して目視する。

【００３０】図５は、一部変更した実施例を示すもので
あり、投影装置１は、反射部材（凹面鏡あるいはホログ
ラム回折素子）２１に向けて投射する。該投射光路Ａ内
に半透過平面鏡（半透過反射部材）３０が介在してお
り、反射部材２１からの反射光像は、該半透過平面鏡３
０により反射され、更にハーフミラーからなるコンバイ
ナ２により反射されて、前方視界の所定焦点距離位置に
正立虚像Ｂを結像する。そして、反射部材２１は、レン
ズ駆動部３によりレンズ格納ケース２７内の１個が選択
されて、所定反射位置にセットされる。

【００３１】なお、図４及び図５において、上記投影装
置１、レンズ駆動部３、レンズ格納ケース２７及び制御
部Ｕ２は、ダッシュボード３２内に収納されている。ま
た、半透過反射部材（図４）又は反射部材（図５）にホ
ログラム回折素子を用いると、特定波長光のみを視線方
向に回折させる機能、即ち特定波長光のみに対して凹面
鏡として作用する機能を有しているため、それ以外の波
長光は透過され、従ってコンバイナにより反射される微
弱な散乱光が除かれるため、車輌前方に結像される虚像
に対する視認性が向上する。

【００３２】ついで、上記実施例の作用を、図６及び図
７に沿って説明する。

【００３３】まず、図６に沿って、フロントウィンドウ
ガラス表示ルーチンについて説明する。ナビゲーション
装置本体１０にて、経路探索したデータを読み（Ｓ
１）、例えば交差点等の目的地に所定距離まで近づいた
かを判断する（Ｓ２）。車輌が該目的地に近づいた場
合、例えば交差点付近の建物、ガソリンスタンド等の目
的物の特徴物データをＣＤＲＯＭ等の記憶装置から読み
出し（Ｓ３）、該特徴物データと現在地データとから表
示用データ（高さ、方向）を算出する（Ｓ４）。

【００３４】そして、ディスプレイ制御部Ｕ２におい
て、後述する焦点距離決定ルーチンにて焦点距離が決定
される（Ｓ５）。更に、該焦点距離決定ルーチンにて決
定された焦点距離（視点と虚像との距離）に対応して、
虚像が略々同じ大きさに見えるように、即ち運転者の視
点から虚像に対する視角が略々一定になるように表示面
積が設定され（Ｓ６；画像制御手段を構成）、該画像面
積にて、投影装置１からの運転情報画像（地図及び車速
等）がフロントウィンドウガラスから視界内に表示され
る（Ｓ７）。そして、運転者の視点位置等により、表示
位置を変更する必要がある場合、運転者の操作等により
表示位置（高さ、方向等）が変更される（Ｓ８）。

【００３５】ついで、図７に沿って、ディスプレイ制御
部Ｕ２における焦点距離決定ルーチン（焦点距離制御手
段を構成）について説明する。

【００３６】距離測定センサ５により前方車輌までの車
間距離を測定し（Ｓ１０）、車間距離が２０［ｍ］以内
か否かを判断する（Ｓ１１）。２０［ｍ］以内にある場
合、レンズ駆動部３が焦点距離３［ｍ］のレンズ（凹面
鏡又はホログラム回折素子）２１ａを設定し、運転者の
視点Ｅから３［ｍ］の距離に正立虚像Ｂを結像する（Ｓ
１２）。この状態では、運転者は、前方車輌を凝視した
比較的短い距離に視焦点を定めており、該前方視界の視
焦点に対応して、運転情報の表示画像（地図及び車速
等）の虚像も比較的短い焦点距離にて結像し、両者の間
に大きなズレはない。

【００３７】一方、前方距離が２０［ｍ］以内に前方車
輌が確認できない場合、レンズ駆動部３が焦点距離２０
［ｍ］のレンズ（凹面鏡又はホログラム回折素子）２１
ｂを設定し、視点Ｅから２０［ｍ］の距離に正立虚像Ｂ
を結像する（Ｓ１３）。この状態では、車速が例えば８
０［ｋｍ／ｈ］以下の所定速度以下であって、運転者
は、一般に中間距離に前方視焦点を合せており、表示画
像の虚像も、該視焦点に対応して中間距離に結像してい
る。

【００３８】そして、車速センサ４が当該車輌の速度を
検出して（Ｓ１４）、車速が８０［ｋｍ／ｈ］等の所定
速度以上を検出すると（Ｓ１５）、レンズ駆動部３が焦
点距離８０［ｍ］のレンズ２１ｃを設定し、視点から８
０［ｍ］の距離に虚像を結像する。この状態では、高速
走行状態であって、一般に、運転者は前方視焦点を遠点
に合せており、表示画像の虚像も、該視焦点に対応して
長い距離に結像している。なお、この高速走行状態にあ
っても、前方車間距離２０［ｍ］以内に前方車輌を検出
すると、焦点距離３［ｍ］のレンズ２１ａに交換され、
運転者が前方車輌に視焦点を合せると同時に、表示画像
の焦点も、比較的短い距離（３ｍ）に変更される。

【００３９】ついで、図８に沿って、他の実施例につい
て説明する。本実施例は、虚像Ｂの結像距離を可変設定
する結像距離可変型のモータドライブ光学レンズ系等か
らなる描画部駆動装置３を有しており、該駆動装置３に
より、投影装置１から投射される光像の焦点距離が例え
ば無段に変更される。そして、該投影装置１からの光像
は、反射部材（平面鏡）３５により反射され、フロント
ガラス２９に形成されたホログラム回折素子からなるコ
ンバイナ２に反射されて、前方視界上の所定焦点距離位
置に正立虚像Ｂが結像される。

【００４０】本実施例にあっては、距離測定センサ５及
び車速センサ４に基づく制御部Ｕ２からの信号に基づき
描画駆動装置３が調整される。例えば、車速が所定速度
（例えば６０ｋｍ／ｈ）以下である場合、距離測定セン
サ（５）に基づく車間距離に対応して、投影装置１の焦
点距離は無段又は有段に調整される。即ち、描画部駆動
装置３は、距離測定センサ５に基づき、車間距離が短い
場合は焦点距離も短く、かつ車間距離が長い場合焦点距
離も長くなるように調整される。そして、車速が前記所
定速度以上である場合、車速センサ４からの車速信号に
基づき、該車速に対応して、投影装置１の焦点距離は無
段又は有段に調整される。即ち、描画部駆動装置３は、
低速走行の場合焦点距離が短く、かつ高速走行の場合焦
点距離が長くなるように調整される。更に、該車速セン
サ４に基づく制御状態においても、車間距離が所定距離
（例えば５０ｍ）以内になると、距離測定センサ５に基
づく制御に直ちに切換えられる。

【００４１】なお、上述実施例は、ナビゲーション装置
からの情報を表示装置に表示するものについて説明した
が、これは、車速等の単純情報のみを表示するものにも
同様に適用し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の各構成要件を示す機能ブロック図。

【図２】本発明をナビゲーション装置に適用した実施例
を示すブロック図。

【図３】その表示装置を示す図。

【図４】その実施例を示す概略図。

【図５】一部変更した実施例を示す概略図。

【図６】本発明の実施例による表示ルーチンを示すフロ
ー図。

【図７】その焦点距離決定ルーチンを示すフロー図。

【図８】他の実施例を示す概略図。

【符号の説明】

１ 投影手段（装置） ２ コンバイナ ３ 焦点距離調整手段（レンズ駆動部、描画部駆動装
置） ４ 車速検出手段（車速センサ） ５ 前方距離測定手段（距離測定センサ） ６ 焦点距離制御手段 ９ 画像制御手段 １０ カーナビゲーション装置 Ｕ２ 制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 運転情報画像を投影する投影手段と、フ
   ロントガラスに設けられたコンバイナと、を備え、前記
   投影手段からの情報画像を前記コンバイナに反射してそ
   の虚像を前記フロントガラスの外側に結像してなる、車
   輌用表示装置において、 前記虚像までの焦点距離を調整する焦点距離調整手段
   と、 車速を検出する車速検出手段と、 走行時における前方走行車輌等の前方障害物までの距離
   を検出する前方距離測定手段と、 該前方距離測定手段からの信号に基づき、前方障害物ま
   での距離が所定距離以下の場合、前記焦点距離調整手段
   を比較的短く設定し、かつ前記所定距離以上の場合、前
   記焦点距離調整手段を比較的長く設定し、また前記車速
   検出手段からの信号に基づき、車速が所定速度以上の場
   合、前記焦点距離調整手段を車速に応じて変更し、かつ
   前記所定速度以下の場合、前記前方距離測定手段に基づ
   き前記焦点距離調整手段を調整し、そして前記所定速度
   以上であっても、前方障害物までの距離が前記所定距離
   以下の場合、前記前方距離測定手段からの信号を優先し
   て前記焦点距離調整手段を調整する、焦点距離制御手段
   と、 を備えてなる車輌用表示装置。
2. 【請求項２】 前記投影手段からの投影に基づく前記虚
   像の大きさを調整する画像調整手段と、 前記焦点距離調整手段に基づく焦点距離の調整に応じて
   前記虚像の大きさが変わるように、前記画像調整手段を
   制御する画像制御手段と、 を備えてなる、請求項１記載の車輌用表示装置。
3. 【請求項３】 前記投影手段が、カーナビゲーション装
   置からの運転情報画像を投影してなる、 請求項１記載の車輌用表示装置。