JP7780574B2 - Head-up display - Google Patents
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Description
本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。 The present invention relates to a head-up display.
将来において、公道上では自動運転モードで走行中の車両と手動運転モードで走行中の車両が混在することが予想される。 In the future, it is expected that public roads will have a mixture of vehicles operating in autonomous mode and vehicles operating in manual mode.
将来の自動運転社会では、車両と人間との間の視覚的コミュニケーションが益々重要になっていくことが予想される。例えば、車両と当該車両の乗員との間の視覚的コミュニケーションが益々重要になっていくことが予想される。この点において、ヘッドアップディスプレイ(HUD)を用いて車両と乗員との間の視覚的コミュニケーションを実現することができる。ヘッドアップディスプレイは、ウインドシールドやコンバイナに画像や映像を投影させ、その画像をウインドシールドやコンバイナを通して現実空間と重畳させて乗員に視認させることで、いわゆるAR(Augmented Reality)を実現することができる。 In the future autonomous driving society, visual communication between vehicles and humans is expected to become increasingly important. For example, visual communication between a vehicle and its occupants is expected to become increasingly important. In this regard, visual communication between a vehicle and its occupants can be achieved using a head-up display (HUD). A head-up display projects images or videos onto a windshield or combiner, and then superimposes the images on real space through the windshield or combiner for the occupants to view, thereby achieving what is known as augmented reality (AR).
ヘッドアップディスプレイの一例として、特許文献1には、透明な表示媒体を用いて立体的な虚像を表示するための光学系を備える表示装置が開示されている。当該表示装置は、ウインドシールドまたはコンバイナ上で、運転手の視界内に光を投射する。投射された光の一部はウインドシールドまたはコンバイナを透過するが、他の一部はウインドシールドまたはコンバイナに反射される。この反射光は運転者の目に向かう。運転者は、目に入ったその反射光を、ウインドシールドやコンバイナ越しに見える実在の物体を背景に、ウインドシールドやコンバイナを挟んで反対側(自動車の外側)にある物体の像のように見える虚像として知覚する。 As an example of a head-up display, Patent Document 1 discloses a display device equipped with an optical system for displaying a three-dimensional virtual image using a transparent display medium. The display device projects light onto the windshield or combiner into the driver's field of vision. Some of the projected light passes through the windshield or combiner, while other light is reflected by the windshield or combiner. This reflected light is directed toward the driver's eyes. The driver perceives the reflected light as a virtual image that appears to be an object on the other side of the windshield or combiner (outside the vehicle), against the background of real objects visible through the windshield or combiner.
ところで、既存のヘッドアップディスプレイでは、虚像(画像)の表示範囲を広げる構成には改善の余地がある。 However, with existing head-up displays, there is room for improvement in the configuration that expands the display range of the virtual image.
そこで、本発明は、低コストで画像の表示範囲を広げることが可能なヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention aims to provide a head-up display that can expand the image display range at low cost.
上記目的を達成するために、本発明の一側面に係るヘッドアップディスプレイは、
車両に設けられ、所定の画像を前記車両の乗員に向けて表示するように構成されたヘッドアップディスプレイであって、
前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、
前記画像生成部により出射された前記光がウインドシールドまたはコンバイナへ照射されるように、前記光を反射させる反射部と、を備え、
前記画像生成部は、前記所定の画像のうち前記車両の状況に応じて変化する変化画像を生成する変化画像生成部と、前記所定の画像のうち前記状況によらずに固定された固定画像を生成する固定画像生成部とを有している。
In order to achieve the above object, a head-up display according to one aspect of the present invention comprises:
A head-up display provided in a vehicle and configured to display a predetermined image toward an occupant of the vehicle,
an image generating unit that emits light for generating the predetermined image;
a reflecting unit that reflects the light emitted by the image generating unit so that the light is irradiated onto a windshield or a combiner,
The image generation unit has a changing image generation unit that generates a changing image from the specified image that changes depending on the situation of the vehicle, and a fixed image generation unit that generates a fixed image from the specified image that remains fixed regardless of the situation.
上記構成によれば、変化画像に付加して固定画像を生成することができるため、高コストな変化画像生成部を大きくすることなく画像表示範囲を広げることができる。 With the above configuration, a fixed image can be generated by adding it to a changing image, thereby expanding the image display range without increasing the size of the costly changing image generation unit.
上記目的を達成するために、本発明の別の一側面に係るヘッドアップディスプレイは、
車両に設けられ、所定の画像を前記車両の乗員に向けて表示するように構成されたヘッドアップディスプレイであって、
前記所定の画像のうち前記車両の状況に応じて変化する変化画像を生成するための光を出射する変化画像生成部と、
前記変化画像生成部により出射された前記光がウインドシールドまたはコンバイナへ照射されるように、前記光を反射させる反射部と、
前記所定の画像のうち前記状況によらずに固定された固定画像を生成する固定画像生成部と、を備え、
前記固定画像生成部は、
光源と、
前記光源から出射された光を透過または反射する光学部材と、
前記光学部材を挟んで前記光源とは反対側に設けられて前記固定画像の形状に対応して前記光を透過する遮光部材と、を有している。
In order to achieve the above object, a head-up display according to another aspect of the present invention comprises:
A head-up display provided in a vehicle and configured to display a predetermined image toward an occupant of the vehicle,
a varying image generating unit that emits light for generating a varying image of the predetermined image that changes depending on the situation of the vehicle;
a reflecting unit that reflects the light emitted by the transition image generating unit so that the light is irradiated onto a windshield or a combiner;
a fixed image generating unit that generates a fixed image from among the predetermined images regardless of the situation,
The fixed image generation unit
A light source and
an optical member that transmits or reflects light emitted from the light source;
The image display device further includes a light-shielding member that is provided on the opposite side of the optical member from the light source and transmits the light in accordance with the shape of the fixed image.
上記構成によれば、変化画像に付加して固定画像を生成することができるため、高コストな変化画像生成部を大きくすることなく画像表示範囲を広げることができる。 With the above configuration, a fixed image can be generated by adding it to a changing image, thereby expanding the image display range without increasing the size of the costly changing image generation unit.
本発明によれば、低コストで画像の表示範囲を広げることが可能なヘッドアップディスプレイを提供することができる。 This invention makes it possible to provide a head-up display that can expand the image display range at low cost.
以下、本発明の実施形態(以下、本実施形態という。)について図面を参照しながら説明する。本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。 An embodiment of the present invention (hereinafter referred to as this embodiment) will be described below with reference to the drawings. For the sake of convenience, the dimensions of each component shown in the drawings may differ from the actual dimensions of each component.
また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「上下方向」、「前後方向」について適宜言及する場合がある。これらの方向は、図2に示すHUD(Head-Up Display)20について設定された相対的な方向である。ここで、「左右方向」は、「左方向」および「右方向」を含む方向である。「上下方向」は、「上方向」および「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」および「後方向」を含む方向である。左右方向は、図2では示されていないが、上下方向および前後方向に直交する方向である。 Furthermore, for the sake of convenience, the description of this embodiment may refer to the "left-right direction," "up-down direction," and "front-rear direction" as appropriate. These directions are relative directions set for the HUD (Head-Up Display) 20 shown in FIG. 2. Here, the "left-right direction" includes the "left direction" and the "right direction." The "up-down direction" includes the "upward direction" and the "downward direction." The "front-rear direction" includes the "forward direction" and the "rearward direction." Although not shown in FIG. 2, the left-right direction is a direction perpendicular to the up-down direction and the front-rear direction.
図1を参照して、本実施形態に係るHUD20を備える車両システム2について以下に説明する。図1は、車両システム2のブロック図である。当該車両システム2が搭載された車両1は、自動運転モードで走行可能な車両(自動車)である。 A vehicle system 2 equipped with a HUD 20 according to this embodiment will be described below with reference to Figure 1. Figure 1 is a block diagram of the vehicle system 2. A vehicle 1 equipped with the vehicle system 2 is a vehicle (automobile) capable of running in autonomous driving mode.
図1に示すように、車両システム2は、車両制御部3と、センサ5と、カメラ6と、レーダ7と、HMI(Human Machine Interface)8と、GPS(Global Positioning System)9と、無線通信部10と、記憶装置11とを備える。また、車両システム2は、ステアリングアクチュエータ12と、ステアリング装置13と、ブレーキアクチュエータ14と、ブレーキ装置15と、アクセルアクチュエータ16と、アクセル装置17とを備える。さらに、車両システム2は、HUD20を備える。 As shown in FIG. 1, the vehicle system 2 includes a vehicle control unit 3, a sensor 5, a camera 6, a radar 7, an HMI (Human Machine Interface) 8, a GPS (Global Positioning System) 9, a wireless communication unit 10, and a storage device 11. The vehicle system 2 also includes a steering actuator 12, a steering device 13, a brake actuator 14, a brake device 15, an accelerator actuator 16, and an accelerator device 17. The vehicle system 2 also includes a HUD 20.
車両制御部3は、車両1の走行を制御するように構成されている。車両制御部3は、例えば、少なくとも一つの電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)により構成されている。電子制御ユニットは、1以上のプロセッサおよびメモリを備えるコンピュータシステム(例えば、SoC(System on a Chip)等)と、トランジスタ等のアクティブ素子および抵抗等のパッシブ素子から構成される電子回路とを含む。プロセッサは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、およびTPU(Tensor Processing Unit)のうちの少なくとも一つを含む。CPUは、複数のCPUコアによって構成されてもよい。GPUは、複数のGPUコアによって構成されてもよい。メモリは、ROM(Read Only Memory)と、RAM(Random Access Memory)とを含む。ROMには、車両制御プログラムが記憶されてもよい。例えば、車両制御プログラムは、自動運転用の人工知能(AI)プログラムを含んでもよい。AIプログラムは、多層のニューラルネットワークを用いた教師有りまたは教師なし機械学習(特に、ディープラーニング)によって構築されたプログラム(学習済みモデル)である。RAMには、車両制御プログラム、車両制御データ及び/又は車両1の周辺環境を示す周辺環境情報が一時的に記憶されてもよい。プロセッサは、ROMに記憶された各種車両制御プログラムから指定されたプログラムをRAM上に展開し、RAMとの協働で各種処理を実行するように構成されてもよい。また、コンピュータシステムは、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)等の非ノイマン型コンピュータによって構成されてもよい。さらに、コンピュータシステムは、ノイマン型コンピュータと非ノイマン型コンピュータの組み合わせによって構成されてもよい。 The vehicle control unit 3 is configured to control the driving of the vehicle 1. The vehicle control unit 3 is configured, for example, by at least one electronic control unit (ECU). The electronic control unit includes a computer system (e.g., a SoC (System on a Chip)) equipped with one or more processors and memory, and an electronic circuit composed of active elements such as transistors and passive elements such as resistors. The processor includes, for example, at least one of a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and a TPU (Tensor Processing Unit). The CPU may be configured by multiple CPU cores. The GPU may be configured by multiple GPU cores. The memory includes a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). A vehicle control program may be stored in the ROM. For example, the vehicle control program may include an artificial intelligence (AI) program for autonomous driving. The AI program is a program (trained model) constructed by supervised or unsupervised machine learning (particularly, deep learning) using a multi-layer neural network. The RAM may temporarily store the vehicle control program, vehicle control data, and/or surrounding environment information indicating the surrounding environment of the vehicle 1. The processor may be configured to load a program specified from various vehicle control programs stored in the ROM onto the RAM and execute various processes in cooperation with the RAM. The computer system may also be composed of non-von Neumann computers such as ASICs (Application Specific Integrated Circuits) and FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays). Furthermore, the computer system may be composed of a combination of von Neumann and non-von Neumann computers.
センサ5は、加速度センサ、速度センサおよびジャイロセンサのうち少なくとも一つを含む。センサ5は、車両1の走行状態を検出して、走行状態情報を車両制御部3に出力するように構成されている。センサ5は、運転者が運転席に座っているかどうかを検出する着座センサ、運転者の顔の方向を検出する顔向きセンサ、外部天候状態を検出する外部天候センサおよび車内に人がいるかどうかを検出する人感センサ等をさらに備えてもよい。 Sensor 5 includes at least one of an acceleration sensor, a speed sensor, and a gyro sensor. Sensor 5 is configured to detect the driving state of vehicle 1 and output driving state information to vehicle control unit 3. Sensor 5 may further include a seating sensor that detects whether the driver is sitting in the driver's seat, a face direction sensor that detects the direction of the driver's face, an external weather sensor that detects external weather conditions, and a human presence sensor that detects whether there is a person inside the vehicle.
カメラ6は、例えば、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(相補型MOS)等の撮像素子を含むカメラである。カメラ6は、一以上の外部カメラ6Aと、内部カメラ6Bとを含む。
外部カメラ6Aは、車両1の周辺環境を示す画像データを取得した上で、当該画像データを車両制御部3に送信するように構成されている。車両制御部3は、送信された画像データに基づいて、周辺環境情報を取得する。ここで、周辺環境情報は、車両1の外部に存在する対象物(歩行者、他車両、標識等)に関する情報を含んでもよい。例えば、周辺環境情報は、車両1の外部に存在する対象物の属性に関する情報と、車両1に対する対象物の距離や位置に関する情報とを含んでもよい。外部カメラ6Aは、単眼カメラとして構成されてもよいし、ステレオカメラとして構成されてもよい。
The camera 6 is a camera including an imaging element such as a CCD (Charge-Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), etc. The camera 6 includes one or more external cameras 6A and an internal camera 6B.
The external camera 6A is configured to acquire image data showing the environment surrounding the vehicle 1 and then transmit the image data to the vehicle control unit 3. The vehicle control unit 3 acquires surrounding environment information based on the transmitted image data. Here, the surrounding environment information may include information about objects (pedestrians, other vehicles, signs, etc.) present outside the vehicle 1. For example, the surrounding environment information may include information about the attributes of the objects present outside the vehicle 1 and information about the distance and position of the objects relative to the vehicle 1. The external camera 6A may be configured as a monocular camera or a stereo camera.
内部カメラ6Bは、車両1の内部に配置されると共に、乗員を示す画像データを取得するように構成されている。内部カメラ6Bは、例えば、乗員の視点E(図2で後述する)をトラッキングするアイトラッキングカメラとして機能する。内部カメラ6Bは、例えば、ルームミラーの近傍、あるいはインストルメントパネルの内部等に設けられている。 The internal camera 6B is disposed inside the vehicle 1 and is configured to acquire image data showing the occupant. The internal camera 6B functions, for example, as an eye-tracking camera that tracks the occupant's viewpoint E (described later in FIG. 2). The internal camera 6B is disposed, for example, near the rearview mirror or inside the instrument panel.
レーダ7は、ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ、およびレーザーレーダ(例えば、LiDARユニット)のうちの少なくとも一つを含む。例えば、LiDARユニットは、車両1の周辺環境を検出するように構成されている。特に、LiDARユニットは、車両1の周辺環境を示す3Dマッピングデータ(点群データ)を取得した上で、当該3Dマッピングデータを車両制御部3に送信するように構成されている。車両制御部3は、送信された3Dマッピングデータに基づいて、周辺環境情報を特定する。 The radar 7 includes at least one of a millimeter-wave radar, a microwave radar, and a laser radar (e.g., a LiDAR unit). For example, the LiDAR unit is configured to detect the surrounding environment of the vehicle 1. In particular, the LiDAR unit is configured to acquire 3D mapping data (point cloud data) indicating the surrounding environment of the vehicle 1 and then transmit the 3D mapping data to the vehicle control unit 3. The vehicle control unit 3 identifies surrounding environment information based on the transmitted 3D mapping data.
HMI8は、運転者からの入力操作を受付ける入力部と、走行情報等を運転者に向けて出力する出力部とから構成される。入力部は、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、車両1の運転モードを切替える運転モード切替スイッチ等を含む。出力部は、各種走行情報を表示するディスプレイ(HUDを除く)である。 The HMI 8 is composed of an input unit that accepts input operations from the driver, and an output unit that outputs driving information and the like to the driver. The input unit includes a steering wheel, accelerator pedal, brake pedal, and a driving mode selector switch that switches the driving mode of the vehicle 1. The output unit is a display (excluding the HUD) that displays various driving information.
GPS9は、車両1の現在位置情報を取得し、当該取得された現在位置情報を車両制御部3に出力するように構成されている。 The GPS 9 is configured to acquire current location information of the vehicle 1 and output the acquired current location information to the vehicle control unit 3.
無線通信部10は、車両1の周囲にいる他車に関する情報(例えば、走行情報等)を他車から受信すると共に、車両1に関する情報(例えば、走行情報等)を他車に送信するように構成されている(車車間通信)。また、無線通信部10は、信号機や標識灯等のインフラ設備からインフラ情報を受信すると共に、車両1の走行情報をインフラ設備に送信するように構成されている(路車間通信)。また、無線通信部10は、歩行者が携帯する携帯型電子機器(スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイス等)から歩行者に関する情報を受信すると共に、車両1の自車走行情報を携帯型電子機器に送信するように構成されている(歩車間通信)。車両1は、他車両、インフラ設備または携帯型電子機器との間をアドホックモードにより直接通信してもよいし、アクセスポイントを介して通信してもよい。さらに、車両1は、図示しない通信ネットワークを介して他車両、インフラ設備または携帯型電子機器と通信してもよい。通信ネットワークは、インターネット、ローカルエリアネットワーク(LAN)、ワイドエリアネットワーク(WAN)および無線アクセスネットワーク(RAN)のうちの少なくとも一つを含む。無線通信規格は、例えば、Wi-Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、ZigBee(登録商標)、LPWA、DSRC(登録商標)又はLi-Fiである。また、車両1は、他車両、インフラ設備または携帯型電子機器と第5世代移動通信システム(5G)を用いて通信してもよい。 The wireless communication unit 10 is configured to receive information about other vehicles around the vehicle 1 (e.g., driving information, etc.) from the other vehicles and transmit information about the vehicle 1 (e.g., driving information, etc.) to the other vehicles (vehicle-to-vehicle communication). The wireless communication unit 10 is also configured to receive infrastructure information from infrastructure facilities such as traffic lights and marker lights and transmit vehicle 1 driving information to the infrastructure facilities (road-to-vehicle communication). The wireless communication unit 10 is also configured to receive pedestrian information from portable electronic devices (smartphones, tablets, wearable devices, etc.) carried by pedestrians and transmit vehicle 1 driving information to the portable electronic devices (pedestrian-to-vehicle communication). The vehicle 1 may communicate directly with other vehicles, infrastructure facilities, or portable electronic devices in ad hoc mode, or via an access point. The vehicle 1 may also communicate with other vehicles, infrastructure facilities, or portable electronic devices via a communication network (not shown). The communication network includes at least one of the Internet, a local area network (LAN), a wide area network (WAN), and a radio access network (RAN). Examples of wireless communication standards include Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), ZigBee (registered trademark), LPWA, DSRC (registered trademark), and Li-Fi. Vehicle 1 may also communicate with other vehicles, infrastructure equipment, or portable electronic devices using a fifth-generation mobile communication system (5G).
記憶装置11は、ハードディスクドライブ(HDD)やSSD(Solid State Drive)等の外部記憶装置である。記憶装置11には、2次元または3次元の地図情報及び/又は車両制御プログラムが記憶されてもよい。例えば、3次元の地図情報は、3Dマッピングデータ(点群データ)によって構成されてもよい。記憶装置11は、車両制御部3からの要求に応じて、地図情報や車両制御プログラムを車両制御部3に出力するように構成されている。地図情報や車両制御プログラムは、無線通信部10と通信ネットワークを介して更新されてもよい。 The storage device 11 is an external storage device such as a hard disk drive (HDD) or a solid state drive (SSD). The storage device 11 may store two-dimensional or three-dimensional map information and/or a vehicle control program. For example, the three-dimensional map information may be composed of 3D mapping data (point cloud data). The storage device 11 is configured to output the map information and vehicle control program to the vehicle control device 3 in response to a request from the vehicle control device 3. The map information and vehicle control program may be updated via the wireless communication device 10 and a communication network.
車両1が自動運転モードで走行する場合、車両制御部3は、走行状態情報、周辺環境情報、現在位置情報、地図情報等に基づいて、ステアリング制御信号、アクセル制御信号およびブレーキ制御信号のうち少なくとも一つを自動的に生成する。ステアリングアクチュエータ12は、ステアリング制御信号を車両制御部3から受信して、受信したステアリング制御信号に基づいてステアリング装置13を制御するように構成されている。ブレーキアクチュエータ14は、ブレーキ制御信号を車両制御部3から受信して、受信したブレーキ制御信号に基づいてブレーキ装置15を制御するように構成されている。アクセルアクチュエータ16は、アクセル制御信号を車両制御部3から受信して、受信したアクセル制御信号に基づいてアクセル装置17を制御するように構成されている。このように、車両制御部3は、走行状態情報、周辺環境情報、現在位置情報、地図情報等に基づいて、車両1の走行を自動的に制御する。つまり、自動運転モードでは、車両1の走行は車両システム2により自動制御される。 When vehicle 1 is traveling in autonomous driving mode, vehicle control unit 3 automatically generates at least one of a steering control signal, an accelerator control signal, and a brake control signal based on driving condition information, surrounding environment information, current position information, map information, etc. Steering actuator 12 is configured to receive a steering control signal from vehicle control unit 3 and control steering device 13 based on the received steering control signal. Brake actuator 14 is configured to receive a brake control signal from vehicle control unit 3 and control brake device 15 based on the received brake control signal. Accelerator actuator 16 is configured to receive an accelerator control signal from vehicle control unit 3 and control accelerator device 17 based on the received accelerator control signal. In this way, vehicle control unit 3 automatically controls the traveling of vehicle 1 based on driving condition information, surrounding environment information, current position information, map information, etc. In other words, in autonomous driving mode, the traveling of vehicle 1 is automatically controlled by vehicle system 2.
一方、車両1が手動運転モードで走行する場合、車両制御部3は、アクセルペダル、ブレーキペダルおよびステアリングホイールに対する運転者の手動操作に従って、ステアリング制御信号、アクセル制御信号およびブレーキ制御信号を生成する。このように、手動運転モードでは、ステアリング制御信号、アクセル制御信号およびブレーキ制御信号が運転者の手動操作によって生成されるので、車両1の走行は運転者により制御される。 On the other hand, when vehicle 1 is traveling in manual driving mode, vehicle control unit 3 generates steering control signals, accelerator control signals, and brake control signals in accordance with the driver's manual operation of the accelerator pedal, brake pedal, and steering wheel. In this way, in manual driving mode, the steering control signals, accelerator control signals, and brake control signals are generated by the driver's manual operation, so the traveling of vehicle 1 is controlled by the driver.
上述の通り、運転モードは、自動運転モードと手動運転モードとからなる。自動運転モードは、例えば、完全自動運転モードと、高度運転支援モードと、運転支援モードとからなる。完全自動運転モードでは、車両システム2がステアリング制御、ブレーキ制御およびアクセル制御の全ての走行制御を自動的に行うと共に、運転者は車両1を運転できる状態にはない。高度運転支援モードでは、車両システム2がステアリング制御、ブレーキ制御およびアクセル制御の全ての走行制御を自動的に行うと共に、運転者は車両1を運転できる状態にはあるものの車両1を運転しない。運転支援モードでは、車両システム2がステアリング制御、ブレーキ制御およびアクセル制御のうち一部の走行制御を自動的に行うと共に、車両システム2の運転支援の下で運転者が車両1を運転する。一方、手動運転モードでは、車両システム2が走行制御を自動的に行わないと共に、車両システム2の運転支援なしに運転者が車両1を運転する。 As described above, the driving modes include an automated driving mode and a manual driving mode. The automated driving modes include, for example, a fully automated driving mode, an advanced driving assistance mode, and a driving assistance mode. In the fully automated driving mode, the vehicle system 2 automatically performs all driving control, including steering, braking, and acceleration, and the driver is not in a state where he or she can drive the vehicle 1. In the advanced driving assistance mode, the vehicle system 2 automatically performs all driving control, including steering, braking, and acceleration, and the driver is in a state where he or she can drive the vehicle 1 but does not drive the vehicle 1. In the driving assistance mode, the vehicle system 2 automatically performs some driving control, including steering, braking, and acceleration, and the driver drives the vehicle 1 with the driving assistance of the vehicle system 2. On the other hand, in the manual driving mode, the vehicle system 2 does not automatically perform driving control, and the driver drives the vehicle 1 without the driving assistance of the vehicle system 2.
HUD20は、所定の情報(以下、HUD情報という。)が車両1の外部の現実空間(特に、車両1の前方の周辺環境)と重畳されるように、当該HUD情報を車両1の乗員に向け画像として表示するように構成されている。HUD20によって表示されるHUD情報は、例えば、車両1の走行に関連した車両走行情報及び/又は車両1の周辺環境に関連した周辺環境情報(特に、車両1の外部に存在する対象物に関連した情報)等である。HUD20は、車両1と乗員との間の視覚的インターフェースとして機能するARディスプレイである。 HUD 20 is configured to display predetermined information (hereinafter referred to as HUD information) as an image to the occupants of vehicle 1 so that the HUD information is superimposed on the real space outside vehicle 1 (particularly the surrounding environment ahead of vehicle 1). The HUD information displayed by HUD 20 includes, for example, vehicle driving information related to the driving of vehicle 1 and/or surrounding environment information related to the surrounding environment of vehicle 1 (particularly information related to objects present outside vehicle 1). HUD 20 is an AR display that functions as a visual interface between vehicle 1 and the occupants.
HUD20は、画像生成部(PGU:Picture Generation Unit)24と、制御部25とを備える。画像生成部24は、変化画像生成部24Aと、固定画像生成部24Bとを有する。
画像生成部24は、車両1の乗員に向けて表示される所定の画像を生成するための光を出射するように構成されている。変化画像生成部24Aは、所定の画像のうち、車両1の状況に応じて変化する変化画像を生成するための光を出射する。固定画像生成部24Bは、所定の画像のうち、車両1の状況によらずに固定された固定画像を生成するための光を出射する。
The HUD 20 includes an image generation unit (PGU) 24 and a control unit 25. The image generation unit 24 includes a changing image generation unit 24A and a fixed image generation unit 24B.
The image generating unit 24 is configured to emit light for generating a predetermined image to be displayed toward the occupants of the vehicle 1. The variable image generating unit 24A emits light for generating a variable image, among the predetermined images, that changes depending on the situation of the vehicle 1. The fixed image generating unit 24B emits light for generating a fixed image, among the predetermined images, that remains fixed regardless of the situation of the vehicle 1.
制御部25は、HUD20の各部の動作を制御する。制御部25は、車両制御部3に接続されており、車両制御部3から送信されてくる車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、例えば変化画像生成部24Aおよび固定画像生成部24Bの動作を制御する。なお、本実施形態では、車両制御部3と制御部25とは別個の構成として設けられているが、車両制御部3と制御部25は一体的に構成されてもよい。例えば、車両制御部3と制御部25は、単一の電子制御ユニットにより構成されていてもよい。 The control unit 25 controls the operation of each unit of the HUD 20. The control unit 25 is connected to the vehicle control unit 3 and controls the operation of, for example, the changing image generation unit 24A and the fixed image generation unit 24B based on vehicle driving information, surrounding environment information, etc. transmitted from the vehicle control unit 3. Note that in this embodiment, the vehicle control unit 3 and the control unit 25 are provided as separate components, but the vehicle control unit 3 and the control unit 25 may also be configured as an integrated unit. For example, the vehicle control unit 3 and the control unit 25 may be configured as a single electronic control unit.
(第一実施形態)
図2は、第一実施形態に係るHUD20を車両1の側面側から見た模式図である。HUD20は、少なくともHUD20の一部が車両1の内部に位置する。具体的には、HUD20は、車両1の室内の所定箇所に設置されている。例えば、HUD20は、車両1のダッシュボード内に配置されてもよい。
(First embodiment)
2 is a schematic diagram of the HUD 20 according to the first embodiment as viewed from the side of the vehicle 1. At least a portion of the HUD 20 is located inside the vehicle 1. Specifically, the HUD 20 is installed in a predetermined location inside the vehicle 1. For example, the HUD 20 may be disposed inside the dashboard of the vehicle 1.
図2に示すように、HUD20は、HUD本体部21を備えている。HUD本体部21は、ハウジング22と、出射窓23とを有する。出射窓23は可視光を透過させる透明板で構成されている。HUD本体部21は、ハウジング22の内部に、画像生成部24(変化画像生成部24A,固定画像生成部24B)と、制御部25と、凹面鏡26(反射部の一例)とを有する。 As shown in FIG. 2, the HUD 20 includes a HUD main body 21. The HUD main body 21 has a housing 22 and an exit window 23. The exit window 23 is made of a transparent plate that transmits visible light. Inside the housing 22, the HUD main body 21 has an image generation unit 24 (changing image generation unit 24A, fixed image generation unit 24B), a control unit 25, and a concave mirror 26 (an example of a reflecting unit).
凹面鏡26は、画像生成部24(変化画像生成部24A,固定画像生成部24B)から出射される光の光路上に配置されている。凹面鏡26は、画像生成部24から出射された光をウインドシールド18(例えば、車両1のフロントウィンドウ)に向けて反射するように構成されている。凹面鏡26は、所定の画像を形成するために凹状に湾曲した反射面を有し、画像生成部24から出射され結像された光の像を所定の倍率で反射させる。凹面鏡26は、駆動機構27を有し、制御部25から送信される制御信号に基づいて凹面鏡26の向きを回転することができるように構成されていてもよい。 The concave mirror 26 is arranged on the optical path of the light emitted from the image generation unit 24 (changing image generation unit 24A, fixed image generation unit 24B). The concave mirror 26 is configured to reflect the light emitted from the image generation unit 24 toward the windshield 18 (e.g., the front window of the vehicle 1). The concave mirror 26 has a reflective surface that is concavely curved to form a predetermined image, and reflects the light image emitted and focused from the image generation unit 24 at a predetermined magnification. The concave mirror 26 may have a drive mechanism 27 and be configured to rotate the orientation of the concave mirror 26 based on a control signal sent from the control unit 25.
制御部25は、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、画像生成部24(変化画像生成部24A,固定画像生成部24B)の動作を制御する。例えば、制御部25は、車両制御部3から送信されてくる車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、画像生成部24の動作を制御するための制御信号を生成し、当該生成された制御信号を画像生成部24に送信する。なお、制御部25は、凹面鏡26の向きを変更するように制御してもよい。 The control unit 25 is equipped with a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and memory, and the processor executes a computer program read from the memory to control the operation of the image generation unit 24 (changing image generation unit 24A, fixed image generation unit 24B). For example, the control unit 25 generates a control signal for controlling the operation of the image generation unit 24 based on vehicle driving information and surrounding environment information transmitted from the vehicle control unit 3, and transmits the generated control signal to the image generation unit 24. The control unit 25 may also control the concave mirror 26 to change its orientation.
画像生成部24(変化画像生成部24A,固定画像生成部24B)から出射された光は、凹面鏡26で反射されてHUD本体部21の出射窓23から出射される。HUD本体部21の出射窓23から出射された光は、ウインドシールド18に照射される。出射窓23からウインドシールド18に照射された光の一部は、乗員の視点Eに向けて反射される。この結果、乗員は、HUD本体部21から出射された光をウインドシールド18の前方の所定の距離において形成された虚像(所定の画像)として認識する。このように、HUD20によって表示される画像がウインドシールド18を通して車両1の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトIが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。 Light emitted from the image generation unit 24 (changing image generation unit 24A, fixed image generation unit 24B) is reflected by the concave mirror 26 and emitted from the exit window 23 of the HUD main body 21. The light emitted from the exit window 23 of the HUD main body 21 is irradiated onto the windshield 18. A portion of the light irradiated from the exit window 23 onto the windshield 18 is reflected toward the occupant's viewpoint E. As a result, the occupant perceives the light emitted from the HUD main body 21 as a virtual image (predetermined image) formed at a predetermined distance in front of the windshield 18. In this way, the image displayed by the HUD 20 is superimposed on the real space in front of the vehicle 1 through the windshield 18, and the occupant can visually perceive a virtual image object I formed by the predetermined image as floating above the road outside the vehicle.
ここで、乗員の視点Eは、乗員の左目の視点又は右目の視点のいずれかであってもよい。または、視点Eは、左目の視点と右目の視点を結んだ線分の中点として規定されてもよい。乗員の視点Eの位置は、例えば、内部カメラ6Bによって取得された画像データに基づいて特定される。乗員の視点Eの位置は、所定の周期で更新されてもよいし、車両1の起動時に一回だけ決定されてもよい。 Here, the occupant's viewpoint E may be either the viewpoint of the occupant's left eye or the viewpoint of the right eye. Alternatively, viewpoint E may be defined as the midpoint of the line segment connecting the viewpoints of the left eye and the right eye. The position of the occupant's viewpoint E is identified, for example, based on image data acquired by the internal camera 6B. The position of the occupant's viewpoint E may be updated at a predetermined interval, or may be determined only once when the vehicle 1 is started.
なお、虚像オブジェクトIとして2D画像(平面画像)を形成する場合には、所定の画像を任意に定めた単一距離の虚像となるように投影する。虚像オブジェクトIとして3D画像(立体画像)を形成する場合には、互いに同一または互いに異なる複数の所定の画像をそれぞれ異なる距離の虚像となるように投影する。また、虚像オブジェクトIの距離(乗員の視点Eから虚像までの距離)は、画像生成部24から乗員の視点Eまでの距離を調整する(例えば画像生成部24と凹面鏡26との間の距離を調整する)ことによって適宜調整可能である。 When forming a 2D image (planar image) as the virtual image object I, a predetermined image is projected so as to become a virtual image at a single, arbitrarily determined distance. When forming a 3D image (stereoscopic image) as the virtual image object I, multiple predetermined images, which may be the same or different from one another, are projected so as to become virtual images at different distances. Furthermore, the distance of the virtual image object I (the distance from the occupant's viewpoint E to the virtual image) can be adjusted as appropriate by adjusting the distance from the image generation unit 24 to the occupant's viewpoint E (for example, by adjusting the distance between the image generation unit 24 and the concave mirror 26).
図3A及び図3Bは、第一実施形態に係る画像生成部24の構成を示す模式図である。図3Aは、画像生成部24(変化画像生成部24A,固定画像生成部24B)を上方から見た模式図である。図3Bは、固定画像生成部24Bを正面から見た模式図である。 Figures 3A and 3B are schematic diagrams showing the configuration of the image generation unit 24 according to the first embodiment. Figure 3A is a schematic diagram of the image generation unit 24 (changing image generation unit 24A, fixed image generation unit 24B) viewed from above. Figure 3B is a schematic diagram of the fixed image generation unit 24B viewed from the front.
図3Aに示すように、変化画像生成部24Aは、光源101と、光源101の前側に配置される光学部材102と、光学部材102の前側に配置される表示デバイス103とを有する。光源101は、例えば、レーザ光源またはLED光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたRGBレーザ光源である。光学部材102は、プリズム、レンズ、拡散板、拡大鏡等のうち少なくとも一つから構成され得る。例えば、本例では、光学部材102は、平凸レンズから構成されている。光学部材102は、光源101から出射された光を透過または反射して表示デバイス103に向けて出射するように構成されている。表示デバイス103は、液晶ディスプレイ、DMD(Digital Mirror Device)等である。変化画像生成部24Aの描画方式は、ラスタースキャン方式、DLP(Digital Light Processing)方式またはLCOS(Liquid Crystal On Silicon)方式であってもよい。DLP方式またはLCOS方式が採用される場合、変化画像生成部24Aの光源101はLED光源であってもよい。なお、液晶ディスプレイ方式が採用される場合、変化画像生成部24Aの光源101は白色LED光源であってもよい。 As shown in FIG. 3A, the change image generation unit 24A has a light source 101, an optical element 102 arranged in front of the light source 101, and a display device 103 arranged in front of the optical element 102. The light source 101 is, for example, a laser light source or an LED light source. The laser light source is, for example, an RGB laser light source configured to emit red laser light, green laser light, and blue laser light, respectively. The optical element 102 may be composed of at least one of a prism, a lens, a diffuser, a magnifying glass, etc. For example, in this example, the optical element 102 is composed of a plano-convex lens. The optical element 102 is configured to transmit or reflect light emitted from the light source 101 and emit it toward the display device 103. The display device 103 is, for example, a liquid crystal display, a DMD (Digital Mirror Device), etc. The drawing method of the transition image generation unit 24A may be a raster scan method, a DLP (Digital Light Processing) method, or an LCOS (Liquid Crystal On Silicon) method. If the DLP method or LCOS method is used, the light source 101 of the transition image generation unit 24A may be an LED light source. Note that if the liquid crystal display method is used, the light source 101 of the transition image generation unit 24A may be a white LED light source.
固定画像生成部24Bは、光源111と、光源111の前側に配置される光学部材112と、光学部材112の前側(光学部材112よりも凹面鏡26側)に配置される遮光部材113とを有する。光源111は、上記光源101と同様に、例えば、レーザ光源またはLED光源である。光学部材112は、リフレクタ、プリズム、レンズ、拡散板、拡大鏡等のうち少なくとも一つから構成され得る。本例では、光学部材112は、例えば、光源111から出射される光の利用効率を高めることができるような所定の形状に形成されたレンズから構成されている。光学部材112は、光源111から出射された光を透過または反射して遮光部材113に向けて均一に出射するように構成されている。遮光部材113は、例えば、合成樹脂フィルムと、当該合成樹脂フィルムの少なくとも片面に形成された遮光膜(シェード)とで構成されている。遮光部材113の一部を構成する合成樹脂フィルムには、例えば、光拡散剤が添加されている。図3Bに示すように、遮光部材113には、固定画像の形状に対応するように光源111の光を透過する光透過部としての切り欠き114が施されている。遮光部材113は、切り欠き114を通して光源111の光を前方へ放射させるように構成されている。固定画像生成部24Bは、変化画像生成部24Aの左右にそれぞれ配置されている。なお、遮光部材113の正面視における形状は、本実施形態のような円形状に限定されない。また、固定画像生成部24Bの位置は変化画像生成部24Aの左右に限定されず、例えば、変化画像生成部24Aの上側および下側のいずれか一方に配置されてもよい。また、合成樹脂フィルムに光拡散剤を添加する代わりに、遮光膜(シェード)よりも後面(光学部材112側)に合成樹脂フィルムを設け、当該合成樹脂フィルムの前面に光拡散用の微細なステップを形成してもよい。 The fixed image generating unit 24B includes a light source 111, an optical element 112 disposed in front of the light source 111, and a light-blocking element 113 disposed in front of the optical element 112 (closer to the concave mirror 26 than the optical element 112). The light source 111, like the light source 101, is, for example, a laser light source or an LED light source. The optical element 112 may be composed of at least one of a reflector, a prism, a lens, a diffuser, a magnifying glass, etc. In this example, the optical element 112 is, for example, a lens formed in a predetermined shape to increase the utilization efficiency of the light emitted from the light source 111. The optical element 112 is configured to transmit or reflect the light emitted from the light source 111 and uniformly emit it toward the light-blocking element 113. The light-blocking element 113 is, for example, composed of a synthetic resin film and a light-blocking film (shade) formed on at least one side of the synthetic resin film. A light-diffusing agent may be added to the synthetic resin film that constitutes part of the light-blocking element 113. As shown in FIG. 3B , the light-blocking member 113 has cutouts 114 formed therein as light-transmitting portions that transmit light from the light source 111 and correspond to the shape of the fixed image. The light-blocking member 113 is configured to radiate light from the light source 111 forward through the cutouts 114. The fixed-image generating units 24B are disposed on the left and right of the variable-image generating unit 24A. Note that the shape of the light-blocking member 113 in a front view is not limited to a circular shape as in this embodiment. Furthermore, the position of the fixed-image generating units 24B is not limited to the left and right of the variable-image generating unit 24A; for example, they may be disposed above or below the variable-image generating unit 24A. Instead of adding a light diffusing agent to the synthetic resin film, a synthetic resin film may be provided behind the light-blocking film (shade) (on the optical element 112 side), and fine steps for diffusing light may be formed on the front surface of the synthetic resin film.
図4は、虚像オブジェクトIを形成する変化画像と固定画像の一例を示す模式図である。
図4において、変化画像31は、変化画像生成部24Aから出射される光によって生成された画像である。固定画像32は、固定画像生成部24Bから出射される光によって生成された画像である。車両1の前方において、変化画像31が認識される位置と固定画像32が認識される位置とは、実質的に同一となるように構成されている。すなわち、ウインドシールド18から変化画像31までの距離と、ウインドシールド18から固定画像32までの距離とは実質的に同一の距離となるように構成されている。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of a changing image and a fixed image that form the virtual image object I.
4, varying image 31 is an image generated by light emitted from varying image generation unit 24A. Fixed image 32 is an image generated by light emitted from fixed image generation unit 24B. The positions at which varying image 31 and fixed image 32 are recognized are configured to be substantially the same in front of vehicle 1. In other words, the distance from windshield 18 to varying image 31 and the distance from windshield 18 to fixed image 32 are configured to be substantially the same.
固定画像32は、変化画像31の周囲に変化画像31と並ぶように表示される。本例では、固定画像32は、車両1の乗員から見て、変化画像31の左右にそれぞれ表示されている。変化画像31は、車両1の状況に応じて変化する画像である。本例では、変化画像31として、車両1がこの先で右折することを報知する走路画像と、現在の走行速度が50km/hであることを報知する速度画像とが表示されている。固定画像32は、車両1の状況によらずに固定された画像である。本例では、固定画像32として、車両1の乗員に注意を促す注意喚起画像(山括弧模様)が表示されている。注意喚起画像は、必要な時にのみ生成される画像であって、例えば、歩行者の存在を知らせるため、またはスピードの出しすぎを知らせるためなど、の目的で表示され得る。虚像オブジェクトIとして視認される画像の範囲Rは、変化画像生成部24Aから出射された光で形成される変化画像31の表示範囲R1と、固定画像生成部24Bから出射された光で形成される固定画像32の表示範囲R2とを足し合わせた画像範囲になる。 The fixed images 32 are displayed alongside the changing image 31 around it. In this example, the fixed images 32 are displayed on the left and right of the changing image 31 as seen by the occupants of the vehicle 1. The changing images 31 are images that change depending on the situation of the vehicle 1. In this example, the changing images 31 displayed are a road image notifying the occupants that the vehicle 1 will turn right up ahead, and a speed image notifying the occupants that the current traveling speed is 50 km/h. The fixed images 32 are images that remain fixed regardless of the situation of the vehicle 1. In this example, the fixed images 32 displayed are warning images (angle brackets) that alert the occupants of the vehicle 1. Warning images are images that are generated only when necessary, and can be displayed for purposes such as notifying the occupants of the vehicle 1 of the presence of a pedestrian or speeding. The range R of the image visually recognized as the virtual image object I is the sum of the display range R1 of the changing image 31 formed by the light emitted from the changing image generation unit 24A and the display range R2 of the fixed image 32 formed by the light emitted from the fixed image generation unit 24B.
なお、固定画像を形成するために固定画像生成部24Bの遮光部材113に施される切り欠き114の模様は、複数の種類が準備されていてもよい。例えば、固定画像は、子供の飛び出しに注意を喚起するために子供の形を模した人型マークであってもよい。固定画像生成部24Bは、例えば、駆動機構(図示省略)を有し、制御部25から送信される制御信号に基づいて遮光部材113における切り欠き114の模様を切り替えるように構成されていてもよい。 Note that multiple types of patterns may be prepared for the cutouts 114 made in the light-blocking member 113 of the fixed image generating unit 24B to form the fixed image. For example, the fixed image may be a human-shaped mark in the shape of a child to alert people to children running out into the street. The fixed image generating unit 24B may have, for example, a drive mechanism (not shown) and be configured to switch the pattern of the cutouts 114 in the light-blocking member 113 based on a control signal sent from the control unit 25.
また、変化画像31の周囲に表示される固定画像32は、その表示位置によって、凹面鏡26での反射により生じる画像の歪み方に違いが生じる場合がある。そこで、制御部25は、固定画像32が表示される表示位置に応じて、固定画像生成部24Bで生成される固定画像32の歪み度合を予め変化させるように、遮光部材113に施される切り欠き114の模様を調整することが好ましい。また、制御部25は、変化画像31の表示態様が歪みのない適切な表示態様となるように、変化画像生成部24Aで生成される画像を制御することが好ましい。 Furthermore, the fixed image 32 displayed around the changing image 31 may be distorted differently due to reflection from the concave mirror 26 depending on its display position. Therefore, it is preferable that the control unit 25 adjusts the pattern of the notches 114 made in the light-shielding member 113 so as to change the degree of distortion of the fixed image 32 generated by the fixed image generation unit 24B in advance, depending on the display position at which the fixed image 32 is displayed. It is also preferable that the control unit 25 controls the image generated by the changing image generation unit 24A so that the display mode of the changing image 31 is an appropriate display mode without distortion.
図5は、虚像オブジェクトIを形成する変化画像と固定画像の別の例を示す模式図である。
図5に示すように、変化画像33によって表示される情報と固定画像32によって表示される情報とは、相互に関連付けられた情報となるように構成されていてもよい。本例では、変化画像33と固定画像32が、共に車両1の走行に注意を促す注意喚起画像として同じ模様(山括弧模様)で表示されている。また、変化画像31の左右にそれぞれ固定画像32が変化画像31と並んで表示されている。なお、この例では、変化画像33を固定された山括弧模様として表示しているが、例えば、固定画像32に関連させながら、車両1の状況に応じて順次変化する画像として変化画像33を表示してもよい。例えば、固定画像として子供の人型マークを表示し、子供の飛び出しを想起させる変化画像を人型マークに関連付けて表示するようにしてもよい。
FIG. 5 is a schematic diagram showing another example of a changing image and a fixed image forming the virtual image object I. In FIG.
As shown in FIG. 5 , the information displayed by the changing image 33 and the information displayed by the fixed image 32 may be configured to be mutually associated. In this example, the changing image 33 and the fixed image 32 are both displayed with the same pattern (angle brackets) as attention-calling images that call attention to the driving of the vehicle 1. Furthermore, the fixed images 32 are displayed side by side with the changing image 31 on the left and right sides of the changing image 31. Note that in this example, the changing image 33 is displayed as a fixed angle bracket pattern, but, for example, the changing image 33 may be displayed as an image that changes sequentially depending on the situation of the vehicle 1 while being associated with the fixed image 32. For example, a child-shaped mark may be displayed as a fixed image, and a changing image that evokes a child jumping out may be displayed in association with the human-shaped mark.
以上説明したように、本実施形態に係るHUD20は、虚像オブジェクトI(所定の画像)を生成するための光を出射する画像生成部24と、画像生成部24により出射された光がウインドシールド18へ照射されるように、光を反射させる凹面鏡26(反射部の一例)と、を備えている。そして、画像生成部24は、虚像オブジェクトIのうち車両1の状況に応じて変化する変化画像31を生成する変化画像生成部24Aと、虚像オブジェクトIのうち状況によらずに固定された固定画像32を生成する固定画像生成部24Bとを有している。この構成によれば、変化画像生成部24Aで生成した変化画像31に、固定画像生成部24Bで生成した固定画像32を付加することによって虚像オブジェクトIを形成することができる。このため、高コストな変化画像生成部24Aを大きくすることなく虚像オブジェクトI(所定の画像の一例)の表示範囲を広げることができる。 As described above, the HUD 20 according to this embodiment includes an image generation unit 24 that emits light to generate a virtual image object I (a predetermined image), and a concave mirror 26 (an example of a reflector) that reflects the light emitted by the image generation unit 24 so that the light is irradiated onto the windshield 18. The image generation unit 24 includes a changing image generation unit 24A that generates a changing image 31 of the virtual image object I that changes depending on the situation of the vehicle 1, and a fixed image generation unit 24B that generates a fixed image 32 of the virtual image object I that remains fixed regardless of the situation. With this configuration, the virtual image object I can be formed by adding the fixed image 32 generated by the fixed image generation unit 24B to the changing image 31 generated by the changing image generation unit 24A. This allows the display range of the virtual image object I (an example of a predetermined image) to be expanded without increasing the size of the costly changing image generation unit 24A.
また、HUD20によれば、図5に示すように、変化画像33と固定画像32とはそれぞれの画像によって表示される情報の内容が関連付けられていてもよい。これにより、変化画像33と固定画像32との協働によって各種の情報を乗員に対して提供することができる。 Furthermore, with the HUD 20, as shown in FIG. 5, the information displayed by the variable image 33 and the fixed image 32 may be associated with each other. This allows the variable image 33 and the fixed image 32 to work together to provide various types of information to the occupants.
また、HUD20によれば、固定画像生成部24Bは、光源111と光学部材112と遮光部材113とにより構成されている。これにより、簡便な構成で固定画像生成部24Bを構成することができ、コストを抑制することができる。 Furthermore, according to the HUD 20, the fixed image generation unit 24B is composed of a light source 111, an optical member 112, and a light-blocking member 113. This allows the fixed image generation unit 24B to be configured with a simple structure, thereby reducing costs.
なお、上記実施形態では、画像生成部24から出射された光が凹面鏡26に直接照射される構成となっているが、この例に限られない。画像生成部24と凹面鏡26との間に、凹面鏡26とは異なる反射部(例えば、平面ミラー)を配置し、画像生成部24から出射された光が平面ミラーにより反射されて凹面鏡26へ照射される構成としてもよい。また、このように画像生成部24と凹面鏡26との間の光路上に平面ミラーを配置する構成を採用した場合、例えば、変化画像生成部24Aから出射される光については平面ミラーを介して凹面鏡26に照射する、すなわち変化画像生成部24Aからウインドシールド18までの間に2回反射させる一方で、固定画像生成部24Bから出射される光については平面ミラーを介さずに凹面鏡26に直接照射する、すなわち固定画像生成部24Bからウインドシールド18までの間に1回反射させる構成としてもよい。これにより、平面ミラーを追加構成として採用しつつも、可能な限りコストを削減することができる。 While the above embodiment is configured such that light emitted from the image generating unit 24 is directly irradiated onto the concave mirror 26, this is not a limitation. Alternatively, a reflecting unit (e.g., a flat mirror) different from the concave mirror 26 may be disposed between the image generating unit 24 and the concave mirror 26, and the light emitted from the image generating unit 24 may be reflected by the flat mirror and irradiated onto the concave mirror 26. Furthermore, when a flat mirror is disposed on the optical path between the image generating unit 24 and the concave mirror 26, for example, the light emitted from the variable image generating unit 24A may be irradiated onto the concave mirror 26 via the flat mirror, i.e., reflected twice between the variable image generating unit 24A and the windshield 18, while the light emitted from the fixed image generating unit 24B may be irradiated directly onto the concave mirror 26 without passing through the flat mirror, i.e., reflected once between the fixed image generating unit 24B and the windshield 18. This allows for costs to be reduced as much as possible while still employing a flat mirror as an additional component.
(第二実施形態)
図6A及び図6Bは、第二実施形態に係る画像生成部124の構成を示す模式図である。図6Aは、画像生成部124(変化画像生成部124A,固定画像生成部124B)を上方から見た模式図である。図6Bは、固定画像生成部124Bを正面から見た模式図である。
Second Embodiment
6A and 6B are schematic diagrams showing the configuration of the image generation unit 124 according to the second embodiment. Fig. 6A is a schematic diagram showing the image generation unit 124 (changing image generation unit 124A, fixed image generation unit 124B) as viewed from above. Fig. 6B is a schematic diagram showing the fixed image generation unit 124B as viewed from the front.
図6Aに示すように、変化画像生成部124Aは、光源101と、光学部材102と、表示デバイス103とを有している。第二実施形態に係る変化画像生成部124Aは、第一実施形態のHUD20における変化画像生成部24Aと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。 As shown in FIG. 6A, the change-image generating unit 124A has a light source 101, an optical element 102, and a display device 103. The change-image generating unit 124A according to the second embodiment has the same configuration as the change-image generating unit 24A in the HUD 20 according to the first embodiment, and therefore a detailed description thereof will be omitted.
固定画像生成部124Bは、並列して配置された複数(本例では2個)の光源111a,111bと、光源111a,111bの前側にそれぞれ配置される光学部材112a,112bと、光学部材112a,112bの前側にそれぞれ配置される遮光部材113a,113bとを有する。光源111a,111b、光学部材112a,112b、および遮光部材113a,113bは、第一実施形態の固定画像生成部24Bにおける光源111、光学部材112、および遮光部材113とそれぞれ同様の構成である。光源111a,111bは、例えば、単一の基板(図示省略)上に搭載されている。光学部材112a,112bは、例えば、光源111a,111bからの光の利用効率を高め、遮光部材113a,113bに向けて光を均一に出射可能な所定の形状に形成されたレンズから構成されている。遮光部材113a,113bは、例えば、光拡散剤が添加された合成樹脂フィルムと、その少なくとも片面に形成された遮光膜(シェード)とで構成されている。図6Bに示すように、各遮光部材113a,113bには、固定画像32の形状に対応するように切り欠き114a,114bが施されている。固定画像生成部124Bは、変化画像生成部124Aの左右にそれぞれ配置されている。なお、固定画像生成部124Bの位置は、例えば、変化画像生成部124Aの上側、あるいは下側に配置されてもよい。 The fixed image generating unit 124B has multiple (two in this example) light sources 111a, 111b arranged in parallel, optical members 112a, 112b arranged in front of the light sources 111a, 111b, respectively, and light-blocking members 113a, 113b arranged in front of the optical members 112a, 112b, respectively. The light sources 111a, 111b, optical members 112a, 112b, and light-blocking members 113a, 113b have the same configurations as the light source 111, optical member 112, and light-blocking member 113 in the fixed image generating unit 24B of the first embodiment, respectively. The light sources 111a, 111b are mounted, for example, on a single substrate (not shown). The optical elements 112a and 112b are, for example, lenses formed in a predetermined shape that improves the efficiency of light utilization from the light sources 111a and 111b and allows light to be uniformly emitted toward the light-blocking elements 113a and 113b. The light-blocking elements 113a and 113b are, for example, formed of a synthetic resin film containing a light-diffusing agent and a light-blocking film (shade) formed on at least one side of the film. As shown in FIG. 6B , each light-blocking element 113a and 113b has a notch 114a or 114b formed to correspond to the shape of the fixed image 32. The fixed image generating unit 124B is disposed on the left and right of the variable image generating unit 124A. The fixed image generating unit 124B may be disposed, for example, above or below the variable image generating unit 124A.
画像生成部124において、例えば、虚像オブジェクトIを形成する変化画像と固定画像が図5に示される変化画像33と固定画像32である場合、虚像オブジェクトIは以下のような形態で表示される。固定画像生成部124Bは、固定画像32の生成時に光源111a,111bを例えば順に点灯させる。変化画像生成部124Aは、固定画像生成部124Bによる光源111a,111bの点灯に関連付けるように変化画像33を生成する。これにより、図5の虚像オブジェクトIは、例えば山括弧の模様が左右両端から中央に向かって順に移動するような形態で点灯表示される。なお、固定画像32を生成する光源111a,111bの点灯タイミング、および変化画像33に表示する情報内容は、適宜変更可能である。 In the image generation unit 124, for example, if the changing image and fixed image forming the virtual image object I are the changing image 33 and fixed image 32 shown in FIG. 5, the virtual image object I is displayed in the following form. The fixed image generation unit 124B turns on the light sources 111a and 111b, for example, in sequence, when generating the fixed image 32. The changing image generation unit 124A generates the changing image 33 so as to be associated with the lighting of the light sources 111a and 111b by the fixed image generation unit 124B. As a result, the virtual image object I in FIG. 5 is displayed lit in a form such that, for example, a pattern of angle brackets moves sequentially from both the left and right ends toward the center. Note that the lighting timing of the light sources 111a and 111b that generate the fixed image 32 and the information content displayed in the changing image 33 can be changed as appropriate.
このように、第二実施形態に係る画像生成部124によれば、並列して配置される複数の光源111a,111bを個別に点消灯させて固定画像32を生成することができる。このため、虚像オブジェクトIとして見栄えの良い固定画像32を表示することができる。なお、本例においては、固定画像32を生成するための複数の光源111a,111bが左右方向に並列されているが、固定画像を生成するための複数の光源を上下方向に並列するように配置してもよい。この場合、固定画像に含まれるマークは、上下方向に並列して表示される。 In this way, the image generation unit 124 according to the second embodiment can generate a fixed image 32 by individually turning on and off multiple light sources 111a, 111b arranged in parallel. This makes it possible to display a fixed image 32 that looks good as a virtual image object I. Note that in this example, the multiple light sources 111a, 111b for generating the fixed image 32 are arranged in parallel in the left-right direction, but the multiple light sources for generating the fixed image may also be arranged in parallel in the up-down direction. In this case, the marks included in the fixed image are displayed in parallel in the up-down direction.
なお、上記の第二実施形態においては、変化画像生成部124Aの光源101と、固定画像生成部124Bの光源111a,111bとは車両1の前後方向において異なる位置に配置されているが、この例に限られない。光源101と、光源111a,111bとを前後方向において略同一の位置に配置し、これらの光源101、光源111a,111bを単一の基板上に搭載するようにしてもよい。これにより、例えば、固定画像生成部124Bによる光源111a,111bの点灯に関連付けるように変化画像生成部124Aによる変化画像33を生成する場合の制御が容易となる。 In the second embodiment described above, the light source 101 of the varying image generation unit 124A and the light sources 111a and 111b of the fixed image generation unit 124B are arranged at different positions in the longitudinal direction of the vehicle 1, but this is not limited to this example. The light source 101 and the light sources 111a and 111b may be arranged at approximately the same position in the longitudinal direction, and these light sources 101 and 111a and 111b may be mounted on a single board. This facilitates control when, for example, the varying image generation unit 124A generates a varying image 33 associated with the lighting of light sources 111a and 111b by the fixed image generation unit 124B.
(第一変形例)
図7は、第一変形例に係るHUD220の構成を示す模式図である。
図7に示すように、第一変形例に係るHUD220は、HUD本体部21と、コンバイナ19とによって構成されている。コンバイナ19は、ウインドシールド18とは別体の構造物として、ウインドシールド18の内側に設けられている。コンバイナ19は、例えば、透明なプラスチックディスクであって、ウインドシールド18の代わりに、凹面鏡26によって反射された光が照射される。これにより、ウインドシールド18に光を照射した場合と同様に、HUD本体部21からコンバイナ19に照射された光の一部は、乗員の視点Eに向けて反射される。この結果、乗員は、HUD本体部21からの出射光(所定の画像)をコンバイナ19(およびウインドシールド18)の前方の所定の距離において形成された虚像オブジェクトIとして認識することができる。
このようなコンバイナ19を備えたHUD220の場合も、上述したHUD20と同様の効果を奏することができる。
(First Modification)
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of a HUD 220 according to a first modified example.
As shown in FIG. 7 , a HUD 220 according to the first modified example includes a HUD main body 21 and a combiner 19. The combiner 19 is a separate structure from the windshield 18 and is provided inside the windshield 18. The combiner 19 is, for example, a transparent plastic disk, and light reflected by a concave mirror 26 is irradiated onto the combiner 19 instead of the windshield 18. As a result, a portion of the light irradiated from the HUD main body 21 onto the combiner 19 is reflected toward the occupant's viewpoint E, similar to the case where light is irradiated onto the windshield 18. As a result, the occupant can recognize the light (predetermined image) emitted from the HUD main body 21 as a virtual image object I formed at a predetermined distance in front of the combiner 19 (and the windshield 18).
The HUD 220 including such a combiner 19 can also achieve the same effects as the HUD 20 described above.
(第三実施形態)
図8は、第三実施形態に係る画像生成部224の構成を示す模式図である。
図8に示すように、第三実施形態に係る画像生成部224は、変化画像生成部224Aと、固定画像生成部224Bとを備えている。変化画像生成部224Aは、複数の光源101,101と、光源101,101に対応して配置される複数の光学部材102,102と、表示デバイス103とを有している。光源101,101は、例えば、単一の基板225上に搭載されている。第三実施形態に係る変化画像生成部224Aのその他の構成は、第一実施形態のHUD20における変化画像生成部24Aと同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of an image generating unit 224 according to the third embodiment.
8 , the image generation unit 224 according to the third embodiment includes a changing-image generation unit 224A and a fixed-image generation unit 224B. The changing-image generation unit 224A includes a plurality of light sources 101, a plurality of optical members 102 arranged corresponding to the light sources 101, and a display device 103. The light sources 101 are mounted on, for example, a single substrate 225. The remaining configuration of the changing-image generation unit 224A according to the third embodiment is similar to that of the changing-image generation unit 24A in the HUD 20 according to the first embodiment, and therefore detailed description thereof will be omitted.
固定画像生成部224Bは、光源211と、光源211の前側に配置される光学部材212と、光学部材212の前側に配置される遮光部材213とを有する。光源211は、例えば、基板225とは別の基板226上に搭載されている。光学部材212は、例えば、光源211からの光の利用効率を高め、遮光部材213に向けて光を均一に出射可能な所定の形状に形成されたレンズから構成されている。図8の例では、光学部材212の一例として、両凸レンズが図示されているが、この例に限られない。光学部材212に用いられるレンズとしては、例えば、フレネルレンズを用いてもよい。通常のレンズを同心円状の領域に分割して厚みを減らしたフレネルレンズを用いることで、平凸レンズや両凸レンズ等を用いた場合に比べて光学部材212の薄型化を実現できる。光学部材212としては、縦方向のシリンドリカルレンズと横方向のシリンドリカルレンズとを組み合わせて用いてもよい。あるいは、縦方向のシリンドリカルレンズと横方向のシリンドリカルレンズが単一のレンズの出射面と入射面とに形成されていてもよい。シリンドリカルレンズを用いる場合は、当該シリンドリカルレンズがフレネル形状となるいわゆるリニアフレネルレンズとして形成されていてもよい。 The fixed image generating unit 224B includes a light source 211, an optical element 212 disposed in front of the light source 211, and a light-shielding element 213 disposed in front of the optical element 212. The light source 211 is mounted, for example, on a substrate 226 separate from the substrate 225. The optical element 212 is composed, for example, of a lens formed in a predetermined shape that improves the efficiency of light utilization from the light source 211 and enables uniform light emission toward the light-shielding element 213. In the example of FIG. 8, a biconvex lens is illustrated as an example of the optical element 212, but this example is not limiting. The lens used for the optical element 212 may also be a Fresnel lens, for example. By using a Fresnel lens, which is a normal lens divided into concentric regions to reduce its thickness, the optical element 212 can be made thinner than when a plano-convex lens, biconvex lens, or the like is used. The optical element 212 may also be a combination of a vertical cylindrical lens and a horizontal cylindrical lens. Alternatively, a vertical cylindrical lens and a horizontal cylindrical lens may be formed on the exit surface and entrance surface of a single lens. When a cylindrical lens is used, the cylindrical lens may be formed as a so-called linear Fresnel lens, which has a Fresnel shape.
遮光部材213の光学部材212側の面には、例えば、光拡散剤が添加された合成樹脂フィルムからなる光拡散シート215が貼り付けられている。遮光部材213には、図3Bに示す遮光部材113と同様に、固定画像32の形状に対応する切り欠きが施されている。なお、図8では、変化画像生成部224Aの左側にのみ固定画像生成部224Bが設けられているが、変化画像生成部224Aの左右それぞれに固定画像生成部224Bが配置されていてもよい。 A light diffusion sheet 215 made of, for example, a synthetic resin film with a light diffusing agent added is attached to the surface of the light blocking member 213 facing the optical member 212. Similar to the light blocking member 113 shown in FIG. 3B, the light blocking member 213 has a cutout corresponding to the shape of the fixed image 32. Note that while FIG. 8 shows the fixed image generating unit 224B only to the left of the varying image generating unit 224A, the fixed image generating unit 224B may be disposed on both the left and right of the varying image generating unit 224A.
固定画像生成部224Bの各部材が収容されるハウジング224B1は、変化画像生成部224Aの各部材が収容されるハウジング224A1の右側に接するようにして配置される。固定画像生成部224Bのハウジング224B1は、その前端が変化画像生成部224Aのハウジング224A1の前端よりも車両1の前後方向において前方側の位置となるように配置されている。すなわち、固定画像生成部224Bの遮光部材213が変化画像生成部224Aの表示デバイス103よりも前方に配置されている。 The housing 224B1, which houses the components of the fixed image generation unit 224B, is positioned adjacent to the right side of the housing 224A1, which houses the components of the changing image generation unit 224A. The housing 224B1 of the fixed image generation unit 224B is positioned so that its front end is further forward in the longitudinal direction of the vehicle 1 than the front end of the housing 224A1 of the changing image generation unit 224A. In other words, the light-shielding member 213 of the fixed image generation unit 224B is positioned forward of the display device 103 of the changing image generation unit 224A.
以上説明したように、第三実施形態に係る画像生成部224の構成によれば、固定画像生成部224Bにおける固定画像32を生成する面が変化画像生成部224Aにおける変化画像31を生成する面よりも前方に配置されている。これにより、図9に示すように、変化画像生成部224Aにおける変化画像31を生成する面と凹面鏡26との間での光の光路長よりも、固定画像生成部224Bにおける固定画像32を生成する面と凹面鏡26との間での光の光路長が短くなる。そのため、虚像オブジェクトを構成する変化画像31と乗員の視点Eとの距離よりも固定画像32と乗員の視点Eとの距離のほうが短くなる。このように、固定画像32を変化画像31よりも乗員の視点Eに対して近い位置に表示することで、固定画像32を目立たせることができ、乗員が固定画像32に気づきやすくなる。 As described above, with the configuration of the image generation unit 224 according to the third embodiment, the surface of the fixed image generation unit 224B that generates the fixed image 32 is positioned further forward than the surface of the changing image generation unit 224A that generates the changing image 31. As a result, as shown in FIG. 9 , the optical path length of light between the surface of the fixed image generation unit 224B that generates the fixed image 32 and the concave mirror 26 is shorter than the optical path length of light between the surface of the changing image generation unit 224A that generates the changing image 31 and the concave mirror 26. Therefore, the distance between the fixed image 32 and the occupant's viewpoint E is shorter than the distance between the changing image 31 that constitutes the virtual image object and the occupant's viewpoint E. In this way, by displaying the fixed image 32 closer to the occupant's viewpoint E than the changing image 31, the fixed image 32 can be made to stand out, making it easier for the occupant to notice the fixed image 32.
なお、上記の第三実施形態においては、変化画像生成部224Aの遮光部材213が変化画像生成部224Aの表示デバイス103よりも前側になるように配置されているが、この例に限られない。例えば、図10に示すように、固定画像生成部324Bの遮光部材213が変化画像生成部324Aの表示デバイス103よりも車両1の前後方向において後方に配置されていてもよい。具体的には、固定画像生成部324Bのハウジング324B1は、変化画像生成部324Aのハウジング324A1の右側に接するようにして配置され、ハウジング324B1の前端がハウジング324A1の前端よりも後方側の位置となるように配置されている。この場合、変化画像生成部324Aの光源101,101と、固定画像生成部324Bの光源211とが単一の基板325上に搭載されるようにしてもよい。光源101,101および光源211を単一の基板325上に搭載させることにより、光源の搭載性を向上させることができ、また、画像生成部324の低コスト化にもつながる。 In the third embodiment described above, the light-blocking member 213 of the changing image generating unit 224A is arranged to be forward of the display device 103 of the changing image generating unit 224A, but this is not limited to this example. For example, as shown in FIG. 10, the light-blocking member 213 of the fixed image generating unit 324B may be arranged rearward of the display device 103 of the changing image generating unit 324A in the longitudinal direction of the vehicle 1. Specifically, the housing 324B1 of the fixed image generating unit 324B is arranged so as to be in contact with the right side of the housing 324A1 of the changing image generating unit 324A, and the front end of the housing 324B1 is arranged rearward of the front end of the housing 324A1. In this case, the light sources 101, 101 of the changing image generating unit 324A and the light source 211 of the fixed image generating unit 324B may be mounted on a single substrate 325. Mounting the light sources 101, 101, and 211 on a single substrate 325 improves the mountability of the light sources and also reduces the cost of the image generation unit 324.
図10に示す画像生成部324の構成によれば、変化画像生成部324Aにおける変化画像31を生成する面が固定画像生成部324Bにおける固定画像32を生成する面よりも前方に配置されている。これにより、変化画像31を固定画像32よりも乗員の視点Eに対して近い位置に表示することができる。このように、変化画像生成部と凹面鏡26との距離(光路長)と固定画像生成部と凹面鏡26との距離(光路長)を異ならせることで、変化画像31と固定画像32のどちらか一方を他方よりも乗員に注目させることができる。 According to the configuration of the image generation unit 324 shown in FIG. 10, the surface of the changing image generation unit 324A that generates the changing image 31 is positioned further forward than the surface of the fixed image generation unit 324B that generates the fixed image 32. This allows the changing image 31 to be displayed at a position closer to the occupant's viewpoint E than the fixed image 32. In this way, by differentiating the distance (optical path length) between the changing image generation unit and the concave mirror 26 and the distance (optical path length) between the fixed image generation unit and the concave mirror 26, it is possible to draw the occupant's attention to either the changing image 31 or the fixed image 32 rather than the other.
(第四実施形態)
図11を参照して、第四実施形態に係るHUD520を備える車両システム500について以下に説明する。図11は、車両システム500のブロック図である。第一実施形態の車両システム2と同一または対応する構成要素については、重複する説明は省略する。
(Fourth embodiment)
A vehicle system 500 including a HUD 520 according to the fourth embodiment will be described below with reference to Fig. 11. Fig. 11 is a block diagram of the vehicle system 500. Duplicate descriptions of components that are the same as or correspond to those of the vehicle system 2 according to the first embodiment will be omitted.
図11に示すように第四実施形態に係るHUD520は、変化画像生成部524と、固定画像生成部527と、制御部525とを備える。
変化画像生成部524は、車両1の乗員に向けて表示される所定の画像のうち、車両1の状況に応じて変化する変化画像を生成するための光を出射する。固定画像生成部527は、車両1の乗員に向けて表示される所定の画像のうち、車両1の状況によらずに固定された固定画像を生成するための光を出射する。
As shown in FIG. 11 , the HUD 520 according to the fourth embodiment includes a changing image generating unit 524 , a fixed image generating unit 527 , and a control unit 525 .
The changing image generating unit 524 emits light for generating a changing image, which changes depending on the situation of the vehicle 1, from among the predetermined images to be displayed to the occupants of the vehicle 1. The fixed image generating unit 527 emits light for generating a fixed image, which remains fixed regardless of the situation of the vehicle 1, from among the predetermined images to be displayed to the occupants of the vehicle 1.
制御部525は、HUD520の各部の動作を制御する。制御部525は、車両制御部3に接続されており、車両制御部3から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、変化画像生成部524、および固定画像生成部527等の動作を制御する。なお、本実施形態では、車両制御部3と制御部525とは別個の構成として設けられているが、車両制御部3と制御部525は一体的に構成されてもよい。例えば、車両制御部3と制御部525は、単一の電子制御ユニットにより構成されていてもよい。 The control unit 525 controls the operation of each unit of the HUD 520. The control unit 525 is connected to the vehicle control unit 3, and controls the operation of the changing image generation unit 524, the fixed image generation unit 527, etc. based on vehicle driving information, surrounding environment information, etc. transmitted from the vehicle control unit 3. Note that in this embodiment, the vehicle control unit 3 and the control unit 525 are provided as separate components, but the vehicle control unit 3 and the control unit 525 may also be configured as an integrated unit. For example, the vehicle control unit 3 and the control unit 525 may be configured as a single electronic control unit.
図12に示すように、HUD520のHUD本体部521は、ハウジング22の内部に、変化画像生成部524と、凹面鏡526(反射部の一例)と、固定画像生成部527と、制御部525とを有する。固定画像生成部527は、凹面鏡526に取り付けられている。固定画像生成部527は、例えば、車両1の左右方向において凹面鏡526を間に挟むように、凹面鏡526の両側部にそれぞれ1個づつ取り付けられている。 As shown in FIG. 12 , the HUD main body 521 of the HUD 520 has, inside the housing 22, a variable image generating unit 524, a concave mirror 526 (an example of a reflecting unit), a fixed image generating unit 527, and a control unit 525. The fixed image generating unit 527 is attached to the concave mirror 526. For example, one fixed image generating unit 527 is attached to each side of the concave mirror 526, sandwiching the concave mirror 526 in the left-right direction of the vehicle 1.
凹面鏡526は、変化画像生成部524から出射される光の光路上に配置されている。凹面鏡526は、変化画像生成部524から出射された光をウインドシールド18(例えば、車両1のフロントウィンドウ)に向けて反射するように構成されている。 The concave mirror 526 is disposed on the optical path of the light emitted from the changing image generating unit 524. The concave mirror 526 is configured to reflect the light emitted from the changing image generating unit 524 toward the windshield 18 (e.g., the front window of the vehicle 1).
制御部525は、CPU等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、変化画像生成部524および固定画像生成部527の動作を制御する。例えば、制御部525は、車両制御部3から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、変化画像生成部524の動作を制御するための制御信号を生成し、当該生成された制御信号を変化画像生成部524に送信する。また、制御部525は、車両制御部3から送信される車両走行情報や周辺環境情報等に基づいて、固定画像生成部527の動作を制御するための制御信号を生成し、当該生成された制御信号を固定画像生成部527に送信する。また、制御部525によって凹面鏡526の向きが変更される場合、凹面鏡526に取り付けられている固定画像生成部527の向きも制御部525によって変更されてもよい。なお、固定画像生成部527の向きは、制御部525によって個別に変更されるようにしてもよい。固定画像生成部527の向きが調整されることで、固定画像生成部527から出射された光によって形成される固定画像が、変化画像生成部524から出射された光によって形成される変化画像に対して所定の位置に表示されるように、固定画像生成部527から出射される光の出射角度が制御される。 The control unit 525 is equipped with a processor such as a CPU and memory, and the processor executes a computer program read from the memory to control the operation of the changing image generation unit 524 and the fixed image generation unit 527. For example, the control unit 525 generates a control signal for controlling the operation of the changing image generation unit 524 based on vehicle driving information, surrounding environment information, etc. transmitted from the vehicle control unit 3, and transmits the generated control signal to the changing image generation unit 524. The control unit 525 also generates a control signal for controlling the operation of the fixed image generation unit 527 based on vehicle driving information, surrounding environment information, etc. transmitted from the vehicle control unit 3, and transmits the generated control signal to the fixed image generation unit 527. When the orientation of the concave mirror 526 is changed by the control unit 525, the orientation of the fixed image generation unit 527 attached to the concave mirror 526 may also be changed by the control unit 525. The orientation of the fixed image generation unit 527 may also be changed individually by the control unit 525. By adjusting the orientation of the fixed image generation unit 527, the emission angle of the light emitted from the fixed image generation unit 527 is controlled so that the fixed image formed by the light emitted from the fixed image generation unit 527 is displayed at a predetermined position relative to the changing image formed by the light emitted from the changing image generation unit 524.
変化画像生成部524から出射された光(以下、変化光ともいう)は、凹面鏡526で反射されてHUD本体部521の出射窓23から出射される。HUD本体部521の出射窓23から出射された変化光は、ウインドシールド18に照射される。出射窓23からウインドシールド18に照射された変化光の一部は、乗員の視点Eに向けて反射される。また、固定画像生成部527から出射された光(以下、固定光ともいう)は、HUD本体部521の出射窓23から出射される。HUD本体部521の出射窓23から出射された固定光は、ウインドシールド18に照射される。出射窓23からウインドシールド18に照射された固定光の一部は、乗員の視点Eに向けて反射される。この結果、乗員は、HUD本体部521から出射された光(変化光と固定光を含む)をウインドシールド18の前方の所定の距離において形成された虚像(所定の画像)として認識する。このように、HUD520によって表示される画像がウインドシールド18を通して車両1の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトIが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。 Light emitted from the varying image generating unit 524 (hereinafter also referred to as varying light) is reflected by the concave mirror 526 and emitted from the exit window 23 of the HUD main body 521. The varying light emitted from the exit window 23 of the HUD main body 521 is irradiated onto the windshield 18. A portion of the varying light irradiated from the exit window 23 onto the windshield 18 is reflected towards the occupant's viewpoint E. Furthermore, light emitted from the fixed image generating unit 527 (hereinafter also referred to as fixed light) is emitted from the exit window 23 of the HUD main body 521. The fixed light emitted from the exit window 23 of the HUD main body 521 is irradiated onto the windshield 18. A portion of the fixed light irradiated from the exit window 23 onto the windshield 18 is reflected towards the occupant's viewpoint E. As a result, the occupant perceives the light (including varying light and fixed light) emitted from the HUD main body 521 as a virtual image (predetermined image) formed at a predetermined distance in front of the windshield 18. In this way, the image displayed by the HUD 520 is superimposed on the real space in front of the vehicle 1 through the windshield 18, allowing the occupant to visually perceive the virtual image object I formed by the predetermined image as floating above the road outside the vehicle.
虚像オブジェクトIの距離(乗員の視点Eから虚像までの距離)は、変化画像生成部524および固定画像生成部527から乗員の視点Eまでの距離を調整することによって適宜調整可能である。例えば、乗員の視点Eから変化画像までの距離は、変化画像生成部524と凹面鏡526との間の距離を調整することによって調整可能である。また、例えば、乗員の視点Eから固定画像までの距離は、固定画像生成部527とウインドシールド18との間の距離を調整することによって調整可能である。 The distance of the virtual image object I (the distance from the occupant's viewpoint E to the virtual image) can be adjusted as appropriate by adjusting the distance from the varying image generation unit 524 and the fixed image generation unit 527 to the occupant's viewpoint E. For example, the distance from the occupant's viewpoint E to the varying image can be adjusted by adjusting the distance between the varying image generation unit 524 and the concave mirror 526. Also, for example, the distance from the occupant's viewpoint E to the fixed image can be adjusted by adjusting the distance between the fixed image generation unit 527 and the windshield 18.
図13は、固定画像生成部527の構成を示す模式図である。
図13に示すように、固定画像生成部527は、光源501と、光源501の斜め上側に配置される光学部材502と、光学部材502の斜め上側(光学部材502を挟んで光源501とは反対側)に配置される遮光部材503と、遮光部材503の斜め上側に配置される拡散シート504と、拡散シート504の斜め上側に配置されるレンズ505とを有する。
FIG. 13 is a schematic diagram showing the configuration of the fixed image generating unit 527.
As shown in Figure 13, the fixed image generation unit 527 has a light source 501, an optical element 502 arranged diagonally above the light source 501, a light-shielding element 503 arranged diagonally above the optical element 502 (on the opposite side of the optical element 502 from the light source 501), a diffusion sheet 504 arranged diagonally above the light-shielding element 503, and a lens 505 arranged diagonally above the diffusion sheet 504.
光源501は、例えば、レーザ光源またはLED光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたRGBレーザ光源である。 The light source 501 is, for example, a laser light source or an LED light source. The laser light source is, for example, an RGB laser light source configured to emit red laser light, green laser light, and blue laser light, respectively.
光学部材502は、プリズム、レンズ、リフレクタ、拡散板、拡大鏡等の少なくとも一つから構成され得る。本例では、光学部材502は、例えば、光源501から出射される光の利用効率を高めることができるような所定の形状に形成されたレンズから構成されている。光学部材502は、光源501から出射された光を透過または反射して遮光部材503に向けて均一に出射するように構成されている。 The optical element 502 may be composed of at least one of a prism, a lens, a reflector, a diffuser, a magnifying glass, etc. In this example, the optical element 502 is composed of, for example, a lens formed in a predetermined shape that can increase the utilization efficiency of the light emitted from the light source 501. The optical element 502 is configured to transmit or reflect the light emitted from the light source 501 and emit it uniformly toward the light-blocking element 503.
遮光部材503は、例えば、合成樹脂フィルムと、当該合成樹脂フィルムの少なくとも片面に形成された遮光膜(シェード)とで構成されている。遮光部材503には、固定画像の形状に対応するように切り欠き514が施されている。切り欠き514は、第一実施形態における遮光部材113の切り欠き114と同様に、山括弧模様である(図3B)。遮光部材503は、切り欠き514を通して光源501の光をレンズ505に向けて放射させるように構成されている。すなわち、遮光部材503は、固定画像の形状に対応して光源501の光を透過する。遮光部材503は、固定画像生成部527において着脱可能に設けられている。なお、遮光部材503の正面視における形状は、図3Bのような円形状に限定されず、正面視において例えば矩形状に形成されていてもよい。また、遮光部材503に施される切り欠き514の模様は、図3Bのような山括弧模様に限定されない。 The light-shielding member 503 is composed of, for example, a synthetic resin film and a light-shielding film (shade) formed on at least one side of the synthetic resin film. The light-shielding member 503 has cutouts 514 formed therein that correspond to the shape of the fixed image. The cutouts 514 have a square bracket pattern, similar to the cutouts 114 of the light-shielding member 113 in the first embodiment ( FIG. 3B ). The light-shielding member 503 is configured to radiate light from the light source 501 toward the lens 505 through the cutouts 514. That is, the light-shielding member 503 transmits the light from the light source 501 in a manner that corresponds to the shape of the fixed image. The light-shielding member 503 is detachably provided in the fixed image generating unit 527. Note that the shape of the light-shielding member 503 in a front view is not limited to a circular shape as shown in FIG. 3B , and may be, for example, a rectangular shape as seen from the front. Furthermore, the pattern of the cutouts 514 formed in the light-shielding member 503 is not limited to a square bracket pattern as shown in FIG. 3B .
拡散シート504は、例えば、光を拡散するための光拡散剤が添加されているフィルムである。拡散シート504は、遮光部材503の切り欠き514から放射される光をレンズ505に向けて均一に送り出すように構成されている。なお、拡散シート504に光拡散剤を添加する代わりに、拡散シート504のレンズ505に面した側の面に光拡散用の微細なステップを形成してもよい。 The diffusion sheet 504 is, for example, a film to which a light diffusing agent has been added to diffuse light. The diffusion sheet 504 is configured to uniformly direct the light emitted from the cutouts 514 of the light blocking member 503 toward the lens 505. Instead of adding a light diffusing agent to the diffusion sheet 504, fine steps for diffusing light may be formed on the surface of the diffusion sheet 504 facing the lens 505.
レンズ505は、固定画像生成部527から出射される光の光路長を調整するためのレンズである。すなわち、レンズ505は、固定画像を生成する光の焦点を調整し、虚像オブジェクトIの一部としての固定画像を適切に形成するために用いられる。 Lens 505 is a lens for adjusting the optical path length of the light emitted from the fixed image generation unit 527. In other words, lens 505 is used to adjust the focus of the light that generates the fixed image and appropriately form the fixed image as part of virtual image object I.
なお、図示は省略するが、変化画像生成部524は、光源と、光源の前側に配置される光学部材と、光学部材の前側に配置される表示デバイスとを有する。光源は、上記光源501と同様に、例えば、レーザ光源またはLED光源である。光学部材は、上記光学部材502と同様に、プリズム、レンズ、リフレクタ、拡散板、拡大鏡等の少なくとも一つから構成され得る。光学部材は、光源から出射された光を透過または反射して表示デバイスに向けて出射するように構成されている。 Although not shown in the figures, the change-image generating unit 524 has a light source, an optical element arranged in front of the light source, and a display device arranged in front of the optical element. The light source is, like the light source 501 described above, for example, a laser light source or an LED light source. The optical element, like the optical element 502 described above, can be composed of at least one of a prism, a lens, a reflector, a diffuser, a magnifying glass, etc. The optical element is configured to transmit or reflect light emitted from the light source and emit it toward the display device.
第一実施形態と同様に、第四実施形態においても、変化画像生成部524から出射される光によって、図4に示す変化画像31が生成される。加えて、固定画像生成部527から出射される光によって、図4に示す固定画像32が生成される。 As in the first embodiment, in the fourth embodiment, the changing image 31 shown in FIG. 4 is generated by the light emitted from the changing image generation unit 524. In addition, the fixed image 32 shown in FIG. 4 is generated by the light emitted from the fixed image generation unit 527.
なお、固定画像を形成するために固定画像生成部527の遮光部材503に施される切り欠き514の模様は、複数の種類が準備されていてもよい。固定画像生成部527は、駆動機構(図示省略)を有し、制御部525から送信される制御信号に基づいて遮光部材503における切り欠き514の模様を切り替えるように構成されていてもよい。 Note that multiple types of patterns of notches 514 may be prepared for the fixed image generation unit 527 to form in the light-shielding member 503. The fixed image generation unit 527 may have a drive mechanism (not shown) and be configured to switch the patterns of the notches 514 in the light-shielding member 503 based on a control signal transmitted from the control unit 525.
第一実施形態と同様に、第四実施形態においても、変化画像生成部524で生成された変化画像33によって表示される情報と固定画像生成部527で生成された固定画像32によって表示される情報とは、相互に関連付けられた情報となるように構成されていてもよい(図5)。 As in the first embodiment, in the fourth embodiment, the information displayed by the changing image 33 generated by the changing image generation unit 524 and the information displayed by the fixed image 32 generated by the fixed image generation unit 527 may be configured to be mutually associated information (Figure 5).
なお、上記の第四実施形態では、固定画像生成部527を凹面鏡526の両側部にそれぞれ1個づつ取り付ける構成を説明したが、これに限られない。例えば、固定画像生成部527を凹面鏡526の両側部にそれぞれ複数並列して取り付けるようにしてもよい。また、例えば、凹面鏡526の両側部ではなく、凹面鏡526の上側及び/又は下側に取り付けるようにしてもよい。 In the fourth embodiment described above, a configuration in which one fixed image generating unit 527 is attached to each side of the concave mirror 526 has been described, but this is not limited to this. For example, multiple fixed image generating units 527 may be attached in parallel to each other on both sides of the concave mirror 526. Furthermore, for example, instead of being attached to both sides of the concave mirror 526, they may be attached to the upper and/or lower sides of the concave mirror 526.
例えば、固定画像生成部527が凹面鏡526の両側部にそれぞれ2個並列して取り付けられる場合、虚像オブジェクトIは以下のような形態で表示されてもよい。固定画像生成部527は、図5に示す固定画像32の生成時に各固定画像生成部527の光源を例えば順に点灯させる。変化画像生成部524は、固定画像生成部527による光源の点灯に関連付けるように変化画像33を生成する。これにより、図5に示すように、虚像オブジェクトIは、例えば山括弧の模様が左右両端から中央に向かって順に移動するような形態で点灯表示される。 For example, if two fixed image generating units 527 are attached in parallel to each other on both sides of the concave mirror 526, the virtual image object I may be displayed in the following form. When generating the fixed image 32 shown in FIG. 5, the fixed image generating unit 527 turns on the light sources of each fixed image generating unit 527, for example, in sequence. The changing image generating unit 524 generates the changing image 33 so as to be associated with the lighting of the light sources by the fixed image generating unit 527. As a result, as shown in FIG. 5, the virtual image object I is displayed lit up in a form in which, for example, angle bracket patterns move in sequence from both the left and right ends toward the center.
以上説明したように、第四実施形態に係るHUD520は、虚像オブジェクトI(所定の画像の一例)のうち車両1の状況に応じて変化する変化画像31を生成するための光を出射する変化画像生成部524と、変化画像生成部524により出射された光がウインドシールド18へ照射されるように、光を反射させる凹面鏡526(反射部の一例)と、虚像オブジェクトIのうち車両1の状況によらずに固定された固定画像32を生成する固定画像生成部527と、を備えている。そして、固定画像生成部527は、光源501と、光源501から出射された光を透過または反射する光学部材502と、光学部材502を挟んで光源501とは反対側に設けられて固定画像32の形状に対応して光源501の光を透過する遮光部材503と、を有している。この構成によれば、変化画像生成部524で生成した変化画像31に、固定画像生成部527で生成した固定画像32を付加することによって虚像オブジェクトIを形成することができる。このため、高コストな変化画像生成部524を大きくすることなく虚像オブジェクトI(所定の画像の一例)の表示範囲を広げることができる。 As described above, the HUD 520 according to the fourth embodiment includes a changing image generating unit 524 that emits light to generate a changing image 31 of a virtual image object I (an example of a predetermined image) that changes depending on the situation of the vehicle 1; a concave mirror 526 (an example of a reflecting unit) that reflects the light emitted by the changing image generating unit 524 so that the light is irradiated onto the windshield 18; and a fixed image generating unit 527 that generates a fixed image 32 of the virtual image object I that remains fixed regardless of the situation of the vehicle 1. The fixed image generating unit 527 includes a light source 501, an optical element 502 that transmits or reflects the light emitted from the light source 501, and a light-shielding element 503 that is disposed on the opposite side of the optical element 502 from the light source 501 and transmits the light of the light source 501 in accordance with the shape of the fixed image 32. With this configuration, the virtual image object I can be formed by adding the fixed image 32 generated by the fixed image generating unit 527 to the changing image 31 generated by the changing image generating unit 524. This makes it possible to expand the display range of the virtual image object I (an example of a predetermined image) without increasing the size of the costly change image generation unit 524.
また、固定画像生成部527は、光源501と光学部材502と遮光部材503とで構成されるとともに、凹面鏡526に取り付けられている。これにより、簡便な構成で固定画像生成部527を設けることができ、コストを抑制することができる。
また、遮光部材503に切り欠き514を施すことによって固定画像32を生成することができるので、さらに固定画像生成部527のコストを抑制することができる。
Furthermore, fixed image generating unit 527 is composed of light source 501, optical member 502, and light blocking member 503, and is attached to concave mirror 526. This allows fixed image generating unit 527 to be provided with a simple configuration, thereby reducing costs.
Furthermore, since the fixed image 32 can be generated by providing the notch 514 in the light blocking member 503, the cost of the fixed image generating unit 527 can be further reduced.
また、HUD520によれば、並列して配置される複数の光源を順に点灯させて固定画像32を生成することができるため、虚像オブジェクトIとして見栄えの良い固定画像32を表示することができる。さらに、当該固定画像32を変化画像33と組み合わせることで、より見栄えの良い虚像オブジェクトIとすることができる。 Furthermore, the HUD 520 can generate a fixed image 32 by sequentially lighting up multiple light sources arranged in parallel, making it possible to display a good-looking fixed image 32 as the virtual image object I. Furthermore, by combining the fixed image 32 with the variable image 33, it is possible to create an even better-looking virtual image object I.
(第二変形例)
図14は、第二変形例に係るHUD620の構成を示す模式図である。
図14に示すように、第二変形例に係るHUD620は、HUD本体部521と、コンバイナ19とによって構成されている。コンバイナ19は、ウインドシールド18の代わりに、変化画像生成部524から出射され凹面鏡526によって反射された変化光と固定画像生成部527から出射された固定光とが照射される。これにより、ウインドシールド18に光を照射した場合と同様に、HUD本体部521からコンバイナ19に照射された光の一部は、乗員の視点Eに向けて反射される。この結果、乗員は、HUD本体部521からの出射光(所定の画像)をコンバイナ19(およびウインドシールド18)の前方の所定の距離において形成された虚像オブジェクトIとして認識することができる。
このようなコンバイナ19を備えたHUD620の場合も、上述したHUD520と同様の効果を奏することができる。
(Second Modification)
FIG. 14 is a schematic diagram showing the configuration of a HUD 620 according to a second modified example.
14 , a HUD 620 according to the second modified example includes a HUD main body 521 and a combiner 19. The combiner 19 is irradiated with varying light emitted from a varying-image generating unit 524 and reflected by a concave mirror 526, and fixed light emitted from a fixed-image generating unit 527, instead of the windshield 18. As a result, similar to the case where light is irradiated onto the windshield 18, a portion of the light irradiated from the HUD main body 521 to the combiner 19 is reflected toward the occupant's viewpoint E. As a result, the occupant can recognize the light (predetermined image) emitted from the HUD main body 521 as a virtual image object I formed at a predetermined distance in front of the combiner 19 (and the windshield 18).
The HUD 620 including such a combiner 19 can also achieve the same effects as the HUD 520 described above.
以上、本発明の実施形態について説明をしたが、本発明の技術的範囲が本実施形態の説明によって限定的に解釈されるべきではないのは言うまでもない。本実施形態は単なる一例であって、請求の範囲に記載された発明の範囲内において、様々な実施形態の変更が可能であることが当業者によって理解されるところである。本発明の技術的範囲は請求の範囲に記載された発明の範囲及びその均等の範囲に基づいて定められるべきである。 Although an embodiment of the present invention has been described above, it goes without saying that the technical scope of the present invention should not be interpreted as being limited by the description of this embodiment. This embodiment is merely an example, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications to the embodiment are possible within the scope of the invention described in the claims. The technical scope of the present invention should be determined based on the scope of the invention described in the claims and its equivalents.
上記実施形態では、車両の運転モードは、完全自動運転モードと、高度運転支援モードと、運転支援モードと、手動運転モードとを含むものとして説明したが、車両の運転モードは、これら4つのモードに限定されるべきではない。車両の運転モードは、これら4つのモードの少なくとも1つを含んでいてもよい。例えば、車両の運転モードは、いずれか一つのみを実行可能であってもよい。 In the above embodiment, the vehicle's driving modes are described as including a fully automated driving mode, an advanced driving assistance mode, a driving assistance mode, and a manual driving mode, but the vehicle's driving modes should not be limited to these four modes. The vehicle's driving modes may include at least one of these four modes. For example, the vehicle may be capable of executing only one of the driving modes.
さらに、車両の運転モードの区分や表示形態は、各国における自動運転に係る法令又は規則に沿って適宜変更されてもよい。同様に、本実施形態の説明で記載された「完全自動運転モード」、「高度運転支援モード」、「運転支援モード」のそれぞれの定義はあくまでも一例であって、各国における自動運転に係る法令又は規則に沿って、これらの定義は適宜変更されてもよい。 Furthermore, the classification and display format of the vehicle's driving modes may be changed as appropriate in accordance with the laws, regulations, or rules related to autonomous driving in each country. Similarly, the definitions of "fully autonomous driving mode," "advanced driving assistance mode," and "driving assistance mode" described in the description of this embodiment are merely examples, and these definitions may be changed as appropriate in accordance with the laws, regulations, or rules related to autonomous driving in each country.
本出願は、2019年10月4日出願の日本特許出願2019-183648号、2019年10月4日出願の日本特許出願2019-183649号及び2019年11月25日出願の日本特許出願2019-212305号に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on Japanese Patent Application No. 2019-183648 filed on October 4, 2019, Japanese Patent Application No. 2019-183649 filed on October 4, 2019, and Japanese Patent Application No. 2019-212305 filed on November 25, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference.
Claims (3)
前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、
前記画像生成部により出射された前記光がウインドシールドまたはコンバイナへ照射されるように、前記光を反射させる反射部と、を備え、
前記画像生成部は、前記所定の画像のうち前記車両の状況に応じて変化する変化画像を生成する変化画像生成部と、前記所定の画像のうち前記状況によらずに固定された固定画像を生成する固定画像生成部とを有しており、
前記固定画像生成部は、一つの光源と、前記光源から出射された光を透過または反射する光学部材と、前記光学部材よりも前記反射部側に設けられて前記固定画像の形状に対応して前記光を透過する遮光部材と、を備えている、ヘッドアップディスプレイ。 A head-up display provided in a vehicle and configured to display a predetermined image toward an occupant of the vehicle,
an image generating unit that emits light for generating the predetermined image;
a reflecting unit that reflects the light emitted by the image generating unit so that the light is irradiated onto a windshield or a combiner,
the image generating unit has a changing image generating unit that generates a changing image of the predetermined image that changes depending on the situation of the vehicle, and a fixed image generating unit that generates a fixed image of the predetermined image that remains fixed regardless of the situation,
A head-up display, wherein the fixed image generating unit comprises one light source, an optical element that transmits or reflects light emitted from the light source, and a light-shielding element that is arranged on the reflecting unit side of the optical element and transmits the light in accordance with the shape of the fixed image.
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