JP6451981B2

JP6451981B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6451981B2
Application number: JP2014245468A
Authority: JP
Inventors: 幸恵梅澤; 誠秦
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: JP2016107731A

Description

本発明は、車両用のヘッドアップディスプレイ装置に関し、例えば、車両のウィンドシールドに表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置として好適である。

運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行速度等）を読み取れるようにするため、車両のウィンドシールド（フロントガラス）の前方に情報を虚像表示させるヘッドアップディスプレイ装置が、例えば、特許文献１に提案されている。

この車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、車両のダッシュボード内に配置されており、このヘッドアップディスプレイ装置から投射する表示光がウィンドシールドにより反射され、車両利用者（運転者）は虚像を風景と重畳させて視認させることができる。

また、この種のヘッドアップディスプレイ装置によって、ウィンドシールドの透光部材越しに見える風景と重畳させて、ナビゲーション情報や車外の対象物に関する情報を表示し、ＡＲ（Augmented Reality）を実現することが行われている。

特開２０１１−１２１４０１号公報

上述のようなヘッドアップディスプレイ装置では、自車両の前方側に情報を表示するため、単に自車両よりも後方や側方に関する情報を表示した場合に、方向性を認識しづらいため、車両利用者に違和感を与えてしまうという問題点があった。

特に、通常時に車両前方側に関する情報を表示する場合や、ウィンドシールドよりも前方側に結像して虚像表示する場合に、車両利用者は、表示像の視認とともに車両前方側を意識してしまうため、後方や側方への関連付けが行い難く、違和感がより大きくなる可能性があった。

そこで本発明の目的は、上述した課題に着目し、自車両の後方または側方に関わる情報表示による車両利用者に与える違和感を低減できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、
表示光を生成して出力する表示器を車両に備え、
前記表示光を運転席よりも前方側に設けられる透光性の被投影部に照射し、
その表示光を実景と重ねて視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示器は、
前記被投影部における表示光の照射エリアのうち中央よりも下側のエリアに、前記車両を模した車両画像を投影し、
さらに、前記車両の後方または側方に関する情報を入力し、この情報に基づく情報表示を、前記下側のエリアであって前記車両に対する前記情報の方向性を対応付けた位置に投影することを特徴とする。

また、前記表示器は、前記情報表示として前記車両に近づく他の車両の検出に基づく注意喚起情報を前記下側のエリアに表示し、
他の情報を前記下側のエリアよりも上側の照射エリアに表示することを特徴とする。

また、前記表示器は、前記下側のエリアのうち、前記情報の方向性を対応付けて、右側、中央、左側にわけて表示することを特徴とする。

また、前記被投影部として、前記車両のウィンドシールドを適用し、前記表示器は、前記ウィンドシールドよりも車両外側に結像表示することを特徴とする。

本発明は、車両用のヘッドアップディスプレイ装置に関し、自車両の後方または側方に関わる情報表示による車両利用者に与える違和感を低減できる。

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車載概略図。同上実施の形態のヘッドアップディスプレイ装置を示す断面図。同上実施の形態の表示器を示す断面図。同上実施の形態の制御システム構成を示すブロック図。同上実施形態における表示例を示す図。同上実施形態における表示例を示す図。同上実施形態における表示エリアを示す概念図。同上実施形態における表示例を示す図。同上実施形態における表示例を示す図。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように車両（自車両）２のダッシュボード３内に設けられ、生成した表示画像を表す表示光（表示像）Ｌをウィンドシールド（フロントガラス）４で反射させることにより、運転席５に着座した運転者６に車両情報等を表す表示画像の虚像Ｊを視認させる装置である。これにより、運転者６は、前方から視線を逸らさずに車両情報等を視認できる。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、図２に示すように、車両２のダッシュボード３の上部に埋め込まれるようにして設けられるハウジング１１内に凹面鏡１２や表示器１３を備える。

ハウジング１１は、遮光性の合成樹脂材からなり、凹面鏡１２の配設位置の上部（ウィンドシールド側）を開口する窓部１１ａと、後述するヒートシンクを突出するための孔部１１ｂと、が設けられている。また、ハウジング１１内には、太陽光が直接表示器１３に入射して虚像Ｊが見えにくくなること（ウォッシュアウト）を防止する遮光壁１１ｃが設けられており、本実施の形態ではハウジング１１と一体にして形成されている。また、ハウジング１１の上部には、透光性の合成樹脂材（例えばアクリル）からなるカバー１１ｄが、窓部１１ａを塞ぐようにして設けられる。

凹面鏡１２は、凹面１２ａを有するポリカーボネートからなる合成樹脂基板に反射層を蒸着形成してなる。凹面鏡１２は、凹面１２ａが表示器１３とカバー１１ｄとに対向するように設けられ、表示器１３から投射される表示光Ｌをウィンドシールド４側に拡大させつつ反射させる。また、凹面鏡１２は、ウィンドシールド４に投影される表示光Ｌを運転者６が視認し易いように角度調節可能に設けられている。

表示器１３は、表示すべき情報を表示光Ｌとして発光出力するもので、表示光Ｌの出射側の面が凹面鏡１２に対向するようにしてハウジング１１内に設けられ、表示光Ｌの光軸が凹面鏡１２の凹面１２ａに交わるような位置や向きにて固定保持される。また、表示器１３は、図３に示すように、液晶表示素子１３１、光源１３２、拡散板１３３、ヒータ１３４、ホットミラー１３５、ヒートシンク１３６、筐体１３７、保持部材１３８と、から主に構成されている。

液晶表示素子１３１は、透明電極を備えた一対のガラス基板間に液晶を封入した液晶セル１３１ａと、この液晶セル１３１ａの前後側に設けられる偏光膜（偏光部材）１３１ｂ，１３１ｃと、で構成され、光源１３２からの照明光を透過して表示像Ｌを出力する。偏光膜１３１ｂ，１３１ｃは、この場合、液晶セル１３１ａにおける照明光の入射側（光源１３２側）に設けられるヒータ１３４に保持される入射側偏光膜１３１ｂと、液晶セル１３１ａにおける照明光の出射側（凹面鏡１２側）に設けられるホットミラー１３５に保持される出射側偏光膜１３１ｃと、を備えている。液晶表示素子１３１は、例えば、透過可能なＴＦＴ型液晶表示素子が適用でき、後述する制御手段によって表示すべき情報（例えば、車両２の走行速度やエンジン回転数など）を、マークや数値、バーグラフなどの形態を示す表示画像を生成する。

また、液晶セル１３１ａの両端面には、図示しない光反射防止層が形成され、反射光を干渉させて低減するだけでなく、液晶セル１３１ａと空気との界面における光の損失を低減して効率よく照明光（表示光Ｌ）を透過できる。

光源１３２は、複数の発光ダイオードを適用することができ、配線基板１３９に保持されている。光源１３２は、液晶表示素子１３１を透過照明し凹面鏡１２まで照明光（表示光Ｌ）が達するような向きおよび位置にて設けられる。

拡散板１３３は、少なくとも一方の面に凹凸加工がなされた、透光性の合成樹脂部材を適用することができ、光源１３２と液晶表示素子１３１との間に設けられる。この場合、拡散板１３３は、照明光が透過する面に凹凸な形状を施してなるものを適用したが、更に光源１３２の指向性や配置を考慮したレンズアレイを一体もしくは別体に設けることによって、より均一な照明による表示出力を期待できる。

ヒータ１３４は、液晶セル１３１ａの背面側（光源１３２側）に所定間隔おいて設けられ、透明基板１３４ａの表面上（液晶セル１３１ａに対向する面上）にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）からなる透光性発熱層１３４ｂを形成している。入射側偏光膜１３１ｂは、透明基板１３４ａの背面（光源１３２側の面）上に貼着されて保持される。ヒータ１３４は、例えば、氷点下での環境で車両２を使用する場合など、非常に低い温度の液晶に対して、適正温度範囲まで急速に温めることができる。

ホットミラー１３５は、表示器１３から出射する表示光Ｌを（可視光）を効率よく透過するとともに、ウィンドシールド４やカバー１１ｄ、凹面鏡１２を介して表示器１３へ入射する太陽光のうち、赤外線（熱線）を反射して、液晶表示素子１３１の温度上昇を低減する。

ヒートシンク１３６は、アルミ等の熱伝導率の高い金属材を適用でき、ネジやボルトからなる固定部材（図示しない）を螺着することによって配線基板１３９を保持する。また、ヒートシンク１３６は、光源１３２の発熱を配線基板１３９を介して伝達し、ハウジング１１の孔部１１ｂから突出する放熱フィン１３６ａによってハウジング１１外の空気に熱を放散（放熱）できる。

筐体１３７は、液晶表示素子１３１と、ヒータ１３４と、ホットミラー１３５と、ヒートシンク１３６とをハウジング１１の所定位置に保持するためのもので、この場合、両端を開口する筒状に形成された合成樹脂材からなる。

保持部材１３８は、液晶表示素子１３１が発する表示光Ｌの出射部を切り欠いた枠状であり、表面を黒色アルマイト処理されたアルミ等の金属材を適用でき、ネジやボルトからなる固定部材（図示しない）を螺着することによって保持される。

また、表示器１３は、制御手段１３ａを備え、車両情報等に応じて最適な表示画像を生成し出力できる。制御手段１３ａは、図４に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１とは別に車両２に搭載される後方／側方検出手段７や撮像手段８、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９、図示しないナビケーションシステムなどに接続され、これらからの情報に基づいて、ヘッドアップディスプレイ装置１内の表示器１３、特に、液晶表示素子１３１、光源１３２、ヒータ１３４を駆動制御する。

制御手段１３ａは、演算処理部や記憶部を備えたマイクロコンピュータを適用でき、ハウジング１１に固定保持される。制御手段１３ａは、通信線（信号線）を介して車両２の電子制御ユニット９等からの情報を得ることができる。

また、制御手段１３ａは、これら情報や、記憶部に格納された所定プログラムに基づいて演算処理を行い、例えば、ナビゲーションシステムからの道路情報や撮像手段８からの画像に基づいて、図５に示すように、道路標識を判別するなどして得られる制限速度を示す標識マークＤ１、電子制御ユニット９から得られる走行速度情報Ｄ２、ナビゲーションシステムや走行距離情報などの情報によって得られる道路案内情報Ｄ３を示す表示画像を表示光Ｌとして生成するように描画処理などの演算を行い液晶表示素子１３１や光源１３２を駆動制御できる。なお、道路案内情報Ｄ３は、ウィンドシールド４を透視して見える実際の路面と重ねて表示することで、拡張現実感があり、わかり易い表示にて運転支援できる。

後方／側方検出手段７は、例えば、ステレオカメラを適用でき、車両２の後方及び側方の対象物と、車両２との間の距離を検出し、制御手段１３ａに検出結果を出力する。なお、ステレオカメラではなく、レーダーや車車間通信等を用いることもできる。

撮像手段８は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳなどの撮像素子を用いたカメラを適用でき、ウィンドシールド４越しに車両前方を撮像し、画像データを制御手段１３ａに送る。

また、制御手段１３ａは、後方／側方検出手段７からの情報に基づいて、接近車両の有無を判定し、接近車両がある場合には、注意喚起を示すアイコンＤ４と、「後方接近、注意」などの文章Ｄ５を、上述した情報表示Ｄ１〜Ｄ３の表示よりも下側のエリアＮ１に表示されるように、液晶表示素子１３１を制御する。

また、制御手段１３ａは、この際、全体の表示エリア（照射エリア）Ｎのうち中央よりも下側のエリアＮ１を区画するように、線Ｄ６を表示し、アイコンＤ４等の表示と上側の表示Ｄ１〜Ｄ３とが異なる種類であること（関連する情報ではないこと）を意識付けることができる。

なお、制御手段１３ａは、後方／側方検出手段７からの情報から、他の車両が自車両２の右側、中央側、左側の何れか、且つ後方から接近しているのかを判別でき、これら方向に対応させて、下側のエリアＮ１において、右側、中央側、左側を選択し、注意喚起を示すアイコンＤ４を表示させることもできる。

例えば、制御手段１３ａが、後方／側方検出手段７からの情報から、右後方から近づいた他の車両の存在を判別した場合、図６に示すように、下側のエリアＮ１の右側に表示することで注意方向を運転者６に意識付けることができる。

なお、ヘッドアップディスプレイ装置１による全体の表示エリアＮは、図７の点線にて示すようにウィンドシールド４の一部であるが、実際にはその境界が表示されない。従って、特に上側の表示が少ない場合に、基準点を設け難いため左右の関係がわかりづらいが、運転者６は、線Ｄ６やこの両端部とアイコンＤ４との相対的な位置関係を読み取ることで、右側、中央側、左側の何れかに表示されているかを判断し易い。

また、制御手段１３ａは、図８に示すように、撮像手段８からの撮像データに基づいて画像処理し、路面の境界線Ｄ７や障害物の位置を示す枠Ｄ８などをウィンドシールド４を透視して見える実際の路面と重ねて表示させたり、赤外撮影された映像とともに表示することで、車両２の前方情報をわかりやすく表示できる。この際においても、下側のエリアＮ１には、右側のエリアＮＲ、中央のエリアＮＣ、左側のエリアＮＬの何れかに（この場合、中央のエリアＮＣに）注意喚起を示すアイコンＤ４を表示することで、後方の情報も合わせて表現できる。

また、全体表示エリアＮのうち、下側のエリアＮ１の境界を示すために、図５，６に示す表示例にあっては、線Ｄ６を表示するものを示したが、自車両２の後側を模した画像Ｄ９を表示することで、自車両画像Ｄ９の上側のエリアＮ２とは別に、後方の注意間情報を示す下側のエリアＮ１があることや、車両後側部分を示す自車両画像Ｄ９との相対的な位置関係から左右、中央の方向性を運転者６に意識付けできる。

なお、ヘッドアップディスプレイ装置内の表示光Ｌの光路や凹面鏡１２の形状を工夫することによって、虚像の結像距離が異なるように構成することもでき、この場合、上側のエリアＮ２が、奥側（車両２の前方の遠く側）に表示され、下側のエリアＮ１が、上側のエリアＮ２よりも手前側に表示されるようにして、表示種類を結像距離によってわけて、車両２の前後関係を対応付けることも考えられる。

また、例えば、後方から接近する車両等の情報がない場合には、下側のエリアＮ１を設けずに、上側のエリアＮ２の表示内容を表示エリアＮの全体を用いて表示させることもできる。この際、車両２の前方の近い路面まで拡張表現できる。また、表示項目の数や、表示に必要な面積に応じて、レイアウトを調整することもできる。

逆に、上側のエリアＮ２の表示内容を表示する必要がない場合には、下側のエリアＮ１を広く取るようにレイアウトし、アイコンＤ４だけでなく、後方または側方の注意喚起に関する他の情報、例えば、注意内容や付加情報を示す文面などを付与して表現できる。従って、表示エリアＮをより有効に使えるため、多くの情報を表示できる。

また、制御手段１３ａは、図９に示すように、下側のエリアＮ１に自車両２の後ろ部分を上から見たような自車両２に模した画像（鳥瞰画像）Ｄ１０を表示させることもできる。また、例えば、他の車両が後方右側から接近して自車両２を追い抜いた場合には、単に注意喚起を示すアイコンＤ４を消すのではなく、移動状態がわかるようにしてから消すことで、接近状態から外れた他の車両と差別化できる。

この場合、図９に示すように、注意喚起を示すアイコンＤ４と同じものを予測表示Ｄ１１として該アイコンＤ４よりも上側に同時表示させたり、あるいは、アイコンＤ４または予測表示Ｄ１１を点滅表示させたり、表示位置を移動させるなどしてから消すことで実現できる。

斯かるヘッドアップディスプレイ装置１は、表示光Ｌを生成して出力する表示器１３を車両２に備え、表示光Ｌを運転席５よりも前方側に設けられる透光性のウィンドシールド（被投影部）４に照射し、その表示光Ｌを実景と重ねて視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、表示器１３は、車両２の後方または側方に関する情報を入力し、この情報に基づく表示光Ｌをウィンドシールド４における表示光Ｌの表示エリアＮのうち中央よりも下側のエリアＮ１に照射する。

従って、ヘッドアップディスプレイ装置１が自車両の前方側に情報Ｄ１〜Ｄ３を表示する場合であって、方向性を認識しやすくできるため、運転者６に与える違和感を低減できる。

また、表示器１３は、前記情報として車両２に近づく他の車両の検出に基づく注意喚起情報Ｄ４を下側のエリアＮ１に表示され、他の情報を下側のエリアＮ１よりも上側のエリアＮ２に表示されるように表示光Ｌを出力することによって、方向性を伴う表示であっても、運転者６に与える違和感を低減できる。

また、表示器１３は、下側のエリアＮ１のうち、前記情報の方向性を対応付けて、右側、中央、左側にわけて表示することによって、運転者６による目視確認など迅速に行うための手立てとなる。

また、表示器１３は、下側のエリアＮ１に、車両２を模した車両画像Ｄ９，Ｄ１０が表示されるように、表示光Ｌを出力することによって、相対的な位置関係がわかりやすく表現できるため、方向性を伴う情報表示であっても、運転者６に与える違和感を低減できる。

また、被表示部として、車両２のウィンドシールド４を適用し、表示器１３は、ウィンドシールド４よりも車両外側に結像表示する。

なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに設計の変更が可能なことは勿論である。例えば、上述実施の形態では、被投影部であるウィンドシールド４に表示光Ｌを反射させて運転者６がこの表示光Ｌを視認するヘッドアップディスプレイを例に挙げたが、被投影部として専用に設けられる表示部材（コンバイナ）を用いるものであってもよい。

また、表示器１３としてレーザー光Ｃを走査させるものや、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）素子を用いて表示光を形成するものであってもよく、部分的な輝度調整が簡易な構成で精密に制御できる。

また、注意喚起を示すアイコンＤ４を例にあげて説明したが、例えば、接近する他の車両との距離や、該他の車両の走行速度や自車両との相対速度差、危険度などを数値表示したり、アイコンの大きさや、色変化、異なる周期による点滅を行うことで、表現を多様化させることもできる。

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関し、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置として適用できる。

１ヘッドアップディスプレイ装置
１２凹面鏡
１３表示器
１３１液晶表示素子
１３２光源
２車両（自車両）
４ウィンドシールド（被投影部）
６運転者
Ｄ４アイコン
Ｎ表示エリア（照射エリア）
Ｎ１下側のエリア
Ｌ表示光（表示像）

Claims

表示光を生成して出力する表示器を車両に備え、
前記表示光を運転席よりも前方側に設けられる透光性の被投影部に照射し、
その表示光を実景と重ねて視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示器は、
前記被投影部における表示光の照射エリアのうち中央よりも下側のエリアに、前記車両を模した車両画像を投影し、
さらに、前記車両の後方または側方に関する情報を入力し、この情報に基づく情報表示を、前記下側のエリアであって前記車両に対する前記情報の方向性を対応付けた位置に投影することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記表示器は、前記情報表示として前記車両に近づく他の車両の検出に基づく注意喚起情報を前記下側のエリアに表示し、
他の情報を前記下側のエリアよりも上側の照射エリアに表示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。
前記表示器は、前記下側のエリアのうち、前記情報の方向性を対応付けて、右側、中央、左側にわけて表示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。
前記被投影部として、前記車両のウィンドシールドを適用し、前記表示器は、前記ウィンドシールドよりも車両外側に結像表示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。