WO2016178357A1 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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WO2016178357A1
WO2016178357A1 PCT/JP2016/061966 JP2016061966W WO2016178357A1 WO 2016178357 A1 WO2016178357 A1 WO 2016178357A1 JP 2016061966 W JP2016061966 W JP 2016061966W WO 2016178357 A1 WO2016178357 A1 WO 2016178357A1
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head
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light
image
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Inventor
貴之 波田野
Original Assignee
日本精機株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • B60K35/233—Head-up displays [HUD] controlling the size or position in display areas of virtual images depending on the condition of the vehicle or the driver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • B60K35/234—Head-up displays [HUD] controlling the brightness, colour or contrast of virtual images depending on the driving conditions or on the condition of the vehicle or the driver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • B60K35/235—Head-up displays [HUD] with means for detecting the driver's gaze direction or eye points
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display that displays a virtual image.
  • the head-up display displays augmented reality (AR) that adds information to the actual scene or emphasizes a specific object by displaying the superimposed image on the scenery (real scene) ahead of the vehicle. It generates and contributes to safe and comfortable vehicle operation by providing desired information accurately while suppressing the movement of the user's line of sight as much as possible.
  • AR augmented reality
  • a driver with a different physique may board a vehicle equipped with a head-up display.
  • the physique of the driver is different, the height of the viewpoint for visually recognizing the virtual image of the head-up display is different, so the head-up display rotates or rotates a relay optical system that can control the direction of the display light provided inside the driver. It is desirable that the display light is controlled so as to be directed to a predetermined viewpoint height by being moved.
  • the incident angle of the display light that enters the front windshield (transmission reflection surface) of the vehicle from the head-up display changes. Since the reflectance of the display light depends on the incident angle with respect to the reflection surface (transmission reflection surface), the luminance of the virtual image that is visually recognized varies depending on the height of the viewpoint.
  • the head-up display disclosed in Patent Document 1 adjusts the direction of display light by rotating a concave mirror, and the display light emitted from the head-up display according to the direction in which the display light is directed (projection position).
  • the output intensity By adjusting the output intensity, the variation in the luminance of the virtual image that is visually recognized due to the difference in the height of the viewpoint is suppressed.
  • one object of the present invention is to provide a head-up display that suppresses unintentional luminance variations according to the difference in the incident angle of display light with respect to a transmission / reflection surface, regardless of whether or not wearing polarized sunglasses. It is.
  • the present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  • the present invention adjusts the luminance of the display image displayed by the image display unit in accordance with the incident angle of the display light with respect to the transmission / reflection surface, thereby reducing the unintended luminance variation of the virtual image caused by the difference in the height of the occupant's viewpoint.
  • the luminance adjustment mode that changes the rate of change in the luminance adjustment of the display image according to the incident angle with respect to the transmission / reflection surface of the display light, when the polarized sunglasses are not worn, the projection position of the display light
  • the brightness adjustment of the display image can be moderated according to the brightness of the display image.
  • the gist of the invention is that unintentional variations in luminance due to the difference in the projection position of the display light can be suppressed regardless of whether or not the light sunglasses are worn.
  • the head-up display includes an image display unit that displays a display image on a display surface, and a display reflection light that is displayed on the display surface by the image display unit on a transmissive reflection surface that is disposed in front of the user.
  • first adjustment mode for adjusting the light intensity of the display light in accordance with the incident angle of the display light with respect to the transmission / reflection surface, and the transmission / reflection surface compared to the first adjustment mode
  • a display control unit capable of controlling the image display unit by switching at least a second adjustment mode for adjusting the rate of change of the light intensity of the display light with respect to the magnitude of the incident angle of the display light with respect to Is provided.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the example of a structure of the head-up display of this invention. It is a figure which shows the example of a structure of the image display part shown by FIG. It is a figure which shows the example of a structure of the control part shown by FIG. The relationship between the relative brightness
  • HUD head-up display
  • the HUD 100 is mounted on, for example, a vehicle 1 and projects display light K such as vehicle information onto a part of a front windshield (an example of a transmission / reflection surface) 1 a of the vehicle 1.
  • the front windshield 1a reflects the display light K toward the user (for example, the driver of the vehicle 1) to generate a predetermined eye box 2.
  • the user places the viewpoint 3 (the user's eyes) in the eye box 2 so that the virtual image 201 is virtually generated in the virtual image area 200 that is virtually generated forward (the traveling direction of the vehicle 1) via the front windshield 1a. It can be visually recognized.
  • the virtual image 201 is visually recognized from the eyebox 2 (the position of the viewpoint) in the forward direction (the traveling direction of the vehicle 1), for example, at a position of 5 m to 10 m.
  • the virtual image region 200 is illustrated, but display light that includes a plurality of image display units 10 to be described later and / or is emitted from the image display unit 10 based on a relay optical system 20 to be described later.
  • a plurality of virtual image areas 200 having different distances from the eye box 2 may be generated by using a technique such as adjusting the K imaging distance, and the virtual image 201 may be displayed on each virtual image area 200.
  • the operation unit 5 operated by a user. 1 includes, for example, a plurality of push switches provided on a steering (not shown) of the vehicle 1.
  • the operation unit 5 outputs operation information C corresponding to the operation performed by the user to the control unit 40 (interface 43) described later.
  • the operation unit 5 may be provided at a location other than the steering in the vehicle 1. Moreover, it is good also as a substitute of the operation part 5 by carrying out the radio reception of the operation signal of portable apparatuses, such as a smart phone, which are not shown in figure at the vehicle 1 side.
  • the operation information C includes, for example, information indicating whether the user wears polarized sunglasses or not, information for operating an actuator 30 described later, and the HUD 100 is described later with the operation information C indicating the wearing state of the polarized sunglasses.
  • the operation is switched to the first adjustment mode (mounting mode) or the second adjustment mode (non-mounting mode), or the actuator 30 is driven by the operation information C for operating the actuator 30 of the HUD 100 to be described later to relay the optical system 20. Rotate or / and move.
  • the operation information C may include, for example, information on the degree of polarization of the polarized sunglasses, specifically, information indicating the numerical value of the polarization degree of the polarized sunglasses, the magnitude of the polarization degree, and the like.
  • the HUD 100 adjusts the rate of change of the light intensity of the display light K with respect to the incident angle ⁇ of the display light K with respect to the front windshield 1a based on the operation information C indicating the degree of polarization of the polarized sunglasses. The operation of these HUDs 100 will be described in detail later.
  • the viewpoint position detection unit 6 in FIG. 1 includes a viewpoint position detection unit 6 that detects the position of the viewpoint 3 of the user.
  • the viewpoint position detection unit 6 in FIG. 1 is installed on the ceiling inside the vehicle 1, for example, and includes an imaging unit (not shown) that images the user, and an image analysis unit that analyzes the user's captured image captured by the imaging unit. (Not shown).
  • the imaging unit is, for example, a monocular or compound eye visible light camera, an infrared camera, or the like, and the image analysis unit is, for example, imaging of a user captured by the imaging unit using known image processing, a pattern matching method, or the like.
  • the viewpoint position information G regarding the position of the viewpoint 3 is output to the HUD 100 (control unit 40).
  • the viewpoint position information G includes, for example, information related to the height of the user's viewpoint 3 in the vertical direction, and the HUD 100 controls the actuator 30 described later based on the viewpoint position information G indicating the height of the viewpoint 3.
  • the relay optical system 20 is moved or / and rotated. Thereby, the eye box 2 generated by the HUD 100 can be adjusted to the position of the viewpoint 3 of the user.
  • the movement or / and rotation of the relay optical system 20 is also simply referred to as driving.
  • the HUD 100 includes an image display unit 10, a relay optical system 20, an actuator 30, and a control unit 40, for example.
  • the HUD 100 is generally housed in the dashboard of the vehicle 1, but all or part of the image display unit 10, the relay optical system 20, the actuator 30, and the control unit 40 may be arranged outside the dashboard. Good.
  • the HUD 100 (control unit 40) is connected to a bus 4 including an in-vehicle LAN (Local Area Network) mounted on the vehicle 1, and part or all of vehicle information can be input from the bus 4.
  • LAN Local Area Network
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the image display unit 10 shown in FIG.
  • the left-right direction of the display surface 11 is the dx axis (the right direction is the dx axis positive direction).
  • the vertical direction is defined as the dy axis (the upward direction is the positive direction of the dy axis). 2 corresponds to the right direction toward the traveling direction of the vehicle 1 in the real space of FIG. 1, for example.
  • the dy-axis positive direction on the display surface 11 shown in FIG. 2 corresponds to, for example, the upper side in the vertical direction in the real space of FIG.
  • the image display unit 10 displays the display image 12 on the display surface 11 based on the display surface 11 that displays the display image 12 and the image data D that is generated by the control unit 40 described later. And a drive circuit that does not.
  • the image data D may include, for example, luminance information Q relating to the luminance of each region in the display surface 11, and the image display unit 10 uses the information to display the luminance at which the display image 12 is displayed on the display surface 11. You may add strength or weakness.
  • the display light K emitted from the display surface 11 of the image display unit 10 is guided to the front windshield 1a by the relay optical system 20, and the virtual image 201 can be displayed by the display light K reflected by the front windshield 1a to the user side.
  • a virtual virtual image area 200 is generated.
  • the display image 12 displayed on the display surface 11 is displayed as a virtual image 201 on the virtual image region 200.
  • the image display unit 10 can adjust the luminance of the display image 12 on the display surface 11 based on the luminance information Q included in the image data D.
  • the image display unit 10 emits non-polarized display light K.
  • a reflective display panel such as DMD, a self-luminous display panel such as an organic EL element, or the like can be applied.
  • the relay optical system 20 includes a reflective optical system such as a plane mirror, a curved mirror, and a free curved mirror, a transmissive and refractive optical system such as a curved lens and a free curved lens, and a semi-transmissive optical system such as a half mirror. System etc. are applicable.
  • the relay optical system 20 typically has a function of expanding the display light K generated by the image display unit 10, a function of correcting the distortion of the front windshield 1 a and visually recognizing the virtual image 201 without distortion, and the virtual image 201 as a user. Has a function of forming an image at a position away from a predetermined distance.
  • the image display unit 10 and the relay optical system 20 are illustrated one by one, but a plurality of each may be provided.
  • the actuator 30 includes, for example, a drive unit (not shown) such as a stepping motor and a DC motor, and a drive mechanism that moves or / and rotates the relay optical system 20 by a driving force from the drive unit.
  • the actuator 30 adjusts the projection position of the display light K on the front windshield 1a and moves the eye box 2 by driving the relay optical system 20 based on drive data T from the control unit 40 described later. Is possible.
  • the incident angle ⁇ of the display light K that generates the eye box 2 with respect to the front windshield 1a also changes.
  • the actuator 30 adjusts the projection position of the display light K with respect to the front windshield 1a by driving the relay optical system 20, but the actuator 30 moves or / or moves the housing of the HUD 100. And the projection position of the display light K with respect to the front windshield 1a may be adjusted by rotating. Further, the actuator 30 and / or the relay optical system 20 may be provided in a plural number instead of a single one.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration example of the control unit 40 of FIG.
  • the control unit 40 controls the display of the image display unit 10 and includes, for example, a processing unit 41, a storage unit 42, and an interface 43.
  • the processing unit 41 is configured by, for example, a CPU and a RAM
  • the storage unit 42 is configured by, for example, a ROM
  • the interface 43 is configured by an input / output communication interface connected to the bus 4.
  • the interface 43 can acquire vehicle information, operation information C, viewpoint position information G, and the like via the bus 4.
  • the storage unit 42 includes data for generating drive data T for driving the actuator 30 based on the input operation information C, data for generating image data D based on vehicle information, and the operation information C.
  • the processing unit 41 can generate drive data T, image data D, and luminance information Q by reading data from the storage unit 42 and executing a predetermined operation.
  • the processing unit 41 generates luminance information Q and adjusts the luminance of the virtual image 201 by executing luminance adjustment processing described later.
  • the interface 43 acquires, for example, the user operation information C from the operation unit 5 and the viewpoint position information G including information on the position of the user viewpoint 3 from the viewpoint position detection unit 6 via the bus 4. And has functions as operation information acquisition means and viewpoint position information acquisition means described in the claims of the present invention.
  • the control unit 40 also has a function as a display control unit that controls the image display unit 10 according to the claims of the present invention. Control unit 40 may be inside HUD 100, and a part or all of the functions may be provided on the vehicle 1 side outside HUD 100.
  • FIG. 4 shows a case where the HUD 100 of the present invention does not execute the “brightness adjustment process”, and the brightness of the virtual image 201 when the incident angle ⁇ of the display light K with respect to the front windshield 1a shown in FIG. 1 is 65 degrees. It is the figure which showed the relative luminance L of the virtual image 201 which made the reference
  • the rate of change of the relative luminance L of the virtual image 201 with respect to the incident angle ⁇ when the user wears polarized sunglasses is larger than the rate of change of the relative luminance L of the virtual image 201 when the user is not wearing polarized sunglasses. The reason for this will be described below.
  • the front windshield 1a is a transmission / reflection surface that reflects the display light K
  • the reflected light of the display light K reflected by the transmission / reflection surface 1a and directed toward the user is reflected and reflected by the locus of incident light incident on the transmission / reflection surface 1a.
  • the S-polarized component in which the electric field vector vibrates in the vertical direction (parallel to the horizontal plane (ground)) with respect to the virtual plane including the reflected light trajectory. Therefore, in the state where the user does not wear polarized sunglasses, the display light K mainly including the S-polarized component is incident on the user's eyes. Therefore, the luminance of the virtual image 201 visually recognized by the user is the transmission / reflection surface 1a.
  • the polarization sunglasses typically have a polarization axis that, when worn by the driver of the vehicle 1, does not transmit polarized light (S-polarized light) whose vibration direction is parallel to the horizontal plane (ground).
  • S-polarized light polarized light
  • the luminance of the virtual image 201 visually recognized by the user is orthogonal to the horizontal plane (ground) included in the display light K.
  • the incident angle ⁇ of the display light K with respect to the transmissive reflecting surface 1a varies depending on the type of vehicle, it is set in a range of approximately 50 to 75 degrees, and the rate of change in reflectance according to the incident angle ⁇ of P-polarized light is
  • the incident angle ⁇ is in the range of 50 degrees to 75 degrees, the change rate of the reflectance of the S-polarized light becomes larger. Therefore, the rate of change of the relative luminance L of the virtual image 201 when the user wears the polarized sunglasses is larger than the rate of change of the relative luminance L of the virtual image 201 when the user does not wear the polarized sunglasses.
  • the HUD 100 of the present invention adjusts the luminance of the display image 12 displayed on the image display unit 10 based on the transition of the relative luminance L of the virtual image 201 with respect to the incident angle ⁇ as shown in FIG. ], Even when the incident angle ⁇ of the display light K from the HUD 100 toward the user with respect to the front windshield 1a is different, an unintended luminance difference of the virtual image 201 can be suppressed.
  • FIG. 5 an example of a flow of “luminance adjustment processing” executed by the HUD 100 of the present invention is shown.
  • FIG. 5 is a flowchart showing an example of luminance adjustment processing executed by the HUD 100.
  • the brightness adjustment processing of the HUD 100 is, for example, predetermined when the vehicle 1 is activated, when electric power is supplied to the electronic device of the vehicle 1, or from the activation of the vehicle 1 or the power supply of the electronic device of the vehicle 1. Started when the time has passed.
  • step S01 the control unit 40 acquires the user operation information C from the operation unit 5 or the viewpoint position information G including information related to the position of the user viewpoint 3 from the viewpoint position detection unit 6.
  • step S02 the control unit 40 determines drive data T including the drive amount of the actuator 30 corresponding to the operation information C or viewpoint position information G acquired in step S01, and drives the actuator 30 based on the drive data T.
  • the control unit 40 reads the table data stored in advance in the storage unit 42, determines the drive data T corresponding to the operation information C or the viewpoint position information G acquired in step S01, and the determined drive data
  • the relay optical system 20 is moved or / and rotated, and the projection position of the display light K of the HUD 100 on the front windshield 1a is moved in the vertical direction.
  • the control unit 40 may obtain the drive data T from the operation information C or the viewpoint position information G by calculation using a preset calculation formula.
  • step S03 the control unit 40 adjusts the luminance of the virtual image 201 in accordance with the state in which the user is wearing polarized sunglasses, and the virtual image 201 in accordance with the state in which the user is not wearing polarized sunglasses. Is switched to the second adjustment mode in which the rate of change in luminance with respect to changes in the viewpoint position information G and drive data T is smaller than in the first adjustment mode. Specifically, for example, the control unit 40 switches the first and second adjustment modes based on operation information for switching the mode by the user from the operation unit.
  • control part 40 inputs the wear determination information which determined the wearing condition of polarized sunglasses by, for example, the viewpoint position detection part 6 imaging a user, and image-analyzing a captured image, Based on this wear determination information, The first and second adjustment modes may be switched.
  • step S04 the control unit 40 displays the viewpoint position information G or the drive data T generated in step S02 on the display surface 11 of the image display unit 10 according to the adjustment mode switched in step S03.
  • the brightness of the display image 12 to be adjusted is adjusted.
  • the control unit 40 reads from the storage unit 42 table data in which the viewpoint position information G in the adjustment mode determined in step S03 and the luminance information Q of the display image 12 are associated, and the viewpoint input in step S01.
  • the display image 12 is displayed with the luminance information Q based on the position information G.
  • control unit 40 reads out table data in which the adjustment mode drive data T determined in step S03 and the luminance information Q of the display image 12 are associated from the storage unit 42, and based on the drive data T determined in step S02.
  • the display image 12 may be displayed with the luminance information Q.
  • step S02 and steps S03, S04, and S05 are not necessarily in this order, and the order may be changed or may be executed simultaneously.
  • the HUD 100 of the present invention has the first adjustment mode for adjusting the light intensity of the display light K output from the image display unit 10 according to the incident angle ⁇ of the display light K with respect to the transmission / reflection surface 1a, and A second adjustment mode for adjusting the light intensity of the display light K output from the image display unit 10 so that the rate of change of the light intensity of the display light K with respect to the projection position of the display light K is larger than that in the first adjustment mode; ,have. Therefore, the HUD 100 adjusts the luminance of the image display unit 10 according to the change in the incident angle ⁇ of the display light K with respect to the front windshield 1a using the first adjustment mode in which the change rate of the display light K is small.
  • a virtual image 201 having a desired luminance can be visually recognized by a user who is not wearing polarized sunglasses.
  • the HUD 100 uses the second adjustment mode in which the change rate of the display light K is large as the adjustment mode, and adjusts the luminance of the image display unit 10 according to the change in the incident angle ⁇ of the display light K with respect to the front windshield 1a.
  • the user wearing the polarized sunglasses can visually recognize the virtual image 201 having a desired luminance.
  • the display light K toward the user is displayed according to the display position in the display surface 11 of the image display unit 10.
  • the incident angle ⁇ with respect to the front windshield 1a greatly varies, and the luminance of the virtual image 201 varies greatly depending on the displayed position in the virtual image region 200. Therefore, the light intensity of the display light K emitted from each region of the display surface 11 of the image display unit 10 is changed to the display light K for the front windshield 1a using the first or second adjustment mode as described above. It may be adjusted stepwise or continuously in accordance with the incident angle ⁇ .
  • the HUD 100 of the present invention may not include the actuator 30 that drives the relay optical system 20. Even when the relay optical system 20 is not driven, the incident angle ⁇ of the display light K toward the user's viewpoint 3 with respect to the front windshield 1a changes according to the change in the position of the user's viewpoint 3. In this case, the HUD 100 of the present invention may adjust the light intensity of the display light K output from the image display unit 10 according to the viewpoint position information G.
  • the head-up display of the present invention can be applied to a head-up display for visually recognizing a virtual image mounted on a moving body such as a vehicle.

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Abstract

偏光サングラスを着用・非着用に依らず、透過反射面に対する表示光の入射角度の違いによる意図しない輝度のばらつきを抑制する。　透過反射面１ａに対する表示光Ｋの入射角度θに応じて画像表示部１０が出力する表示光Ｋの光強度を調整する第一調整モードと、前記第一調整モードと比べて表示光Ｋの入射角度θに応じた光強度の変化率が大きくなるように画像表示部１０が出力する表示光Ｋの光強度を調整する第二調整モードと、を有する。

Description

ヘッドアップディスプレイ
　本発明は、虚像を表示するヘッドアップディスプレイに関するものである。
　ヘッドアップディスプレイは、自車両前方の風景（実景）に重畳画像を重ねて表示することで、実景に情報などを付加したり・特定の対象を強調したりする拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）を生成し、車両運転するユーザの視線移動を極力抑えつつ、所望の情報を的確に提供することで、安全で快適な車両運行に寄与するものである。
　ところで、ヘッドアップディスプレイが搭載される車両には、体格の異なる運転者が搭乗する場合がある。運転者の体格が異なった場合、ヘッドアップディスプレイの虚像を視認する視点の高さが異なるため、ヘッドアップディスプレイは、その内部に設けられた表示光の方向を制御可能なリレー光学系を回転または／および移動させることで表示光を所定の視点高さに向けるように制御されることが望ましい。
　表示光の方向が調整されると、ヘッドアップディスプレイから車両のフロントウインドシールド（透過反射面）に入射する表示光の入射角度が変化する。表示光の反射率は、反射面（透過反射面）に対する入射角度に依存するため、視点の高さの違いにより視認される虚像の輝度が異なってしまう。
　例えば特許文献１に開示されているヘッドアップディスプレイは、凹面鏡を回転させることで表示光の方向を調整し、表示光を向ける方向（投影位置）に応じてヘッドアップディスプレイから出射される表示光の出力強度を調整することで、視点の高さの違いにより視認される虚像の輝度のばらつきを抑制している。
特開２００９－１３２２２１号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたように裸眼を想定した表示光の出力強度調整では、ユーザが偏光サングラスを着用した場合、透過反射面に対する表示光の入射角度の違いに応じて視認される虚像の輝度がばらついてしまうことを本発明者は認識した。
　したがって、本発明の１つの目的は、偏光サングラスを着用・非着用に依らず、透過反射面に対する表示光の入射角度の違いに応じた意図しない輝度のばらつきを抑制するヘッドアップディスプレイを提供することである。
　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。
　本発明は、透過反射面に対する表示光の入射角度に応じて画像表示部が表示する表示画像の輝度を調整することにより、乗員の視点の高さの違いにより生じる虚像の意図しない輝度のばらつきを抑制するものであり、表示光の透過反射面に対する入射角度に応じた表示画像の輝度調整の変化率が異なる輝度調整モードを切り替えることで、偏光サングラスを非着用の際は、表示光の投影位置に応じて表示画像の輝度調整を緩やかにすることができ、偏光サングラスを着用の際は、表示光の投影位置に応じて表示画像の輝度調整を偏光サングラス非着用の際と比べて急にすることができるため、光サングラスを着用・非着用に依らず、表示光の投影位置の違いによる意図しない輝度のばらつきを抑制することができる、ことをその要旨とする。
　本発明におけるヘッドアップディスプレイは、表示面に表示画像を表示する画像表示部と、前記画像表示部が前記表示面に表示する前記表示画像の表示光をユーザの前方に配置される透過反射面に向けるリレー光学系と、前記透過反射面に対する前記表示光の入射角度の大きさに応じて前記表示光の光強度を調整する第一調整モードと、前記第一調整モードと比べて前記透過反射面に対する前記表示光の入射角度の大きさに対する前記表示光の光強度の変化率が大きくなるように調整する第二調整モードと、を少なくとも切り替えて前記画像表示部を制御可能な表示制御部と、を備えるものである。
　偏光サングラスを着用・非着用に依らず、透過反射面に対する表示光の入射角度の違いによる意図しない輝度のばらつきを抑制することができる。
本発明のヘッドアップディスプレイの構成の例を示す図である。 図１に示される画像表示部の構成の例を示す図である。 図１に示される制御部の構成の例を示す図である。 図１に示されるヘッドアップディスプレイの虚像の相対輝度と透過反射面に入射する表示光の入射角との関係を示す。 図１に示されるヘッドアップディスプレイが実行する処理の例を示すフローチャートである。
　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を参照して、本発明のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤと記載）１００の構成について説明する。
　図１に示すように、ＨＵＤ１００は、例えば、車両１に搭載され、車両１のフロントウインドシールド（透過反射面の一例）１ａの一部に車両情報等の表示光Ｋを投影する。フロントウインドシールド１ａは、表示光Ｋをユーザ（例えば、車両１の運転者）側に向けて反射し、所定のアイボックス２を生成する。ユーザは、視点３（ユーザの眼）をアイボックス２内におくことで、フロントウインドシールド１ａを介した前方（車両１の進行方向）に仮想的に生成される虚像領域２００内で虚像２０１を視認することができる。なお、虚像２０１は、アイボックス２（視点の位置）から前方方向（車両１の進行方向）に、例えば、５ｍ～１０ｍの位置に離れて視認される。なお、図１において、虚像領域２００を１つのみ記載しているが、後述する画像表示部１０を複数備える、または／および後述するリレー光学系２０に基づき画像表示部１０から出射される表示光Ｋの結像距離を調整する、などの技術を用いることで、アイボックス２からの距離が異なる複数の虚像領域２００を生成し、それぞれの虚像領域２００上に虚像２０１を表示してもよい。
　図１の車両１には、ユーザが操作する操作部５が搭載されている。図１の操作部５は、例えば、車両１の図示しないステアリングに設けられた複数のプッシュスイッチで構成される。操作部５は、ユーザが行う操作に応じた操作情報Ｃを後述する制御部４０（インターフェース４３）に出力する。なお、操作部５は、車両１内のステアリング以外の箇所に設けられたものであってもよい。また、スマートフォンなどの図示しない携帯機の操作信号を車両１側で無線受信することで、操作部５の代わりとしてもよい。
　操作情報Ｃは、例えば、ユーザが偏光サングラスを装着か未装着かを示す情報や後述するアクチュエータ３０を操作する情報などを含み、ＨＵＤ１００は、この偏光サングラスの装着状態を示す操作情報Ｃにより、後述する第一調整モード（装着モード）または第二調整モード（非装着モード）に切り替えて動作したり、後述するＨＵＤ１００のアクチュエータ３０を動作させる操作情報Ｃにより、アクチュエータ３０を駆動してリレー光学系２０を回転または／および移動させたりする。また、操作情報Ｃは、例えば、偏光サングラスの偏光度の大きさに関する情報、具体的には偏光サングラスの偏光度の数値や偏光度の大小などを示す情報を含んでもよい。ＨＵＤ１００は、この偏光サングラスの偏光度を示す操作情報Ｃにより、フロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの入射角度θに対する表示光Ｋの光強度の変化率を調整する。これらのＨＵＤ１００の動作については、後で詳述する。
　図１の車両１には、ユーザの視点３の位置を検出する視点位置検出部６が搭載されている。図１の視点位置検出部６は、例えば、車両１の内部の天井に設置され、ユーザを撮像する撮像部（図示しない）と、この撮像部が撮像したユーザの撮像画像を解析する画像解析部（図示しない）と、を備える。前記撮像部は、例えば、単眼または複眼の可視光カメラや赤外線カメラなどであり、前記画像解析部は、例えば、公知の画像処理、パターンマッチング法などを用いて前記撮像部が撮像したユーザの撮像画像を画像解析することで、少なくともユーザの視点３の鉛直方向の位置（高さ）を検出し、視点３の位置に関する視点位置情報ＧをＨＵＤ１００（制御部４０）に出力する。
　視点位置情報Ｇは、例えば、鉛直方向におけるユーザの視点３の高さに関する情報を含み、ＨＵＤ１００は、この視点３の高さを示す視点位置情報Ｇに基づき、後述するアクチュエータ３０を制御することでリレー光学系２０を移動または／および回転させる。これにより、ＨＵＤ１００により生成されるアイボックス２をユーザの視点３の位置に合わせることができる。以下では、リレー光学系２０を移動または／および回転させることを単に駆動とも呼ぶ。
　図１のＨＵＤ１００は、例えば、画像表示部１０、リレー光学系２０、アクチュエータ３０及び制御部４０を有する。ＨＵＤ１００は、一般的に車両１のダッシュボードの中に収納されるが、画像表示部１０、リレー光学系２０、アクチュエータ３０及び制御部４０の全部または一部がダッシュボードの外部に配置されてもよい。ＨＵＤ１００（制御部４０）は、車両１に搭載される車載ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などからなるバス４に接続され、このバス４から車両情報の一部又は全部を入力することができる。
　図２は、図１に示される画像表示部１０の構成の例を示す図である。以下の説明を容易にするため、図２に示されるように、画像表示部１０の表示面１１を正面から視認した際、表示面１１の左右方向をｄｘ軸（右方向をｄｘ軸正方向）と規定し、上下方向をｄｙ軸（上方向をｄｙ軸正方向）と規定する。なお、図２に示される表示面１１におけるｄｘ軸正方向は、例えば、図１の実空間における車両１の進行方向に向かって右方向に対応する。同様に、図２に示される表示面１１におけるｄｙ軸正方向は、例えば、図１の実空間における鉛直方向上側に対応する。なお、画像表示部１０からの表示光Ｋがアイボックス２へ到達するまでにリレー光学系２０などで反射される場合、図２の表示面１１のｄｘ軸正方向または／およびｄｙ軸正方向と、図１の実空間の左右方向または／および鉛直方向とのそれぞれの関係が反転する場合がある。
　図２に示したように、画像表示部１０は、表示画像１２を表示する表示面１１と、後述する制御部４０が生成する画像データＤに基づいて表示面１１に表示画像１２を表示させる図示しない駆動回路と、を有する。画像データＤは、例えば、表示面１１内の領域毎の輝度に関する輝度情報Ｑを含んでいてもよく、画像表示部１０は、これらの情報により表示面１１内で表示画像１２が表示される輝度の強弱をつけてもよい。画像表示部１０の表示面１１から出射される表示光Ｋは、リレー光学系２０によりフロントウインドシールド１ａに導かれ、フロントウインドシールド１ａがユーザ側に反射した表示光Ｋにより、虚像２０１を表示可能な仮想的な虚像領域２００が生成される。表示面１１に表示される表示画像１２は、虚像領域２００上で虚像２０１として表示される。画像表示部１０は、画像データＤに含まれる輝度情報Ｑに基づき、表示面１１上の表示画像１２の輝度を調整することができる。
　なお、画像表示部１０は、非偏光の表示光Ｋを出射するものであり、例えば、ＤＭＤなどの反射型表示パネルや、有機ＥＬ素子などの自発光表示パネルなどを適用することができる。また、リレー光学系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。リレー光学系２０は、典型的には、画像表示部１０が生成する表示光Ｋを拡大する機能、フロントウインドシールド１ａの歪みを補正し、歪みのない虚像２０１を視認させる機能、虚像２０１をユーザ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。また、図１では、画像表示部１０及びリレー光学系２０を１つずつ図示してあるが、それぞれは複数設けられてもよい。
　アクチュエータ３０は、例えば、ステッピングモータやＤＣモータなどの図示しない駆動部と、前記駆動部からの駆動力によりリレー光学系２０を所望の移動または／および回転させる駆動機構などから構成される。アクチュエータ３０は、後述する制御部４０からの駆動データＴに基づいて、リレー光学系２０を駆動させることで、フロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの投影位置を調整し、アイボックス２を移動させることが可能である。なお、フロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの投影位置が調整される場合、アイボックス２を生成する表示光Ｋのフロントウインドシールド１ａに対する入射角度θも変化する。ちなみに、本実施形態では、アクチュエータ３０は、リレー光学系２０を駆動することでフロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの投影位置を調整しているが、アクチュエータ３０は、ＨＵＤ１００の筐体を移動または／および回転させることでフロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの投影位置を調整するものであってもよい。また、アクチュエータ３０または／およびリレー光学系２０は、単数ではなく、複数設けられてもよい。
　図３は、図１の制御部４０の概略構成例を示す。図３に示されるように、制御部４０は、画像表示部１０の表示を制御するものであり、例えば、処理部４１、記憶部４２及びインターフェース４３を含む。処理部４１は、例えばＣＰＵやＲＡＭで構成され、記憶部４２は、例えばＲＯＭで構成され、インターフェース４３は、バス４に接続される入出力通信インターフェースで構成される。例えば、インターフェース４３は、バス４を介して車両情報や操作情報Ｃ，視点位置情報Ｇ等を取得することができる。記憶部４２は、入力した操作情報Ｃに基づいてアクチュエータ３０を駆動するための駆動データＴを生成するためのデータ、及び車両情報などに基づいて画像データＤを生成するためのデータ、操作情報Ｃまたは視点位置情報Ｇまたは駆動データＴに基づいて表示画像１２の輝度を調整する輝度情報Ｑを生成するためのデータなどを記憶することができる。処理部４１は、記憶部４２からのデータを読み取り、所定の動作を実行することで駆動データＴ、画像データＤ、及び輝度情報Ｑを生成することができる。処理部４１は、後述する輝度調整処理を実行することで、輝度情報Ｑを生成し、虚像２０１の輝度を調整する。なお、インターフェース４３は、例えば、バス４を介して操作部５からユーザの操作情報Ｃと、視点位置検出部６からユーザの視点３の位置に関する情報を含む視点位置情報Ｇと、を取得することができ、本発明の請求項に記載の操作情報取得手段，視点位置情報取得手段としての機能も有する。また、制御部４０は、本発明の請求項に記載の画像表示部１０を制御する表示制御部としての機能も有する。なお、制御部４０は、ＨＵＤ１００の内部にあってもよく、その一部または全部の機能がＨＵＤ１００の外側の車両１側に設けられてもよい。
　図４は、本発明のＨＵＤ１００が『輝度調整処理』を実行しない場合であり、図１に示したフロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの入射角度θが６５度である場合の虚像２０１の輝度を基準（相対輝度Ｌを１）とした虚像２０１の相対輝度Ｌを示した図であり、本発明者がフレネルの式を用いて行ったシミュレーションの結果を示している。図４に示されるように、フロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの入射角度θが大きくなるに従い、虚像２０１の相対輝度Ｌが高くなる。また、ユーザが偏光サングラスを着用した場合の入射角度θに対する虚像２０１の相対輝度Ｌの変化率は、ユーザが偏光サングラスを着用していない場合の虚像２０１の相対輝度Ｌの変化率より大きくなる。この理由について以下に説明する。
　フロントウインドシールド１ａが表示光Ｋを反射する透過反射面とすると、この透過反射面１ａにより反射されてユーザに向かう表示光Ｋの反射光は、透過反射面１ａに入射する入射光の軌跡と反射された反射光の軌跡とを含む仮想面に対して、電場ベクトルが垂直方向（水平面（地面）に対して平行方向）に振動するＳ偏光成分が主となる。したがって、ユーザが偏光サングラスを非着用である状態では、ユーザの眼には、Ｓ偏光成分が主となる表示光Ｋが入射するため、ユーザが視認する虚像２０１の輝度は、透過反射面１ａで多く反射されたＳ偏光成分の光強度に概ね依存する。他方、偏光サングラスは、車両１の運転者が着用した状態において、典型的には、光の電場成分の振動方向が水平面（地面）に対して平行方向の偏光（Ｓ偏光）を透過させない偏光軸を有する。すなわち、偏光サングラスは、透過反射面１ａで多く反射されたＳ偏光成分の光を透過させないため、ユーザが視認する虚像２０１の輝度は、表示光Ｋに含まれる水平面（地面）に対して直交方向のＰ偏光成分の光強度に依存する。透過反射面１ａに対する表示光Ｋの入射角度θは、車両の種類によって異なるが、概ね５０度から７５度の範囲で設定されており、Ｐ偏光の入射角度θに応じた反射率の変化率は、入射角度θが５０度から７５度範囲内において、Ｓ偏光の反射率の変化率よりも大きくなる。よって、ユーザが偏光サングラスを着用した状態における虚像２０１の相対輝度Ｌの変化率は、ユーザが偏光サングラスを非着用である状態における虚像２０１の相対輝度Ｌの変化率よりも大きくなる。
　本発明のＨＵＤ１００は、例えば、図４に示されるような入射角度θに対する虚像２０１の相対輝度Ｌの推移を下に、画像表示部１０が表示する表示画像１２の輝度を調整する『輝度調整処理』を実行することで、ＨＵＤ１００からユーザに向かう表示光Ｋのフロントウインドシールド１ａに対する入射角度θが異なった場合でも、虚像２０１の意図しない輝度の違いを抑制することができる。以下に、図５を参照して、本発明のＨＵＤ１００が実行する『輝度調整処理』のフローの例を示す。
　図５は、ＨＵＤ１００が実行する輝度調整処理の例を示すフローチャートである。ＨＵＤ１００の前記輝度調整処理は、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。
　ステップＳ０１では、制御部４０は、操作部５からユーザの操作情報Ｃまたは視点位置検出部６からユーザの視点３の位置に関する情報を含む視点位置情報Ｇを取得する。
　ステップＳ０２では、制御部４０は、ステップＳ０１で取得した操作情報Ｃまたは視点位置情報Ｇに対応するアクチュエータ３０の駆動量を含む駆動データＴを決定し、この駆動データＴに基づいてアクチュエータ３０を駆動する。具体的には、制御部４０は、記憶部４２に予め記憶されたテーブルデータを読み出し、ステップＳ０１で取得した操作情報Ｃまたは視点位置情報Ｇに対応する駆動データＴを決定し、決定した駆動データＴに基づいてアクチュエータ３０を駆動することでリレー光学系２０を移動または／および回転させ、フロントウインドシールド１ａにおけるＨＵＤ１００の表示光Ｋの投影位置を上下方向に移動させる。なお、ステップＳ０２で、制御部４０は、操作情報Ｃまたは視点位置情報Ｇから駆動データＴを予め設定された算出式を用いて演算により求めてもよい。
　ステップＳ０３では、制御部４０が、ユーザが偏光サングラスを着用している状態に合わせて虚像２０１の輝度調整を行う第一調整モードと、ユーザが偏光サングラスを着用していない状態に合わせて虚像２０１の輝度調整を行い、前記第一調整モードよりも視点位置情報Ｇや駆動データＴの変化に対する輝度の変化率が小さい第二調整モードと、を切り替える。具体的に例えば、制御部４０は、操作部からユーザによるモードを切り替える操作情報に基づいて、前記第一、第二調整モードを切り替える。また、制御部４０は、例えば、視点位置検出部６がユーザを撮像し、撮像画像を画像解析することで偏光サングラスの着用状態を判定した着用判定情報を入力し、この着用判定情報に基づき、前記第一、第二調整モードを切り替えてもよい。
　ステップＳ０４では、制御部４０が、ステップＳ０３で切り替えられた調整モードに応じて、視点位置情報ＧまたはステップＳ０２で生成された駆動データＴを下に、画像表示部１０の表示面１１に表示される表示画像１２の輝度を調整する。具体的に例えば、制御部４０は、ステップＳ０３で決定された調整モードの視点位置情報Ｇと表示画像１２の輝度情報Ｑとを関連付けたテーブルデータを記憶部４２から読み出し、ステップＳ０１で入力した視点位置情報Ｇに基づいた輝度情報Ｑで表示画像１２を表示させる。また、制御部４０は、ステップＳ０３で決定された調整モードの駆動データＴと表示画像１２の輝度情報Ｑとを関連付けたテーブルデータを記憶部４２から読み出し、ステップＳ０２で決定した駆動データＴに基づいた輝度情報Ｑで表示画像１２を表示させてもよい。ちなみに、ステップＳ０２と、ステップＳ０３，Ｓ０４及びＳ０５とは、必ずしもこの順番である必要はなく、順番が入れ替わっても、または同時に実行されてもよい。
　以上に説明したように、本発明のＨＵＤ１００は、透過反射面１ａに対する表示光Ｋの入射角度θに応じて画像表示部１０が出力する表示光Ｋの光強度を調整する第一調整モードと、前記第一調整モードと比べて表示光Ｋの投影位置に対する表示光Ｋの光強度の変化率が大きくなるように画像表示部１０が出力する表示光Ｋの光強度を調整する第二調整モードと、を有している。従って、ＨＵＤ１００は、調整モードを表示光Ｋの変化率が小さい第一調整モードを用いて表示光Ｋのフロントウインドシールド１ａに対する入射角度θの変化に応じて、画像表示部１０の輝度を調整することで、偏光サングラスを着用していないユーザに所望の輝度の虚像２０１を視認させることができる。また、ＨＵＤ１００は、調整モードを表示光Ｋの変化率が大きい第二調整モードを用いて表示光Ｋのフロントウインドシールド１ａに対する入射角度θの変化に応じて、画像表示部１０の輝度を調整することで、偏光サングラスを着用しているユーザに所望の輝度の虚像２０１を視認させることができる。
　なお、虚像２０１の画角が大きく、表示光Ｋがフロントウインドシールド１ａの広範囲に投影される場合、画像表示部１０の表示面１１内の表示される位置に応じて、ユーザに向かう表示光Ｋのフロントウインドシールド１ａに対する入射角度θが大きく異なってしまい、虚像領域２００内の表示される位置に応じで虚像２０１の輝度が大きく異なってしまう。従って、前述したような前記第一または前記第二調整モードを用いて、画像表示部１０の表示面１１の各領域から出射される表示光Ｋの光強度を、フロントウインドシールド１ａに対する表示光Ｋの入射角度θに応じて、段階的または連続的に調整してもよい。
　なお、本発明のＨＵＤ１００は、リレー光学系２０を駆動させるアクチュエータ３０を有していなくてもよい。リレー光学系２０を駆動しない場合であっても、ユーザの視点３の位置の変化に応じて、ユーザの視点３に向かう表示光Ｋのフロントウインドシールド１ａに対する入射角度θは変化する。この場合、本発明のＨＵＤ１００は、視点位置情報Ｇに応じて、画像表示部１０が出力する表示光Ｋの光強度を調整するようにしてもよい。
　本発明のヘッドアップディスプレイは、車両などの移動体に搭載される虚像を視認させるヘッドアップディスプレイに適用することができる。
　１…車両、１ａ…フロントウインドシールド（透過反射面）、２…アイボックス、３…視点、４…バス、５…操作部、６…視点位置検出部、１０…画像表示部、２０…リレー光学系、３０…アクチュエータ、４０…制御部（アクチュエータ制御部，表示制御部）、４１…処理部、４２…記憶部、４３…インターフェース（操作情報取得手段，視点位置情報取得手段）、２００…虚像領域、２０１…虚像、Ｃ…操作情報、Ｄ…画像データ、Ｇ…視点位置情報、Ｋ…表示光、Ｌ…虚像の相対輝度、Ｑ…輝度情報、θ…入射角度

Claims (10)

  1. 　表示面に表示画像を表示する画像表示部と、
    　前記画像表示部が前記表示面に表示する前記表示画像の表示光をユーザの前方に配置される透過反射面に向けるリレー光学系と、
    　前記透過反射面に対する前記表示光の入射角度の大きさに応じて前記表示光の光強度を調整する第一調整モードと、前記第一調整モードと比べて前記透過反射面に対する前記表示光の入射角度の大きさに対する前記表示光の光強度の変化率が大きくなるように調整する第二調整モードと、を少なくとも切り替えて前記画像表示部を制御可能な表示制御部と、を備える、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  2. 　少なくとも前記リレー光学系を移動または／および回転させることで前記透過反射面に対する入射角度を調整可能なアクチュエータをさらに備える、
    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。
  3. 　前記表示制御部は、前記第一調整モードまたは前記第二調整モードに基づき、前記表示面内の表示する位置に応じて、前記表示画像の輝度を調整する、
    ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  4. 　ユーザの操作情報を取得する操作情報取得手段をさらに備え、
    　前記表示制御部は、前記操作情報取得手段が入力する前記操作情報に基づいて、前記第二調整モードにおける前記変化率を調整する、
    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。
  5. 　前記操作情報は、サングラスの偏光度に関する情報を含む、
    ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。
  6. 　ユーザを撮像し、前記ユーザのサングラス着用を判定した着用判定情報を取得する判定情報取得手段をさらに備え、
    　前記表示制御部は、前記判定情報取得部が入力する前記着用判定情報に基づいて、前記第一調整モードから前記第二調整モードに切り替える、
    ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  7. 　前記表示制御部は、記第一調整モードまたは前記第二調整モードから他の調整モードに切り替える際、前記表示光の光強度を徐変する、
    ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  8. 　前記表示制御部は、記第一調整モードおよび前記第二調整モードにおいて、前記リレー光学系の位置または／および角度に応じて前記表示光の光強度を調整する、
    ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  9. 　ユーザの鉛直方向の視点位置に関する視点位置情報を取得する視点位置情報取得手段をさらに備え、
    　前記表示制御部は、記第一調整モードおよび前記第二調整モードにおいて、前記視点位置情報取得手段が入力する前記視点位置情報に基づいて、前記表示光の光強度を調整する、
    ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
  10. 　前記画像表示部が出射する前記表示光は、非偏光の光である、
    ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ。
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