JPWO2019004238A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

見かけ上の路面に対する虚像の相対的な角度変化を抑制することができる。表示部２０は、左右方向を軸として上下方向と非平行となるように傾斜した虚像Ｖを表示する表示光２０ａを出射し、表示位置制御部３１は、表示部２０が表示する虚像Ｖが視認される上下方向の位置を少なくとも調整し、表示角度制御部３２は、表示位置制御部３１が虚像Ｖの高さを高くする場合、虚像Ｖの奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角θを大きくする。

Description

本発明は、車両の乗員に虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

特許文献１に開示されているようなヘッドアップディスプレイ装置は、表示する虚像の上下方向の位置（高さ）を変えることが可能であり、これにより虚像を用いた多様な表現を行っている。

特開２０１５−３４９４５号公報

しかしながら、表示される虚像の高さを変化させると、虚像の路面に対する相対的な角度が変化したように視認されてしまう問題があった。具体的には、路面と平行に視認される虚像の高さを高くした場合、虚像の奥側の一端が路面に近く、虚像の手前側の一端が路面から離れ、路面と虚像とが平行でないように視認されてしまう問題があった。

本発明は、見かけ上の路面に対する虚像の相対的な角度変化を抑制することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、視認される虚像の高さを変化させる場合、虚像の傾斜角を調整することで、虚像の高さが変化する前後における見かけ上の路面に対する相対的な角度変化を抑制する、ことを要旨としている。

本発明の第１の態様のヘッドアップディスプレイ装置は、虚像（Ｖ）を表示する表示光（２０ａ）を出射する表示部（２０）と、前記表示部（２０）が表示する前記虚像（Ｖ）が視認される上下方向の位置を少なくとも調整可能な表示位置制御部（３１）と、前記表示位置制御部（３１）が前記虚像（Ｖ）の上下方向の前記位置を高くする場合、前記虚像（Ｖ）の前記奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角（θ）を大きくする表示角度制御部（３２）と、を備える。

この第１の態様によれば、虚像の上下方向の位置（高さ）を高くした場合、虚像の高さが低い場合に比べて虚像の奥側が下がったように視認されてしまうことを防止することができる。

また、第１の態様に従属する第２の態様のヘッドアップディスプレイ装置では、前記表示角度制御部（３２）は、前記虚像（Ｖ）の前記奥側が前記虚像（Ｖ）の手前側より上下方向の下側に位置しない範囲で前記傾斜角（θ）を調整してもよい。

この第２の態様によれば、虚像は、平行もしくは虚像の奥側が起き上がった状態で、実景における路面に重畳して視認されることになる。したがって、虚像の手前から奥側に向けた延長線が路面と交差するような違和感を生じさせる表示を回避することができる。

また、第１又は第２の態様に従属する第３の態様のヘッドアップディスプレイ装置では、前記表示位置制御部（３１）は、前記虚像（Ｖ）が視認される左右方向の位置をさらに調整可能であり、前記表示角度制御部（３２）は、前記表示位置制御部（３１）が前記虚像（Ｖ）を表示中心から前記左右方向に移動する場合、前記虚像（Ｖ）の前記奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角（θ）を大きくしてもよい。

この第３の態様によれば、虚像の左右方向の位置変化によっても生じる見かけ上の路面に対する相対的な角度変化も抑制することができる。

また第１乃至３の態様に従属する第４の態様のヘッドアップディスプレイ装置では、前記視認者の視点高さを取得する視点高さ取得手段（３３）をさらに備え、前記表示角度制御部（３２）は、前記視点高さ取得手段（３３）から取得する前記視点高さが低い場合、前記虚像（Ｖ）の前記奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角（θ）を大きくしてもよい。

この第４の態様によれば、視認者の視点高さの変化によっても生じる見かけ上の路面に対する相対的な角度変化も抑制することができる。

本発明の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の構成を説明する図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の表示領域の例を説明する図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の表示領域の例を説明する図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の表示領域の例を説明する図である。 図１のヘッドアップディスプレイ装置が表示する虚像の傾斜角と視認者の視点の高さとの関係を示した図である。

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、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下では、ＨＵＤ装置とも呼ぶ）１０の構成を説明する図である。なお、図１では、車両１の前後方向をＺ方向（前方向がＺ正方向）とし、車両１の左右方向（車両１の幅方向）に沿う方向をＸ方向（左方向がＸ正方向）とし、上下方向をＹ方向（上方向がＹ正方向）とする。

ＨＵＤ装置１０は、車両１に搭載されるものであり、画像を表示する表示部２１と、表示部２１が表示した画像の表示光２０ａをフロントウインドシールド２に投射する投射部２２と、を有する表示部２０と、表示部２０が表示する虚像Ｖの位置及び傾斜角θを制御可能な表示制御部３０と、から構成される。

ＨＵＤ装置１０は、後述する入力部３３から各種情報を取得し、これら各種情報に基づき、虚像Ｖの位置（上下方向Ｙの位置、左右方向Ｘの位置）を変化させる。例えば、ＨＵＤ装置１０は、車両１の車両ＥＣＵ（図示しない）からの要求信号、車両１に設けられた操作部（図示しない）の操作信号、または車両１に設けられた各種センサからの検出信号に基づき、虚像Ｖの位置を変化させてもよい。なお、ＨＵＤ装置１０が表示する虚像Ｖは、左右方向Ｘを軸として上下方向Ｙと非平行となるように傾斜して表示される。

表示制御部３０は、ＨＵＤ装置１０が表示する虚像Ｖの上下方向の位置（高さ）を制御する表示位置制御部３１と、虚像Ｖの左右方向Ｘを軸とした角度（傾斜角θ）を制御する表示角度制御部３２と、上述した各種情報を取得する入力部３３と、を備える。なお、表示制御部３０は、入力部３３から入力する各種情報から表示部２１が表示する画像の元となる画像データを生成してもよく、または入力部３３から画像データを入力するものであってもよい。表示角度制御部３２は、表示位置制御部３１が調整する虚像Ｖの高さに応じて、虚像Ｖの傾斜角θを制御するものであり、虚像Ｖの高さと傾斜角θとを対応付けたテーブルデータの読み出しや、虚像Ｖの高さから演算して傾斜角θを求めてもよい。

［ＨＵＤ１０の実施形態］
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、虚像Ｖの位置を調整可能な表示領域５０を説明する図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示す表示領域５０を生成可能なＨＵＤ１０の第１〜第３の実施形態について以下に説明する。

（第１の実施形態）
まず、図２Ａを参照する。図２Ａに示した第１の実施形態におけるＨＵＤ装置１０では、虚像Ｖの位置を調整可能な表示領域５０を、固定された複数の虚像表示面で構成する。第１実施形態のＨＵＤ装置１０は、上下方向の位置が低い方から順に、第１の虚像Ｖ１を表示可能な第１の虚像表示面５１、第２の虚像Ｖ２を表示可能な第２の虚像表示面５２、及び第３の虚像Ｖ３を表示可能な第３の虚像表示面５３を生成する。第１の虚像表示面５１、第２の虚像表示面５２、及び第３の虚像表示面５３は、典型的には平面であるが、厳密な平面でなくてもよい。このようなＨＵＤ装置１０は、例えば、単数の表示部２１からの光を分岐させる、あるいは複数の表示部２１を設けることで、それぞれに画像を表示する複数の画像表示面（図示しない）を形成し、複数の虚像表示面５１，５２，５３を形成する。表示位置制御部３１は、虚像Ｖを表示する虚像表示面５１，５２，５３を切り替えることで、虚像Ｖの上下方向Ｙの高さを調整することができ、これと同時に虚像Ｖの傾斜角θも表示される虚像表示面５１，５２，５３の傾斜角θとなる。すなわち、この構成の場合、表示位置制御部３１が、虚像Ｖの傾斜角θを制御する表示角度制御部３２の機能も兼ねている。第１の実施形態のＨＵＤ装置１０において、第２の虚像表示面５２の傾斜角θ２が、第２の虚像表示面５２より低い位置に配置される第１の虚像表示面５１の傾斜角θ１より大きくなるように、内部に配置される第１の虚像表示面５１に対応する画像表示面と第２の虚像表示面５２に対応する画像表示面の角度が予め調整された後、固定される。また、第３の虚像表示面５３の傾斜角θ３が、第３の虚像表示面５３より低い位置に配置される第２の虚像表示面５２の傾斜角θ２より大きくなるように、内部に配置される第２の虚像表示面５２に対応する画像表示面と第３の虚像表示面５３に対応する画像表示面の角度が予め調整された後、固定される。

（第２の実施形態）
次に、図２Ｂを参照する。図２Ｂに示した第２の実施形態におけるＨＵＤ装置１０は、虚像Ｖの位置を調整可能な表示領域５０を、虚像表示面５４を移動させることで形成する。このようなＨＵＤ装置１０は、図示しないアクチュエータにより、表示部２１を移動及び回転させることで、虚像表示面５４の位置及び傾斜角θを調整することができる。なお、投射部２２も図示しないアクチュエータにより移動及び／又は回転させることで、虚像表示面５４の位置及び傾斜角θの調整を補助してもよい。表示位置制御部３１は、前記アクチュエータの動作により虚像Ｖを表示する虚像表示面５４を移動させることで、虚像Ｖの上下方向Ｙの高さを調整し、これと同時に、表示角度制御部３２は、虚像Ｖの上下方向Ｙの高さに応じて、前記アクチュエータを動作させることで、虚像表示面５４を回転させることで、虚像Ｖの傾斜角θも調整する。

（第３の実施形態）
次に、図２Ｃを参照する。図２Ｃに示した第３の実施形態におけるＨＵＤ装置１０は、例えば、パララックスバリア方式やレンチキュラレンズ方式などを含む視差分割方式、ライトフィールド方式やホログラム方式を含む空間再生方式、画像を表示するスクリーンを高速に振動させるスクリーン高速振動方式、特開２０１６−２１２３１８に開示されているように透過率を調整可能な調光層を有する複数のスクリーンを厚み方向に重ねて配置し、複数のスクリーンに向けてプロジェクタが投射像を高速で切り替えながら投影し、投射像の高速切り替えに応じて、複数のスクリーンがそれぞれ調光率を適宜調整することで３Ｄの実像を内部に表示する透過率調整スクリーン方式、特開２００４−１６８２３０に開示されているように複数の液晶表示素子を厚み方向に重ねることで３Ｄの実像を内部に表示する方式などを採用することができ、左右方向Ｘ、上下方向Ｙ、奥行き方向Ｚからなる三次元空間に虚像Ｖを表示させることが可能である。表示位置制御部３１は、虚像Ｖの配置を制御する三次元データを制御することで、表示領域５０内での虚像Ｖの上下方向Ｙの高さを調整し、これと同時に、表示角度制御部３２は、虚像Ｖの配置を制御する三次元データあるいは虚像Ｖの角度に関するデータを制御することで、虚像Ｖの傾斜角θも調整する。

なお、上記実施形態のＨＵＤ装置１０は、虚像Ｖの左右方向Ｘの位置を調整可能であってもよい。表示角度制御部３２は、表示位置制御部３１が虚像Ｖを表示中心から左右方向に移動する場合、虚像Ｖの奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角θを大きくしてもよい。

図３は、視認者の視点Ｅの高さと虚像Ｖの傾斜角θとの関係を示した図である。本発明のＨＵＤ装置１０は、入力部（視点高さ取得手段）３３から視認者の視点高さを取得可能であり、表示角度制御部３２は、入力部３３から取得する視点高さが視点Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３と低くなるに従い、虚像Ｖの奥側がより視認者側に起き上がるように、虚像Ｖの傾斜角θを徐々にθ４，θ５，θ６のように大きくしてもよい。

なお、本発明は、以上の実施形態によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

１ ：車両
２ ：フロントウインドシールド
１０ ：ＨＵＤ装置
２０ ：表示部
２０ａ ：表示光
２１ ：表示部
２２ ：投射部
３０ ：表示制御部
３１ ：表示位置制御部
３２ ：表示角度制御部
３３ ：入力部
５０ ：表示領域
５１ ：第１の虚像表示面
５２ ：第２の虚像表示面
５３ ：第３の虚像表示面
５４ ：虚像表示面
Ｅ ：視点
Ｖ ：虚像
θ ：傾斜角

Claims (4)

1. 虚像を表示する表示光を出射する表示部と、
   前記表示部が表示する前記虚像が視認される上下方向の位置を少なくとも調整可能な表示位置制御部と、
   前記表示位置制御部が前記虚像の上下方向の前記位置を高くする場合、前記虚像の奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角を大きくする表示角度制御部と、を備える、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示角度制御部は、前記虚像の前記奥側が前記虚像の手前側より上下方向の下側に位置しない範囲で前記傾斜角を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記表示位置制御部は、前記虚像が視認される左右方向の位置をさらに調整可能であり、
   前記表示角度制御部は、前記表示位置制御部が前記虚像を表示中心から前記左右方向に移動する場合、前記虚像の前記奥側がより視認者側に起き上がるように傾斜角を大きくする、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 視認者の視点高さを取得する視点高さ取得手段をさらに備え、
   前記表示角度制御部は、前記視点高さ取得手段から取得する前記視点高さが低い場合、前記虚像の前記奥側がより視認者側に起き上がるように前記傾斜角を大きくする、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
   
   
   
   

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