(57)【要約】【課題】虚像が上下方向に移動することなく、観察者の視点高さに応じて表示光の投影位置を調整することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示器２０と凹面鏡３０とを所定の位置関係で保持する筺体１０と、凹面鏡３０を回動させる第１駆動手段４０と、筺体１０を前後に移動させる第２駆動手段５０と、観察者の視点位置情報に応じて第１，第２の駆動手段４０，５０を動作させて、前記観察者の視点の高さに応じてフロントガラス２０１への表示光Ｌの投影位置を調整する制御手段と、を備えてなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示器から発せられる表示画像を示す表示光を凹面鏡で反射してコンバイナに投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示器と前記凹面鏡とを所定の位置関係で保持する筺体と、
前記凹面鏡を回動させる第１駆動手段と、
前記筺体を前後に移動させる第２駆動手段と、
観察者の視点位置情報に応じて前記第１，第２の駆動手段を動作させて、前記観察者の視点の高さに応じて前記コンバイナへの前記表示光の投影位置を調整する制御手段と、を備えてなることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記視点位置情報に対応する前記第１，第２の駆動手段の補正値を記憶する記憶部を備え、前記制御手段は前記補正値に基づいて前記第１，第２の駆動手段を動作させることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記視点位置情報は、前記観察者の眼を撮像する撮像手段から出力される撮像画像情報であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記視点位置情報は、前記観察者によるスイッチ入力情報であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記第１，第２の駆動手段の動作状態に応じて前記虚像の歪みを補正する補正パラメータを変更することを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるヘッドアップディスプレイと称される車両用表示装置は、表示器から発せられる表示画像を示す表示光をフロントガラスや専用のコンバイナに投影し、表示画像の虚像をフロントガラス等を透過して視認される風景と重畳して観察者（主に運転者）に視認させるものである。一方、観察者の視点の高さは体格や運転姿勢の違いなどから一定ではなく、観察者の視点の高さが変化しても虚像を視認できるように観察者の視点の高さに応じて表示光の投影点を上下方向に調整する必要がある。このような観察者の視点高さの違いを補償する方法として、従来、特許文献１〜３に開示されたヘッドアップディスプレイが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２９３６６号公報
【特許文献２】特開平７−３２９６０３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１７９９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、表示器からの表示光をフロントガラス等に向けて反射させる平面ミラーの傾きを調整可能とすることによって、フロントガラス等への表示光の投影位置を上下に調整するものである。しかしながら、かかる構成においては、表示光の投影位置の調整と同時に表示光のフロントガラス等への入射位置と入射角が一義的に決定されてしまうため、虚像の位置が上下に移動し、風景との重畳にズレが生じるという問題点があった。
特許文献２に記載のヘッドアップディスプレイは、表示器と表示光をフロントガラスに向ける凹面鏡（光路変化手段）とを共に、目の高さが高い乗員がフロントガラスの外側の所定位置の像を見る第１視線のうち、フロントガラスに反射して向けられる第１仮視線と、目の高さが低い乗員がフロントガラスの外側の所定位置の像を見る第２視線のうち、フロントガラスに反射して向けられる第２視線とが交差する交点を中心とした円弧に沿って移動させるものである。かかる構成によれば、虚像の位置が上下に移動することなく、フロントガラスへの表示光の投影位置を調整することができる。しかしながら、表示器と凹面鏡とを円弧に沿って移動させるために前後及び上下に空間が必要となり、ヘッドアップディスプレイが大型化するという問題点があった。
特許文献３に記載のヘッドアップディスプレイは、車両の前後方向に沿って表示器と、半透過反射鏡と、像拡大用光学素子（第２の反射鏡を含む）と、を間隔を空けて順に配置し、表示光の一部が半透過反射鏡を透過して第２の反射鏡により反射され像拡大用光学素子で拡大された後、半透過反射鏡によりフロントガラス等に向けて反射されるとともに、半透過反射鏡が前後方向に移動可能及び傾斜角を変化可能に構成され、かつ、表示器及び第２の反射鏡が移動可能に構成されていないものである。かかる構成によれば、特許文献２と同様に虚像の位置が上下に移動することなく、フロントガラスへの表示光の投影位置を調整することができる。しかしながら、半透過反射鏡によって虚像の輝度が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、虚像が上下方向に移動することなく、観察者の視点高さに応じて表示光の投影位置を調整することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、表示器から発せられる表示画像を示す表示光を凹面鏡で反射してコンバイナに投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示器と前記凹面鏡とを所定の位置関係で保持する筺体と、
前記凹面鏡を回動させる第１駆動手段と、
前記筺体を前後に移動させる第２駆動手段と、
観察者の視点位置情報に応じて前記第１，第２の駆動手段を動作させて、前記観察者の視点の高さに応じて前記コンバイナへの前記表示光の投影位置を調整する制御手段と、を備えてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ヘッドアップディスプレイ装置において、虚像が上下方向に移動することなく、観察者の視点高さに応じて表示光の投影位置を調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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概略を示す模式図である。
【図２】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を示す概略断面図である。
【図３】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電気的構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る第１，第２の駆動手段の制御方法を示すフローチャート図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る表示光の投影位置の調整方法を説明するための模式図である。
【図６】従来例に係る表示光の投影位置の調整方法を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１に本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の概略を示す。本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１００は、車両２００のダッシュボード内に設置される。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、出射部１０１から表示画像を表す表示光Ｌを車両２００のフロントガラス２０１へ出射する。フロントガラス２０１に反射された表示光Ｌは、観察者の眼１に達する。観察者はフロントガラス２０１に反射された表示光Ｌが表す表示画像の虚像（フロントガラス２０１に投影された虚像）Ｖを視認する。観察者はフロントガラス２０１を通して、車両２００の前方の風景と重畳して、表示画像が遠方にあるように認識する。
【００１１】
図２は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の車両２００（図１）における左右方向の断面の概略を示し、図３は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の電気的構成を示す。
【００１２】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図２に示すように、筺体１０と、表示器２０と、凹面鏡３０と、第１駆動手段４０と、第２駆動手段５０と、制御手段６０と、を備える。
【００１３】
筺体１０は、例えばアルミニウムなどの金属材料からなり略箱型の部材であって、内部に種々の取り付け形状（図示しない）が設けられ、本実施形態においては表示器２０と凹面鏡３０とを所定の位置関係で保持可能なものである。また、内面は例えば黒色に塗装されており、外部や表示器２０に起因する迷光を生じにくくする。また、筺体１０の下面には、車両２００の前後方向に列状に形成される複数の歯を有し第２駆動手段５０の歯車５１と噛み合わされるラック１１が設けられている。これにより、筺体１０は、第２駆動手段５０の回転駆動に伴って前後方向に移動可能に設けられている。また、筺体１０の上面には、表示光Ｌを出射する出射部１０１である開口部が設けられる。また、出射部１０１には、開口部を覆うように透明樹脂材料からなるカバー１２が配設される。
【００１４】
表示器２０は、例えばＴＦＴ型の液晶表示素子と、この液晶表示素子を背面から透過照明するためのＬＥＤ光源とからなり、表示画像として車両の走行速度や残燃料量などの車両情報や時刻などの情報を表示し、この表示画像を示す表示光Ｌを凹面鏡３０に向けて出射する。
【００１５】
凹面鏡３０は、例えばポリカーボネートからなる樹脂基板にアルミニウムなどの金属材料からなる反射層を蒸着形成してなるものであって、反射面が表示器２０の表示面に対して上向きに傾斜して対向するように配置され、表示器２０から出射された表示光Ｌを拡大して出射部１０１に向けて反射する。凹面鏡３０はその反射面とは反対の面側（図２における前方側）に第１駆動手段４０の歯車４１と噛み合わされる歯車３１が設けられている。これにより、凹面鏡３０は、第１駆動手段４０の回転駆動に伴って前後方向に角度調整（回動）可能に設けられている。
【００１６】
第１駆動手段４０は、例えばステッピングモータからなり、その回転軸に歯車４１が設けられている。第１駆動手段４０は筺体１０内に配置され、歯車４１は凹面鏡３０の歯車３１と噛み合わされる。これにより、第１駆動手段４０の回転駆動に伴って、凹面鏡３０の前後方向の傾斜角が調整される。
【００１７】
第２駆動手段５０は、例えばステッピングモータからなり、その回転軸に歯車５１が設けられている。第２駆動手段５０は筺体１０の下方に配置され、歯車５１は筺体１０のラック１１と噛み合わされる。これにより、第２駆動手段５０の回転駆動に伴って、筺体１０が前後方向に移動可能となる。
【００１８】
制御手段６０は、図３に示すように、表示器２０、第１駆動手段４０、第２駆動手段５０等を制御する。例えば、制御部６０は表示器２０に画像信号を送信することにより、表示器２０を制御する（表示画像を表示させる）。制御部６０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６２、汎用メモリ６３、ビデオメモリ６４、外部インターフェース６５等から構成される。外部インターフェース６５は、表示器２０、第１駆動手段４０、第２駆動手段５０、車両２００に関する情報等を送受信するためのＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）バス６７と接続される。また、外部インターフェース６５は、凹面鏡３０の傾斜角度及び筺体１０の前後位置を調整するための視点位置情報（キー入力情報や観察者の眼１を撮像する撮像手段からの撮像画像情報）を受け付ける入力手段６６と接続される。
【００１９】
本実施の形態において、フロントガラス２０１は所定の曲面（車両２００の車外方向に凸）を有するガラスである（図１）。本実施の形態において、表示器２０から出射された表示光Ｌは、凹面鏡３０にて拡大して出射部１０１に向けて折り返し反射され、出射部１０１から外部に出射した表示光Ｌは車両２００のフロントガラス２０１に投影される。フロントガラス２０１に反射された表示光Ｌは、観察者の眼１に達する。観察者はフロントガラス２０１に反射された表示光Ｌが表す表示画像の虚像Ｖを車両２００の前方の風景と重畳して視認する。
【００２０】
次に、ヘッドアップディスプレイ装置１００が備える、第１，第２駆動手段の制御方法について図４を用いて説明する。
【００２１】
制御手段６０のＣＰＵ６１は、ステップＳ１において観察者の視点位置（少なくとも高さを含む）に関する現在の視点位置情報Ｂを入力する。視点位置情報は、図示しないスイッチ手段を操作することによって観察者が自己の視点位置に基づいて行うキー入力情報であってもよいし、観察者の顔（少なくとも観察者の眼１を含む）を撮像する撮像手段を設け、この撮像手段から所定時間毎に入力される撮像画像情報であってもよい。ＣＰＵ６１は、ステップＳ１において現在の視点位置情報Ｂを入力すると、ステップＳ２に移行する。
【００２２】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ２において、汎用メモリ６３に記憶される、過去の（直前の）視点位置情報Ａを読み込み、ステップＳ３において、過去の視点位置情報Ａと現在の視点位置情報Ｂとの差分Ｃを演算する。
【００２３】
次に、ＣＰＵ６１は、ステップＳ４において差分Ｃの絶対値が予め定められる閾値ｘより大きいか否か（｜Ｃ｜＞ｘ）を判定する。ＣＰＵ６１は、ステップＳ４において差分Ｃの絶対値が閾値ｘより大きい（｜Ｃ｜＞ｘ）場合、すなわち観察者の視点位置の変化（上下方向の変化）が所定の値よりも大きい場合には、ステップＳ５に移行する。また、ＣＰＵ６１は、ステップＳ４において差分Ｃの絶対値が閾値ｘ以下である（｜Ｃ｜≦ｘ）場合、すなわち観察者の視点位置の変化が所定の値以下場合には、ステップＳ７に移行する。
【００２４】
ＣＰＵ６１は、ステップＳ５において、現在の視点位置情報Ｂに対応した第１駆動手段４０及び第２駆動手段５０の各制御値（補正値）を汎用メモリ６３から読み込み、次いでステップＳ６において前記各制御値を第１駆動手段４０及び第２駆動手段５０に出力する。なお、第１の駆動手段４０及び第２の駆動手段５０の前記各制御値は、例えば視点位置情報の複数の値と対応付けられて複数設定され、データテーブルとして汎用メモリ６３に記憶される。第１の駆動手段４０は、入力される前記制御値に基づいて回転駆動して凹面鏡３０の傾斜角度を調整し、また、駆動手段５０は、入力される前記制御値に基づいて回転駆動して筺体１０の前後位置（すなわち、表示器２０及び凹面鏡３０の前後位置）を移動させる。
【００２５】
ＣＰＵ６１は、ステップＳ７において、現在の視点位置情報Ｂを過去の視点位置情報Ａとして汎用メモリ６３に記憶し、過去の視点位置情報Ａを更新する。
【００２６】
ＣＰＵ６１は、電源がオフされるまで上記の制御を繰り返し実行することによって、観察者の現在の視点位置情報Ｂに応じて、第１の駆動手段４０及び第２の駆動手段５０を動作させて凹面鏡３０の傾斜角度と筺体１０の前後位置を移動させ、観察者の視点位置の高さに応じて表示光Ｌの投影位置を調整することができる。図５は、表示光Ｌの投影位置の調整方法の具体例を示すものである。
【００２７】
図５（ａ）は、観察者の眼１の高さ（視点位置）が基準位置（例えばアイボックスの上下中央）に位置する場合を示している。この場合、ヘッドアップディスプレイ装置１００の出射部１０１から出射された表示光Ｌはフロントガラス２０１の所定の投影点Ｐ１に投影され、さらにフロントガラス２０１で反射された表示光Ｌが観察者の眼１に達し、フロントガラス２０１の前方（例えば１０〜２０ｍ前方）の任意の位置に表示画像の虚像Ｖが視認される。
【００２８】
図５（ｂ）は、観察者の眼１の高さが前記基準位置に対して高い位置に移動した場合を示している。このとき、ＣＰＵ６１は、前述の制御方法を実行して現在の視点位置情報Ｂの入力に応じて第１の駆動手段４０及び第２の駆動手段５０を制御する。この場合は、第２駆動手段５０の回転駆動によって筺体１０をより後方に移動させ、また同時に、第１の駆動手段４０の回転駆動によって凹面鏡３０を図５における反時計回り、すなわち凹面鏡３０の上端が前方に傾くように回動させることによって凹面鏡３０の傾斜角度をより上向きに調整する。これによって、出射部１０１から出射された表示光Ｌはフロントガラス２０１の投影点Ｐ１よりも上方に位置する投影点Ｐ２に投影され、さらにフロントガラス２０１で反射された表示光Ｌは観察者の眼１からフロントガラス２０１前方の前記任意の位置に向けた視線と重なるように観察者の眼１に達する。したがって、観察者は前記基準位置よりも高い視点位置においても前記基準位置における虚像Ｖの位置から上下方向に移動することなく虚像Ｖを視認することができる。
【００２９】
図５（ｃ）は、観察者の眼１の高さが前記基準位置に対して低い位置に移動した場合を示している。このとき、ＣＰＵ６１は、前述の制御方法を実行して視点位置情報Ｂの入力に応じて第１の駆動手段４０及び第２の駆動手段５０を制御する。この場合は、第２駆動手段５０の回転駆動によって筺体１０を前方に移動させ、また同時に、第１の駆動手段４０の回転駆動によって凹面鏡３０を図５における時計回り、すなわち凹面鏡３０の上端が後方に傾くように回動させることによって凹面鏡３０の傾斜角度をより下向きに調整する。これによって、出射部１０１から出射された表示光Ｌは、フロントガラス２０１の投影点Ｐ１よりも下方に位置する投影点Ｐ３に投影され、さらにフロントガラス２０１で反射された表示光Ｌは観察者の眼１からフロントガラス２０１前方の前記任意の位置に向けた視線と重なるように観察者の眼１に達する。したがって、観察者は前記基準位置よりも低い視点位置においても前記基準位置における虚像Ｖの位置から上下方向に移動することなく虚像Ｖを視認することができる。
【００３０】
これに対し、図６は、観察者の眼１の高さに応じて凹面鏡３０の角度調整のみを行う場合（従来例）を示すものである。この場合、観察者の眼１が前記基準位置に対して高い位置である場合において虚像Ｖを視認させるためには、第１の駆動手段４０の回転駆動によって凹面鏡３０を図６における時計回り、すなわち凹面鏡３０の上端が後方に傾くように回動させることによって凹面鏡３０の傾斜角度をより下向きに調整する。これによって、出射部１０１から出射される表示光Ｌは前記基準位置における場合の投影点Ｐ１よりも上方に位置する投影点Ｐ４に投影され、フロントガラス２０１で反射された表示光Ｌは観察者の眼１に達する。したがって、観察者は高い視点位置において虚像Ｖを視認することができるものの、表示光Ｌのフロントガラス２０１からの出射角度が一義的に定まるため虚像Ｖの位置が上下方向に移動してしまう。また、観察者の眼１が前記基準位置に対して低い位置において虚像Ｖを視認させるためには、第１の駆動手段４０の回転駆動によって凹面鏡３０を図６における反時計回り、すなわち凹面鏡３０の上端が前方に傾くように回動させることによって凹面鏡３０の傾斜角度をより下向きに調整する。これによって、表示光Ｌは前記基準位置における場合の投影点Ｐ１よりも下方に位置する投影点Ｐ５に投影され、フロントガラス２０１で反射された表示光Ｌは観察者の眼１に達する。したがって、観察者は低い視点位置において虚像Ｖを視認することができるものの、同様に虚像Ｖの位置が上下方向で移動してしまう。
【００３１】
上記実施の形態で説明したヘッドアップディスプレイ装置１００によれば、虚像が上下方向に移動することなく、観察者の視点高さに応じて表示光の投影位置を調整することが可能となる。これは、以下の構成によって実現される。
【００３２】
ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示器２０から発せられる表示画像を示す表示光Ｌを凹面鏡３０で反射してフロントガラス２０１に投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示器２０と凹面鏡３０とを所定の位置関係で保持する筺体１０と、凹面鏡３０を回動させる第１駆動手段４０と、筺体１０を前後に移動させる第２駆動手段５０と、観察者の視点位置情報に応じて第１，第２の駆動手段４０，５０を動作させて、前記観察者の視点の高さに応じてフロントガラス２０１への表示光Ｌの投影位置を調整する制御手段６０と、を備えてなる。
【００３３】
また、かかるヘッドアップディスプレイ装置１００は、筺体１０の移動方向は前後方向のみであるため、円弧状に移動させる場合よりも移動に要する空間が小さくなりヘッドアップディスプレイ装置１００の大型化を抑制することができる。また、表示光Ｌの投影位置を調整するために半透過反射鏡を用いる必要がなく虚像の輝度低下が生じることがない。
【００３４】
また、かかるヘッドアップディスプレイ装置１００は、前記視点位置情報に対応する第１，第２の駆動手段４０，５０の補正値を記憶する汎用メモリ６３を備え、制御手段６０は前記補正値に基づいて第１，第２の駆動手段４０，５０を動作させる。
【００３５】
また、前記視点位置情報は、観察者の眼１を撮像する撮像手段から出力される撮像画像情報である。また、前記視点位置情報は、前記観察者によるスイッチ入力情報である。
【００３６】
また、曲面であるフロントガラス２０１において表示光Ｌの投影位置が異なる場合には、投影位置によって虚像Ｖの歪みが異なる場合がある。これに対し、制御手段６０は、第１，第２の駆動手段４０，５０の動作状態、すなわち、表示光Ｌの投影位置に応じて虚像Ｖの歪みを補正する補正パラメータを変更してもよい。この補正パラメータは、フロントガラス２０１に投影された虚像Ｖの歪みを抑制するべく、フロントガラス２０１における歪みと逆方向に表示画像を予め歪めて表示するためのパラメータである。例えば、第１，第２の駆動手段４０，５０の前記制御値に対応付けて複数の補正パラメータを汎用メモリ６３にデータテーブルとして記憶し、制御手段６０のＣＰＵ６１は、前述の制御方法によって決定される第１，第２の駆動手段４０，５０の前記制御値に応じて前記補正パラメータを決定し、表示器２０に出力する。これによって、表示光Ｌのフロントガラス２０１における投影位置が調整される場合であっても虚像Ｖの歪みを抑制することができる。
【００３７】
また、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、筺体１０内に表示器２０から出射された表示光Ｌを凹面鏡３０に向けて折り返し反射する折り返しミラーを更に備えてもよい。
【００３８】
また、表示器２０としては、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）ディスプレイ、プロジェクション方式のディスプレイ等を用いることができる。
【００３９】
また、表示光Ｌが投影されるコンバイナ（被投影部材）は、車両２００のフロントガラス２０１に限定されない。表示光Ｌが投影されるコンバイナは、例えば、専用に設けられるコンバイナ部材であってもよい。
【００４０】
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
【符号の説明】
【００４１】
１                    観察者の眼
１０                    筺体
１１                    ラック
２０                    表示器
３０                    凹面鏡
３１                    歯車
４０                    第１駆動手段
４１                    歯車
５０                    第２駆動手段
５１                    歯車
６０                    制御手段
６１                    ＣＰＵ
６２                    ＲＯＭ
６３                    汎用メモリ
６４                    ビデオメモリ
６５                    外部インターフェース
６６                    入力手段
６７                    ＣＡＮバス
１００                    ヘッドアップディスプレイ装置
１０１                    出射部
２００                    車両
２０１                    フロントガラス
Ｌ                    表示光
Ｖ                    虚像
【図１】
2015060180.tif 000003
【図２】
2015060180.tif 000004
【図３】
2015060180.tif 000005
【図４】
2015060180.tif 000006
【図５】
2015060180.tif 000007
【図６】
2015060180.tif 000008