JP6370181B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の前方に虚像を結像させて必要な情報を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

昨今、車両のフロントウインドウガラスに表示像を投影して、運転者の前方に虚像を結像させ、運転中であっても、視線を前方からそらすことなく表示像を視認することが可能な車両用ヘッドアップディスプレイ装置が実用化されている。

このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置にあっては、曲面状のフロントウインドウガラスに虚像を表示しているため、表示される虚像には歪が生じていた。そのため、特許文献１にあっては、虚像を投影する光学系の光学パラメータを調整することによって、虚像の歪を低減させていた。

特許第５３７０４２７号公報

しかしながら、特許文献１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置にあっては、片眼で見たときの表示像の歪は比較的容易に低減することができるが、左右各眼で見た虚像の歪をともに低減して、両眼視した際に歪の少ない虚像を生成することは困難であった。そのため、例えば、フロントウインドウガラスの曲率が大きい領域（曲率半径が小さい曲面領域）に表示される虚像には、両眼視した際に歪が残存して、視認性が悪化していた。

このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、表示像の拡大率を上げて結像距離の遠方化を図ろうとすると、必然的に、表示領域がフロントウインドウガラスの曲面領域に重なってしまう。その場合、フロントウインドウガラスの曲面性に起因する表示像の歪、特に、左目で見た虚像の歪と右目で見た虚像の歪の差が増大することによって、生成された虚像を両眼視した際に、表示像の品質の悪化が顕著となっていた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、表示された虚像の歪の状態、特に左右各眼で見た虚像の歪の差に応じた形態の情報を表示することによって、両眼視した際の虚像の歪の差に関わらず、より見易い虚像を表示することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、
車両のインスツルメントパネル内に設置された画像表示部の表示像を、前記インスツルメントパネルの開口部から透光性部材に向かって投影して、前記透光性部材で反射させて、アイレンジ内で視認可能な文字情報と記号情報を虚像表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
前記透光性部材に対する虚像の表示領域の各部について、左右各眼で見た虚像の歪の差である両眼視差を測定した結果得られた両眼視差の測定値に基づいて、前記透光性部材の前記表示領域を前記アイレンジから見たときに、前記表示領域の内部で虚像表示の両眼視差が相対的に小さくなる領域に前記文字情報を表示させることを特徴とする。

本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置によれば、前記した構成とすることによって、アイレンジから見たときに、表示される虚像の両眼視差が小さい領域には、高い表示品質が要求される文字情報を表示することによって、虚像の両眼視差（左右眼で見た虚像の歪の差）に応じて、表示情報を適切な位置に配置することができる。

本発明の一実施形態である実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置を備えたインスツルメントパネルの縦断面図である。 実施例１において、ヘッドアップディスプレイに表示される虚像の歪を定量化するために投影される投影パターンの形態を示す図である。 車両用ヘッドアップディスプレイ装置で表示される虚像の歪を測定する装置の構成について説明する図である。 図３に示した装置で観測された虚像の一例を示す図であり、（ａ）は運転者の左眼に相当する位置から観測された虚像の一例を示す図である。（ｂ）は運転者の右眼に相当する位置から観測された虚像の一例を示す図である。 図３に示した装置で撮影した各画像を、互いに重ね合わせた状態を示す図である。 ヘッドアップディスプレイの表示領域に亘って、左右眼で見た各虚像の両眼視差（歪の差）の大きさを計測した結果の一例を示す図である。 ヘッドアップディスプレイに表示される文字情報と記号情報の一例を示す図である。 図６に示したヘッドアップディスプレイの表示範囲に表示する文字情報と記号情報の配置の一例を示す図である。

以下、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の構造を示す縦断面図である。まず、図１を用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の全体構成について説明する。
［車両用ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成の説明］

自動車などの車両１０における車室の前部には、図１の縦断面図に示すように、車室前壁パネル１とフロントウインドウガラス２（透光性部材）とが設けられている。そして、フロントウインドウガラス２の下側には、車室前壁パネル１を覆い隠すようにインスツルメントパネル３が設けられている。

このインスツルメントパネル３の内部には、車室前壁パネル１の車両１０の後方側（図１の紙面右側）に位置するように車幅方向（図１の紙面直交方向）へ延びる車体強度部材４が配設されている。この車体強度部材４の下部には、ステアリングコラム５を取付けるための、図示しないコラムブラケットが設けられている。このコラムブラケット（非図示）は、車両１０の前方側に位置するコラムロワブラケット７と、車両１０の後方側に位置するコラムアッパーブラケット８と、に分かれている。そして、ステアリングコラム５と、コラムロワブラケット７およびコラムアッパーブラケット８との間は、それぞれ、図示しないボルト・ナットなどの締結具によって締結固定されている。

インスツルメントパネル３の内部（の上側）には、更に、空調ダクト１１，１２や、ハーネス１３（電線の束）や、計器装置１４などが車両１０の前方側から順に設けられている。また、インスツルメントパネル３には、計器装置１４の上部を覆うメータフード１５が一体または別体に設けられている。そして、ステアリングコラム５の、インスツルメントパネル３から車両１０の後方側へ突出した部分には、コラムカバー１６が取付けられている。なお、インスツルメントパネル３の内部の構成要素の配置場所は、車両によって異なるため、前記した構成はその一例である。

ここで、車室前壁パネル１は、フロントウインドウガラス２（透光性部材）の下側に設けられて、車室とエンジンルームとの間を仕切るダッシュパネルなどで構成される。車体強度部材４は、金属製もしくは軽合金製の非円形断面（例えば、矩形断面）のものとされている。空調ダクト１１は、窓曇り防止のために、フロントウインドウガラス２に対して空調用空気を吹き出すためのダクト（デフロスターダクト）である。また、空調ダクト１２は、乗員へ向けて空調用空気を吹き出すためのダクト（ベンチレーターダクト）である。

このように構成されたインスツルメントパネル３の内部の隙間、具体的には、前記したコラムロワブラケット７の上部における、空調ダクト１１とハーネス１３との間に位置に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１が取付けられている。そして、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の上方は、インスツルメントパネル３が切り欠かれて、フロントウインドウガラス２（透光性部材）との間に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１から出射して虚像を結像させる光束５１が通過する開口部２９が形成されている。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１は、虚像を形成するために必要な表示部と結像光学系とを内包するケーシング２２と、ケーシング２２を閉塞するように設置された防塵カバー２７と、防塵カバー２７の上方に設置されたフィニッシャカバー３０と、フィニッシャカバー３０の一部として構成されて、防塵カバー２７の車両１０の前方側端部近傍から車両１０の左右方向に亘って上方に向かって立設する立壁部２８とから構成される。

次に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の詳細構成について説明する。車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１を構成するケーシング２２の内部には、画像や映像などを表示する液晶パネルからなる画像表示部２３ａと、画像表示部２３ａを背面から照明する複数のＬＥＤで構成された照明部２３ｂと、この画像表示部２３ａに表示された画像を、矢印Ｌに沿って反射させて、フロントウインドウガラス２の方向へ導いて投影するための光路形成部品２５，２６と、前記した防塵カバー２７と、前記した立壁部２８と、を備えている。

前記した光路形成部品２５，２６は、前記した画像表示部２３ａに表示された画像をフロントウインドウガラス２の方向へ向けて導く反射鏡（単数または複数の平面鏡または凸面鏡（光路形成部品２５）と、凹面鏡（光路形成部品２６）と、によって構成される。なお、光路形成部品２５，２６を形成する光学部品の個数や種類は、前記した構成に制限されるものではなく、適宜設計された構成の光学部品が用いられる。

なお、画像表示部２３ａは、液晶パネルのみならず、ＬＥＤから出射した光をマイクロミラーでスキャンして表示画像を生成するＤＬＰ方式や、レーザー光源から出射した光をスキャンして表示画像を生成するレーザー方式で構成しても構わない。ただし、ＤＬＰ方式やレーザー方式を用いるときには、光路形成部品２５，２６の他に、表示画像を投影するスクリーンが必要となる。

画像表示部２３ａから出射して開口部２９を通過した光束５１は、フロントウインドウガラス２（透光性部材）で反射して、反射光束５２として運転者の眼球９１の方向に反射する。この反射光束５２をフロントウインドウガラス２の車外側に延長すると、運転者は、フロントウインドウガラス２から所定距離前方の点Ｐ_０を含む位置に、画像表示部２３ａに表示した画像が、虚像５３として結像したことを認識する。なお、運転者の眼球９１の位置は個人によって異なるが、一般に、アイレンジＰと呼ばれる所定の領域内に存在することがわかっている。車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１は、このアイレンジＰ内から虚像５３を視認可能に設計されている。
［虚像の歪の計測方法の説明］

次に、図２から図５を用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１で表示された虚像５３の歪の計測方法について説明する。

図２は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１に表示される虚像の歪を定量化するために、画像表示部２３ａに表示されてフロントウインドウガラス２に投影される投影パターン２４の形態を示す図である。投影パターン２４は、図２に示すように、縦横に延びた複数の線分が互いに直交して複数の交点を有する格子状をなしている。図２に示す例では、投影パターン２４は、左から右、上から下の順に、８１個の格子点Ｋ１，…，Ｋ９，…，Ｋ７３，…，Ｋ８１を有している。なお、投影パターン２４を形成する格子点の数は、図２に示したように８１個に限定されるものでなく、適宜決められた数の格子点を有する投影パターン２４が用いられる。なお、投影パターン２４は、図２に示すものに限定されるものではなく、格子状のパターンの他に、縦横に規則的に配列されたドット状のパターンを用いてもよい。

図３は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１に表示される虚像の歪を測定する装置の構成を示す図である。この装置は、スクリーン６０に投影された投影パターン２４を、運転者の左眼の位置に置いた撮像部７０ａと運転者の右眼の位置に置いた撮像部７０ｂでそれぞれ撮像して、画像処理部７２で、撮像された２枚の虚像を１枚の画像に合成して、２枚の虚像の位置の差を算出し、その結果を表示部７４で確認するものである。すなわち、撮像部７０ａと撮像部７０ｂは、ともにアイレンジＰの内部に設置されている。

図３の装置によって、例えば、図４に示す、撮像部７０ａで撮像された虚像５３ｌを含む画像Ｉ_Ｌ（ｘ、ｙ）と、撮像部７０ｂで撮像された虚像５３ｒを含む画像Ｉ_Ｒ（ｘ、ｙ）が撮像される。

そして、画像処理部７２において、虚像５３ｌと虚像５３ｒを、所定の位置で重ね合わせて、図５に示す画像Ｉ（ｘ、ｙ）を得る。そして、この画像Ｉ（ｘ，ｙ）に基づいて、虚像５３ｌと虚像５３ｒの位置の差を求める。例えば、図５に示す位置の差θ１と位置の差θ２に基づいて、両眼視差（歪の差θ）を数値化する。

図６は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の表示領域３４の内部において、左右各眼で見た虚像の両眼視差（歪の差θ）を計測した結果の一例を示す図である。

図６に示す縦９個，横９個のマス目は、表示領域３４（図３参照）を表しており、それぞれのマス目に、図２に示した投影パターン２４の各格子点Ｋ１〜Ｋ８１における両眼視差（歪の差θ）を表す濃淡値が格納されている。即ち、図５において黒が濃いマス目ほど歪の差θが小さく、白が濃いマス目ほど歪の差θが大きいことを表している。

図６に示す例では、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の表示領域３４のうち、左上から右下にかけての領域に、歪の差θが小さい領域８０ａが形成される。そして、左下の領域に歪の差θが大きい領域８０ｂが形成されて、右上の領域に歪の差θが大きい領域８０ｃが形成される。

この領域８０ａ，８０ｂ，８０ｃの分布は、フロントウインドウガラス２の形状や、光路形成部品２５，２６の仕様、ケーシング２２とフロントウインドウガラス２のレイアウト等によって異なる。即ち、図３の装置構成で得られた図６の分布にあっては、フロントウインドウガラス２の曲率が所定の曲率よりも大きい左下の領域８０ｂと、ケーシング２２とフロントウインドウガラス２の距離が、表示領域３４内の他の領域よりも大きい右上の領域８０ｃにおいて、歪の差θが大きくなっている。また、表示領域３４の中で、フロントウインドウガラス２が比較的平坦であると見なせる左上から右下にかけての領域８０ａにおいて、歪の差θが小さくなっている。

ここで、以後の説明を簡単にするため、歪の差θが小さい領域８０ａを第１領域と呼ぶことにする。また、表示領域３４全体を第２領域と呼ぶことにする。

なお、図６に示す歪の差θの分布は、図２に示した投影パターン２４の格子点の数に応じた位置分解能で得ることができる。そのため、より多くの格子点を有する投影パターン２４を用いると、より細かい位置分解能を有する歪の差θの分布を得ることができる。
［虚像の歪に応じた表示コンテンツの配置方法の説明］

図７は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１に表示される表示コンテンツの一例を示す図である。図７に示すように、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１には、大きく分けて２種類の情報が表示される。ひとつは文字によって情報を伝達する文字情報９６であり、もうひとつは、記号によって情報を伝達する記号情報９８である。

文字情報９６には、例えば、車速情報８２，距離情報８４，オーディオ情報８６などがある。これらの文字情報９６は、いずれも数値や文字によって情報を伝達するものである。即ち、文字情報９６は、文字そのものに意味を持つため、誤読することなく読み取れるように、高い表示品質で表示を行う必要がある。そのため、虚像５３として文字情報９６を表示した際には、左眼で見た虚像５３ｌと右眼で見た虚像５３ｒの歪の差θ（両眼視差）が所定値θｔｈよりも小さい領域に表示するのが望ましい。仮に、文字情報９６を、左眼で見た虚像５３ｌと右眼で見た虚像５３ｒの歪の差θ（両眼視差）が所定値θｔｈ以上の領域に表示すると、歪やぼけのために、数字や文字を誤認識する虞があるためである。

即ち、文字情報９６は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の表示領域３４（第２領域）の中の、歪の差θが所定値θｔｈよりも小さい領域、即ち、第１領域８０ａに表示する。

一方、記号情報９８には、例えば、標識情報８８，経路情報９０，オーディオ情報９２，車両情報９４などがある。これらの記号情報９８は、いずれも記号（アイコン）によって情報を伝達するものである。こうしたアイコンは、いずれも一般化されたものであり、運転者は一瞥しただけでその意味を読み取ることができるように設計されている。そして、これらの記号情報９８は、左眼で見た虚像５３ｌと右眼で見た虚像５３ｒの歪の差θが所定値θｔｈよりも大きい領域に表示されて、多少の歪やぼけを生じても極端な判読性の悪化を招くことはない。即ち、記号情報９８は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の表示領域３４（第２領域）の中の、いずれの場所に表示しても構わない。

図８は、このような考え方に基づいて、表示コンテンツのゾーニングを行った例を示す図である。

図８に示すように、表示領域３４の中で、図６で説明した歪の差θが所定値θｔｈよりも小さい領域である第１領域８０ａには、文字情報９６（車速情報８２，距離情報８４，オーディオ情報８６など）を表示する。一方、歪の差θが所定値θｔｈ以上の領域である領域８０ｂ，８０ｃを含む表示領域３４（第２領域）には、記号情報９８（標識情報８８，経路情報９０，オーディオ情報９２，車両情報９４など）を表示する。

勿論、第１領域８０ａに全ての情報を表示できるのが望ましいが、歪の差θが大きい領域８０ｂ，８０ｃにまで虚像５３を表示する必要がある場合には、領域８０ｂ，８０ｃには記号情報９８を表示することによって、表示領域３４内において視認性の悪化を招かない、的確な表示情報の配置（ゾーニング）を実現することができる。

以上説明したように、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１によれば、車両１０のインスツルメントパネル３内に設置された画像表示部２３ａの表示像を、インスツルメントパネル３の開口部２９からフロントウインドウガラス２（透光性部材）に向かって投影して、フロントウインドウガラス２で反射させて、アイレンジＰ内で視認可能な文字情報９６と記号情報９８を虚像表示する際に、文字情報９６は、フロントウインドウガラス２をアイレンジＰから見たときに、虚像表示の歪の差θ（両眼視差）が所定値よりも小さくなる第１領域８０ａに表示するため、歪やぼけによる文字情報９６の視認性の悪化を招くことなく、高い視認性を確保することができる。

また、歪の差θ（両眼視差）の大きさに係わらず、投影光が投影された表示領域３４には記号情報９８を表示する。そのため、所定値θｔｈを超える歪の差θ（両眼視差）が発生する領域８０ｂ，８０ｃには、仮に、所定値θｔｈを超える歪の差θが生じていても視認性の悪化が少ない記号情報９８が表示されるため、表示される情報の種類によらず、虚像５３の歪の差θ（両眼視差）による視認性の悪化を低減することができる。したがって、車両用ヘッドアップディスプレイ装置２１の表示領域３４の中で、視認性の悪化を招かない、的確な表示情報の配置（ゾーニング）を行うことができる。

なお、実施例１では、透光性部材として車両１０のフロントウインドウガラス２を用いた例を説明したが、透光性部材として、フロントウインドウガラス２の他に、フロントウインドウガラス２とは別に設けた透光性を有する反射パネル（別体型コンバイナ）を用いてもよい。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

２ フロントウインドウガラス（透光性部材）
２１ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
３４ 表示領域（第２領域）
８０ａ 第１領域
８０ｂ，８０ｃ 領域
５３ 虚像
９６ 文字情報
９８ 記号情報

Claims (1)

1. 車両のインスツルメントパネル内に設置された画像表示部の表示像を、前記インスツルメントパネルの開口部から透光性部材に向かって投影して、前記透光性部材で反射させて、アイレンジ内で視認可能な文字情報と記号情報を虚像表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記透光性部材に対する虚像の表示領域の各部について、左右各眼で見た虚像の歪の差である両眼視差を測定した結果得られた両眼視差の測定値に基づいて、前記透光性部材の前記表示領域を前記アイレンジから見たときに、前記表示領域の内部で虚像表示の両眼視差が相対的に小さくなる領域に前記文字情報を表示させることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。