JP2019015936A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】虚像である投射画像の表示位置を、観察者である運転者を含めてより最適な制御することが可能な、実用的にも優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】車両用のヘッドアップディスプレイ装置であって、光源および表示素子を有して映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置から出射された映像光をウィンドシールドまたはコンバイナに投射する映像光投射手段と、運転者の視点を検知する運転者視点検知手段と、を備え、前記映像光投射手段は、虚像として投射される映像を複数のターゲット位置に移動する際、前記映像のターゲット位置を、前記運転者を含む状態に対応して、異なる速度で移動する。【選択図】図５

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置の技術に関し、特に、透明なガラス等に画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に適用して有効な技術に関するものである。

例えば、自動車等の車両において、通常は、車速やエンジン回転数等の情報は、ダッシュボード内の計器盤（インパネ）に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転者がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス（ウィンドシールド）等に投射して表示するヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）装置が知られている。

ＨＵＤに関連する技術として、例えば、以下の特許文献１〜３には、ＨＵＤと視点検出カメラを組み合わせた技術が開示されている。

また、以下の特許文献４には、簡易な構成により、観察者の視点の位置に対応して虚像である投射画像の表示位置を変更するための技術が記載されている。

特開２０１６−０６８５７７号公報 特開２０１５−２１９６３１号公報 特開２０１４−１９９３８５号公報 特開２０１６−０１４８６１号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、特に、特許文献４に記載されたような従来技術では、以下にも詳述するが、観察者に効率よく画像光を向けるため、赤外線カメラ等の視点位置検出手段により運転者の視点位置を検出し、当該検出された視点位置に従って投射画像の表示位置を移動する旨が記載されているが、それでは、必ずしも運転者にとって最適なものではなかった。

そこで本発明の目的は、虚像である投射画像の表示位置を、その観察者である運転者を含めてより最適な制御を行うことが可能な、実用的にも優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。

本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、車両用のヘッドアップディスプレイ装置であって、光源および表示素子を有して映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置から出射された映像光をウィンドシールドまたはコンバイナに投射する映像光投射手段と、運転者の視点を検知する運転者視点検知手段と、を備え、前記映像光投射手段は、虚像として投射される映像を複数のターゲット位置に移動する際、前記映像のターゲット位置を、前記運転者を含む状態に対応して、異なる速度で移動するヘッドアップディスプレイ装置が提供される。

本発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。即ち、本発明の代表的な実施の形態によれば、観察者である運転者を含めてより最適な制御を行うことが可能な、実用的にも優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成の一例についての概略を示した図である。 上記ヘッドアップディスプレイ装置の実装形態の詳細構成を示した図である。 （ａ）、（ｂ）は上記ヘッドアップディスプレイ装置のミラー駆動部の構成の例について概要を示した図である。 上記ヘッドアップディスプレイ装置のミラー駆動部の動作の例について示した図である。 上記ヘッドアップディスプレイ装置における虚像の位置の調整について説明する図である。 上記ヘッドアップディスプレイ装置におけるＨＵＤ制御部を説明する図である。 上記ヘッドアップディスプレイ装置における車両情報取得部を説明する図である。 上記ヘッドアップディスプレイ装置における視点検出制御部を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）はヘッドアップディスプレイ装置における虚像の位置と運転者の視点について説明する図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の初期状態における動作の一例を示すフロー図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の初期状態における動作の一例を示すフロー図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の安定状態における動作の一例を示すフロー図である。 （ａ）、（ｂ）はヘッドアップディスプレイ装置におけるターゲット位置（虚像の最適位置）と運転者の頭の位置との対応関係について説明する図である。 （ａ）、（ｂ）はヘッドアップディスプレイ装置におけるターゲット位置（虚像の最適位置）と俯角θとの対応関係について説明する図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。また、以下に示す各実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置が自動車等の車両に設置される場合を例として説明するが、電車や航空機等の他の乗り物にも適用可能である。また、乗り物以外の用途に用いるＨＵＤ装置にも適用可能である。

図１は、本発明の一実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の構成の一例について概要を示した図である。本実施の形態のＨＵＤ装置１では、ここでは図示しない筐体内、もしくは、筐体に着脱可能な箇所に配置された映像表示装置３０によって表示された映像を、必要な光学素子（ここでは、自由曲面レンズ４３）を介して、凹面ミラー５２により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射する。

ここで、被投射部材はウィンドシールド３に限られず、映像が投射される部材であれば、コンバイナなど他の部材とすることができる。また、映像表示装置３０は、例えば、バックライトを有するプロジェクタやＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等により構成される。自発光型のＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）等であってもよい。投射装置によりスクリーンに映像を表示するものであってもよい。このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを２次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成してもよい。

凹面ミラー５２は、例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等により構成される。より具体的には、凹面ミラー５２の形状は、虚像の歪みを低減するために、例えば、その上部の領域（即ち、ここで反射した光線はウィンドシールド３の下方で反射するため、相対的に運転者５の視点との距離が短くなる）では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径を小さくする。一方、凹面ミラー５２の下部の領域（即ち、ここで反射した光線はウィンドシールド３の上方で反射するため、相対的に運転者５の視点との距離が長くなる）では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径を大きくする。映像表示装置３０を凹面ミラー５２の光軸に対して傾斜させて配置することで、上記のような像倍率の違いを補正して、発生する歪みそのものを低減するようにしてもよい。

運転者５は、ウィンドシールド３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド３を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。凹面ミラー５２の角度を調整することで、映像をウィンドシールド３に投射する位置を調整することにより、運転者５が見る虚像の表示位置を上下方向に調整可能としてもよい。なお、虚像として表示する内容は特に限定されず、例えば、車両情報やナビゲーション情報、図示しないカメラ映像（監視カメラやアラウンドビュアー等）で撮影した前方の風景の映像などを適宜表示することができる。

また、図中の符号２０は、映像表示装置３０および凹面ミラー５２を制御するＨＵＤ制御部であり電子基板で構成される。

また、図中の符号６は、ハンドルの一部に取り付けられた、赤外領域も撮影可能なカメラで構成される視点検出制御部であり、ここでは運転者の視点を検出する手段を構成する。なお、この視点検出制御部は、必ずしも、上述したようにハンドルの一部に取り付けられる必要はなく、運転者の視点検出が可能であればよく、例えば、ダッシュボードの一部、または、ウィンドシールド３の一部に取り付けられてもよい。

続いて、図２には、上記ＨＵＤ装置１の詳細が示され、ここでは上述した筐体が符号６１と６５で示され、また、映像表示装置３０はその内部に光源および表示素子を含んで構成されている。さらに、ここでは、色収差補正および虚像を遠方に表示させるために必要な光学素子としての自由曲面レンズ４３が示されている。

この図にも明らかなように、筐体６１、６５の内部には、本例では、側面に一対で形成された軸によって、凹面ミラー５２が、僅かな角度範囲で回動可能に、配置されている。さらには、下部の筐体６５の底部には、電子基板であるＨＵＤ制御部２０と共に、モータやワームギアやワームホイル等の移動機構からなるミラー駆動部４２がネジ等の着脱機構により取り付けられている。即ち、このミラー駆動部４２により、上述した凹面ミラー５２の傾斜角度を僅かな角度範囲で変化させることが可能となっている。

図３は、凹面ミラー５２の傾斜角度を変化させるためのミラー駆動部４２の実装例について概要を示した図である。ここでは、ミラー駆動部は、図３（ａ）にも示すように、ケース４２１内に、少なくとも、高速回転から低速回転まで広い範囲でその回転速度が制御可能な電動モータ４２２、ワームギア４２３、当該モータの出力軸とワームギアの間に組み合わせた複数の歯車４２４を備えている。このミラー駆動部４２は、図３（ｂ）にも示すように、筺体６５の下端部において、そのワームギア４２３が、一部の切欠き部を介して、凹面ミラー５２の下端部に形成されたワームホイル４１１と噛み合うように取り付けられる。

上述したミラー駆動部４２の構成によれば、図４にも示すように、低速から高速までの広い範囲で回転制御が可能な電動モータ４２２の回転が、複数の歯車４２４を介して所望の回転速度／駆動力に変換されてワームギア４２３に伝達され、さらに、凹面ミラー５２の下端部に形成されたワームホイル４１１により、凹面ミラー５２を、回転軸を中心に回転しながら前後方向に移動して（図の矢印を参照）、凹面ミラー５２を所望の傾斜角度に調整することができる。なお、この図では、複数の歯車４２４は、図示を容易にするため間隔をもって示されているが、実際には、これらは噛み合っていることは、当業者であれば当然であろう。

続いて、上記にその詳細な構成を説明したＨＵＤ装置１における虚像の位置の調整について、図５を参照しながら、以下に詳述する。基本的には、本発明のＨＵＤ装置では、ハンドルの一部に取り付けられ運転者の視点を検出する視点検出制御部６により、運転者の視点の位置情報をＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）もしくはＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）などの通信を用いてＨＵＤ制御部に通知し、ＨＵＤ制御部で凹面ミラー５２の傾斜角度を制御し、もって、車両２のウィンドシールド３に投射する虚像の位置を調整／制御する。なお、図には、運転者の視点の位置Ａ、Ｂ、Ｃに対応して、凹面ミラー５２の傾斜位置、ウィンドシールド３上の虚像の投射位置、そして、運転者の視点から見える虚像の位置が、それぞれ、Ａ、Ｂ、Ｃによって示されている。

なお、上述した制御は、例えば、以下の図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃにブロック図で示すＨＵＤ制御部および視点検出制御部により実行される。ＨＵＤ制御部では、車両情報４の取得は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２１の制御の下、ＥＣＵ２１に接続された各種のセンサ等の情報取得デバイスにより行われる。

情報取得デバイスとして、例えば、車速センサ１０１、シフトポジションセンサ１０２、ヘッドライトセンサ１０４、照度センサ１０５、色度センサ１０６、エンジン始動センサ１０９、加速度センサ１１０、ジャイロセンサ１１１、温度センサ１１２、路車間通信用無線受信機１１３、車車間通信用無線受信機１１４、車外カメラ１１６、ＧＰＳ受信機１１７、ＶＩＣＳ（登録商標）受信機１１８等の各デバイスを有する。しかしながら、必ずしもこれら全てのデバイスを備えている必要はなく、また、他の種類のデバイスを備えていてもよく、加えて、備えたデバイスによって取得できる車両情報４を、適宜、用いることができる。

このように、ＨＵＤ制御部は、車両２の各部に設置された各種のセンサ等の情報取得デバイスからなり、車両２で生じた各種イベントを検知したり、所定の間隔で走行状況に係る各種パラメータの値を検知・取得したりすることで車両情報を取得して出力する。

ＨＵＤ制御部２０は、ＨＵＤ装置１の動作を制御する機能を有し、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などから構成されるＥＣＵ２１により、ソフトウェア（不揮発性メモリ２２やメモリ２３に格納）により実行される。マイコンやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のハードウェアにより実装されていてもよい。ＨＵＤ制御部２０は、図１にも示したように、車両情報取得部１０から取得した車両情報４等に基づいて、虚像として表示する映像を映像表示装置３０を駆動して形成し、これを凹面ミラー５２によって反射させることでウィンドシールド３に投射する。これと共に、上述したミラー駆動部４２により、以下にも示すように、凹面ミラー５２の傾斜角度の制御を行う。

なお、車速センサ１０１は、車速を把握するために設けられており、そして、エンジン始動センサ１０９は、エンジンの始動を把握するためであり、エンジン始動時にシステムを開始する。

視点検出制御部６は、視点を検出する機能および検出した視点位置情報をＨＵＤに通知する機能を有し、例えば、ＣＰＵやハードウェアアクセラレータなどから構成させるＥＣＵ６００により、ソフトウェア（不揮発性メモリ６１１やメモリ６１２に格納）により実行される。マイコンやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のハードウェアにより実装されていてもよい。視点検出制御部６は、視点検出用カメラ６０４をカメラ制御部６１０で制御して運転者の顔を撮影し、ソフトウェアやハードウェアアクセラレータによって画像を解析し、視点の位置を算出する。算出した位置情報は、通信部６１３を用いてＣＡＮやＥｔｈｅｒｎｅｔなどによりＨＵＤ制御部に通知される。

なお、ハンドル操舵角センサ６０２は、ハンドルの操舵角度を把握するために設けられ、当該ハンドルの角度次第では、ハンドルでカメラが隠れてしまい、運転者を認識できないケースがある。その場合は、システムを停止させる。

測距センサ６０３は、ここでは、特に、運転者の奥行方向の位置を把握するために設けられている。即ち、カメラ画像のみで運転者（例えば、頭部など）の位置を検知する場合には、その奥行方向の距離が不明となるため、十分な精度を得ることができない。そこで、当該測距センサでドライバの頭部までの距離を測ることにより、正確な位置を導くことが可能となる。

さらに、上記の視点検出制御部６によれば、赤外ＬＥＤ６１５は、赤外ＬＥＤ制御部６１４により、夜間等の暗い環境下において運転者の視点を検出するために点灯される。

＜虚像の位置移動における問題点＞
上述したように、本発明のＨＵＤ装置では、基本的には、運転者の視点の位置に応じて虚像が移動するが、しかしながら、虚像が、運転者の視点の位置に応じて、常に、移動した場合には、むしろ、運転者に不安感や不快感を生じてしまう場合がある。

そこで、本発明者による種々の検討を行った結果、以下のことが分かった。即ち、虚像の移動は、状況に応じて停止／作動（再開）することが必要である。

[停止させたいケース]
・運転中
運転中（図７（ａ）を参照）は、虚像の移動を停止、もしくは、運転者に気付かせない速さで虚像を移動することが好ましい。即ち、運転中は、運転者の視点は、左右や後方の確認のため、視点位置が大きく動く。しかしながら、このような安全確認のための視点移動と共に虚像が移動すると、むしろ、運転者の気が散ってしまい、安全確認に集中できない場合が生じる。

・前かがみの状態
例えば、見通しの悪い交差点等の見通しの悪い状況下では、運転者が、前かがみになって安全確認をする場合（図７（ｂ）を参照）があり、上記と同様の理由により、虚像の移動を停止することが好ましい。また、このような場合には、運転者はあまりＨＵＤを見ないことから、虚像の移動は不要である。

即ち、これらのケースでは、視点の位置に応じた虚像の自動的な移動は、むしろ行わない、または、移動を運転者に意識させないことが好ましい。

[作動（再開）させたいケース]
・運転者が代わった場合など
座席を調整／移動した場合には、虚像の位置も再調整が必要であり、視点の位置に応じた虚像の自動的な移動を行うことが好ましい。

・姿勢を大きく崩した場合
例えば、長時間同じ姿勢で運転すると、運転者は、疲れにより姿勢を変えて（崩して／正して）運転することがある。この場合には、姿勢に応じて虚像が移動することが望ましい。しかしながら、運転中に虚像を速く移動させると運転に支障が生じるため、移動は低速で行う必要がある。

以上を検討した結果、凹面ミラーを高速で移動させる初期状態と、低速で移動させる安定状態を設け、運転者の状態に応じて状態を遷移させることで、運転者に不快を感じさせずに凹面ミラーを制御できることが分かった。以下に詳述する。

[初期状態]
・エンジン始動時は初期状態とすることが好ましい。

・視点位置に合わせて凹面ミラー５２を高速で移動させる。具体的には、虚像の移動位置であるターゲット位置まで、例えば、０．５秒以上３秒未満で到達できる速さで移動させることが好ましい。より具体的には、上述したミラー駆動部４２の電動モータ４２２の回転をＥＣＵ２１により制御することにより行う。

・前のめり状態、または、視点位置が中心から大きく外れた場合は、凹面ミラー５２の移動を停止し、中心位置に近い状態にあるときに作動（再開）する。

ここでの状態遷移は、車速が、閾値車速（例えば２０ｋｍ／ｈ）以上になり、かつ、運転者の視点位置が、正面を向いた状態で、閾値時間（例えば１０秒：なお、この閾値は、ユーザ（運転者）が自由に変更できる）以上動かなかった場合、安定状態に遷移する。

[安定状態]
・視点位置に合わせて、凹面ミラー５２を低速で移動させる。なお、低速とは、人間が体感できない程度の移動速度であり、より具体的には、ターゲット位置まで、２０秒以上（但し３０秒以下）かけて到達する程度の移動速度を言う。

・前のめり状態、もしくは、視点位置が中心から大きく外れた場合は、凹面ミラー５２の移動を停止し、中心位置に近い状態にあるときに作動（再開）する。

ここでの状態遷移は、視点を検出できない時間が閾値時間（例えば１０秒：なお、この閾値は、ユーザ（運転者）が自由に変更できる）以上になった場合、上記の初期状態に遷移する。

続いて、上述した虚像の位置移動における問題点やその検討結果を考慮した、本発明のＨＵＤ装置における、観察者である運転者を含めたより最適な投射画像の表示位置の制御の詳細について、以下のフロー図面を参照しながら説明する。なお、以下に述べる制御については、上述した図６Ｃの視点検出部から送付させる視点位置情報および図６Ｂの各種のセンサ等の情報を元に、ＥＣＵ２１で行われる。

[初期状態における動作の詳細]
図８は、上述した初期状態における動作を示している。初期状態（１）処理が開始されると、まず、エンジンの始動を確認する（ステップＳ８１）。その結果、エンジンの始動を確認した場合（Ｙｅｓ）は、ユーザ(運転者)の視点検出処理を行い（ステップＳ８２）、エンジンの始動が確認できない場合（Ｎｏ）は、エンジンの始動が確認できるまでステップＳ８１を繰り返す。その後、ユーザ(運転者)の視点を検出したか否かを判断する（ステップＳ８３）。その結果、視点を検出した場合（Ｙｅｓ）は、初期状態（２）へ移行し、視点を検出していない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ８２に戻る。

図９は、上記の初期状態（２）を示しており、まず、視点位置情報に基づき凹面ミラーを高速移動させる（ステップＳ９１）。さらに、視点検出を行い（ステップＳ９２）、その後、視点が検出されたか否かを判定する（ステップＳ９３）。その結果、視点が検出されない場合（Ｎｏ）には、上記ステップＳ９２へ戻り、その後のステップを繰り返す。

上記の判定の結果、視点が検出された場合（Ｙｅｓ）には、さらに、ユーザ(運転者)の態勢が前かがみ、もしくは、中心から大きく外れているか否かを判定する（ステップＳ９４）。その結果、Ｙｅｓと判断された場合には、上記ステップＳ９２へ戻り、その後のステップを繰り返す。他方、ユーザ(運転者)の態勢が前かがみ、もしくは、中心から大きく外れていないと判断された場合（Ｎｏ）には、さらに、視点が正面に向かっており、かつ、視点の位置が所定の閾値時間（例えば１０秒）以上の期間、固定しているか否かを判定する（ステップＳ９５）。

上記ステップＳ９５での判定の結果、視点の位置が固定されている場合（Ｙｅｓ）には、さらに、車速が閾値(例えば２０ｋｍ／ｈ)以上であるか否かを判定し（ステップＳ９６）、その結果、Ｙｅｓと判定される場合には、以下に述べる安定状態へ移行する。他方、上記ステップＳ９５において、視点の位置が正面に所定の閾値時間（例えば１０秒）以上固定していないと判定された場合（Ｎｏ）、または、上記ステップＳ９６において、車速が閾値に満たない場合には、処理は上記ステップＳ９１へ戻り、その後の一連のステップを繰り返すこととなる。

そして、本発明では、上述した状態においては、ＨＵＤ装置１における虚像の位置を調整する際には、ターゲット位置までの移動を、素早く、より具体的には、ターゲット位置まで０．５秒以上３秒未満で到達できる速さで移動させる。これによれば、虚像の移動が予想され、運転者に対して不安感や不快感を生じてしまうことのない初期状態での虚像の移動をスムーズに行うことが可能になる。

[安定状態における動作の詳細]
図１０は、上述した安定状態を示しており、ここでは、まず、視点位置情報に基づき凹面ミラーを低速移動させる（ステップＳ１０１）。その後、さらに、視点検出を行い（ステップＳ１０２）、そして、視点が検出されたか否かを判定する（ステップＳ１０３）。その結果、視点が検出された（Ｙｅｓ）場合には、さらに、ユーザ(運転者)の態勢が前かがみ、もしくは、中心から大きく外れているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。その結果、態勢が前かがみ、もしくは、中心から大きく外れている場合（Ｙｅｓ）には、上記ステップＳ１０２に戻り、中心から大きく外れていない場合（Ｎｏ）には、上記ステップＳ１０１へ戻り、その後のステップを繰り返す。

一方、上記ステップＳ１０３で視点が検出されなかった場合（Ｎｏ）には、視点未検出時間が閾値時間以上であるか否かを判定し（ステップＳ１０５）、視点未検出時間が閾値時間以上である場合（Ｙｅｓ）には、上述した初期状態へ戻る。他方、視点未検出時間が閾値時間に満たない場合（Ｎｏ）には、上記のステップＳ１０２へ戻り、その後のステップを繰り返す。

本発明では、上述した処理状態においては、ＨＵＤ装置１における虚像の位置を調整する際には、ターゲット位置までの移動を低速で、より具体的には、ターゲット位置まで２０秒以上（但し３０秒以下）かけて到達する程度の速度で行う。これにより、上述したように虚像の移動がむしろ運転者に対して不安感や不快感を生じてしまう安定状態でも、虚像の移動をスムーズに行うことが可能になる。

＜ターゲット位置＞
さらに、視点に対する虚像の位置であるターゲット位置については、以下にも述べるように、ユーザ(運転者)の頭の位置やユーザ(運転者)の視点からの俯角θを考慮して設定することが重要である。俯角θは最適な位置で虚像を視覚するための角度である。例えば、拡張現実に対応したＨＵＤでは、虚像を道路や建物にマッピングして表示するものがあり、このマッピングを正確に行うために俯角θを規定する必要がある。

まず、虚像の視覚範囲は、ユーザ(運転者)の頭の位置に応じて変わる。例えば、ユーザ(運転者)の頭の位置が上方の（１）にある場合には、図１１（ａ）に示すように、凹面ミラー５２の位置（ミラー位置Ａ、ミラー位置Ｂ）に応じて、虚像が投射される位置、即ち、虚像の視覚範囲は、図の左側に示す範囲となる。他方、ユーザ(運転者)の頭の位置が下方の（２）にある場合には、図１１（ｂ）に示すように、凹面ミラー５２の位置（ミラー位置Ａ、ミラー位置Ｂ）に応じて、虚像の視覚範囲は、図の左側に示す範囲となる。

加えて、特に、俯角θの位置に虚像を表示することが最適である場合には、ターゲット位置を以下のように設定することが好ましい。
１．俯角θの位置が、虚像の視覚範囲内であれば、俯角θをターゲット位置とする。
２．俯角θの位置が、虚像の視覚範囲の下限より低い場合は、虚像の視覚範囲の下限をターゲット位置とする。
３．俯角θの位置が、虚像の視覚範囲の上限より高い場合は、虚像の視覚範囲の上限をターゲット位置とする。

即ち、図１２（ａ）や（ｂ）にも示すように、上記図１１（ａ）や（ｂ）に示した虚像の視覚範囲内において、俯角θの位置に（図１２（ａ）を参照）、または、虚像の視覚範囲の下限より低い場合は、虚像の視覚範囲の下限をターゲット位置とし（図１２（ｂ）を参照）、さらには、ここでは図示しないが、俯角θの位置が、虚像の視覚範囲の上限より高い場合は、虚像の視覚範囲の上限をターゲット位置とする。

このように、虚像の視覚範囲は、ユーザ(運転者)の頭の位置、および／または、俯角θの位置を考慮してターゲット位置を設定／制御することによれば、ヘッドアップディスプレイ装置による虚像のより好適な表示が可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本発明は、透明なガラス板等に画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に利用可能である。

１…ＨＵＤ装置、２…車両、３…ウィンドシールド、４…車両情報、５…運転者（視点）、６…視点検出制御部、２０…ＨＵＤ制御部、２１…ＥＣＵ、２２…不揮発性メモリ、２３…メモリ、２４…音声出力部、２５…光源調整部、２６…歪み補正部、２７…表示素子駆動部、２９…ミラー調整部、３０…映像表示装置、３１…光源、３２…照明光学系、３３…表示素子、３４…通信部、４２…ミラー駆動部、４３…自由曲面レンズ、５２…凹面ミラー、６０…スピーカ、６１…筐体、６５…筐体、１０１…車速センサ、１０２…シフトポジションセンサ、１０４…ヘッドライトセンサ、１０５…照度センサ、１０６…色度センサ、１０９…エンジン始動センサ、１１０…加速度センサ、１１１…ジャイロセンサ、１１２…温度センサ、１１３…路車間通信用無線受信機、１１４…車車間通信用無線受信機、１１６…車外カメラ、１１７…ＧＰＳ受信機、１１８…ＶＩＣＳ受信機、６０２…ハンドル操舵角センサ、６０３…測距センサ、６０４…視点検出用カメラ、６１０…カメラ制御部、６１１…不揮発性メモリ、６１２…メモリ、６１３…通信部、６１４…赤外ＬＥＤ制御部、６１５…赤外ＬＥＤ。

Claims (8)

1. 車両用のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   光源および表示素子を有して映像を形成する映像表示装置と、
   前記映像表示装置から出射された映像光をウィンドシールドまたはコンバイナに投射する映像光投射手段と、
   運転者の視点を検知する運転者視点検知手段と、
   を備え、
   前記映像光投射手段は、虚像として投射される映像を複数のターゲット位置に移動する際、前記映像のターゲット位置を、前記運転者を含む状態に対応して、異なる速度で移動する、ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記運転者を含む状態は、前記運転者視点検知手段による検出信号に基づいて決定される、ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記映像のターゲット位置を移動する速度は、前記運転者による車両運転の初期状態での速度が、前記運転者による車両運転の安定状態での速度よりも大きい、ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記初期状態での速度は、前記虚像のターゲット位置まで０．５秒以上３秒未満で到達する移動速度である、ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記安定状態での速度は、前記虚像のターゲット位置まで２０秒以上３０秒以下かけて到達する移動速度である、ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記ターゲット位置が、前記運転者視点検知手段により検出された前記運転者の頭部の位置に対応して決定される、ヘッドアップディスプレイ装置。
7. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記ターゲット位置が、前記運転者視点検知手段により検出された前記運転者の視点からの俯角に対応して決定される、ヘッドアップディスプレイ装置。
8. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記映像光投射手段は、
   前記映像光を前記ウィンドシールドまたは前記コンバイナに投射するミラー手段と、
   前記虚像として投射される前記映像を複数のターゲット位置に移動する際、当該ミラー手段の傾斜角度を制御する手段と、
   を備えた、ヘッドアップディスプレイ装置。

Images