特許 7609159 ヘッドアップディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-23

(45)【発行日】2025-01-07

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   B60K 35/23 20240101AFI20241224BHJP

   G02B 27/01 20060101ALI20241224BHJP

   G09G 5/00 20060101ALI20241224BHJP

   G09G 5/37 20060101ALI20241224BHJP

【ＦＩ】

B60K35/23

G02B27/01

G09G5/00 550X

G09G5/37 300

G09G5/00 510Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022512271

(86)(22)【出願日】2021-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2021013479

(87)【国際公開番号】W WO2021200912

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2024-01-19

(31)【優先権主張番号】P 2020059524

(32)【優先日】2020-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】丸岡 久敏

【審査官】齊藤 彬

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１６９８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８１９２６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ ３５／２３

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｇ０９Ｇ ５／００

Ｇ０９Ｇ ５／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

画像を表す表示光を出力する表示部と、前記表示部を制御する制御部を備え、前記表示光を車両のウインドシールドに反射させてアイボックスから前記表示光の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
１つの前記アイボックスに対し１つのワーピング設定値が設定され、
前記制御部は、前記ワーピング設定値に基づいて前記画像を変形させて前記虚像の歪みを補正し、
前記ワーピング設定値は、以下の通りに設定される：
（ａ）前記ワーピング設定値は、前記アイボックスの中心点に最適化されたものであり 、且つ、前記アイボックス内の複数の点から視認される前記虚像の評価値の統計的ばらつ きが所定値未満である；あるいは、
（ｂ）（ａ）が達成されない場合には、前記ワーピング設定値は、前記アイボックスの中心点に最適化されたものでなく、且つ、前記統計的ばらつきが所定値未満である、
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記表示光を前記ウインドシールドに反射させる回転可能な反射部を備え、
前記アイボックスは、前記反射部の回転位置に対応してそれぞれ設定される、
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。

【請求項4】

前記統計的ばらつきが所定値未満であるとは、前記統計的ばらつきの変動係数が０．１ 未満であることを意味する、
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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイが表示する虚像の歪み補正に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のヘッドアップディスプレイとして特許文献１に開示されたものがある。このヘッドアップディスプレイは、画像を表示する表示器から出射された表示光を反射鏡や車両のウインドシールドを反射させ、ウインドシールド越しに表示光の虚像を表示する。このようなヘッドアップディスプレイにおいては、反射鏡やウインドシールドを反射する過程で虚像に歪みが生じる。

【0003】

そのため、特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイは、上述した虚像の歪みを補正するため、ワーピングと呼ばれる画像の変形による歪み補正処理機能を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１０５３０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、アイボックス内の中心点に基づいてワーピング設定値を定めるため、アイボックス内の中心点から視線が外れるほどヘッドアップディスプレイの表示品質が低下するという課題があることを本開示の発明者は認識した。

【0006】

本開示は、上述した課題を鑑みて、表示品質の高い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。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のヘッドアップディスプレイは、
画像を表す表示光を出力する表示部と、前記表示部を制御する制御部を備え、前記表示光を車両のウインドシールドに反射させてアイボックスから前記表示光の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイであって、
１つの前記アイボックスに対し１つのワーピング設定値が設定され、
前記制御部は、前記ワーピング設定値に基づいて前記画像を変形させて前記虚像の歪みを補正し、
前記ワーピング設定値は、以下の通りに設定される：
（ａ）前記ワーピング設定値は、前記アイボックスの中心点に最適化されたものであり 、且つ、前記アイボックス内の複数の点から視認される前記虚像の評価値の統計的ばらつ きが所定値未満である；あるいは、
（ｂ）（ａ）が達成されない場合には、前記ワーピング設定値は、前記アイボックスの中心点に最適化されたものでなく、且つ、前記統計的ばらつきが所定値未満である。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、表示品質の高いヘッドアップディスプレイを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示のヘッドアップディスプレイの構成概略図

【図2】補正前の画像及びワーピングメッシュを示す図

【図3】アイボックス内の各視点位置に対応する虚像を示す図

【図4】ワーピングメッシュを算出する手順を示す図

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示のヘッドアップディスプレイを添付図面１－４に基づいて説明する。各図において、車両の左右方向をＸ方向、車両の上下方向をＹ方向、車両の前後方向をＺ方向として図示する。また、図１において、視覚的に理解しやすいように、表示光ＰＬの主光線を図示する。

【0011】

ヘッドアップディスプレイＨＵＤは、車両情報（走行速度や各種車両警告、経路案内情報など）を表す表示光ＰＬを車両のウインドシールドＷＳに投射し、表示光ＰＬの虚像によって車両情報を表示する車載計器である。車両の搭乗者Ｐは、虚像視認可能領域であるアイボックス内からウインドシールドＷＳを視認することで虚像を視認することができる。

【0012】

ヘッドアップディスプレイＨＵＤは、表示光ＰＬを出力する表示部１と、表示光ＰＬをウインドシールドＷＳに向けて反射する反射部２と、ケース３と制御回路基板を有する。

【0013】

表示部１は、例えば、液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイ、あるいは、リアプロジェクション方式のプロジェクタなどの画像表示器である。表示部１は、制御回路基板に制御されて車両情報を表す画像を表示し、この画像から表示光ＰＬを出力する。

【0014】

反射部２は、車両の左右方向（図１におけるＸ方向）に延びる回転軸ＡＸを中心に回転可能な凹面鏡である。

【0015】

反射部２は、第１の角度から第ｎ（ｎは２以上の自然数）の角度に回動可能に構成される。反射部２が第１の角度にあるとき、虚像視認可能領域は第１の位置にあるアイボックスＥＢ１に位置し、アイボックスＥＢ１から虚像Ｖ１が視認可能になる。また、反射部２が第ｎの角度にあるとき、虚像視認可能領域は第ｎの位置にあるアイボックスＥＢｎに位置し、アイボックスＥＢｎから虚像Ｖｎが視認可能になる。つまり、反射部２を回動させることで、虚像視認可能領域をアイボックスＥＢ１からアイボックスＥＢｎの範囲で車両の上下方向（図２におけるＹ方向）に移動させることができ、搭乗者の視点の高さに合わせて虚像視認可能領域を調節できる。

【0016】

車両のステアリングに設けられたスイッチ等の操作手段によって虚像視認可能領域の調節指示が制御回路基板に入力されると、制御回路基板に制御されて反射部２は回動し、虚像視認可能領域が調節される。

【0017】

ケース３は、表示部１、反射部２、制御回路基板を収容するケースである。ケース３には、表示光ＰＬをウインドシールドＷＳに向けて出射する出射開口が形成されている。ケース３の出射開口はアクリル樹脂板などの透光性防塵カバー３１によって覆われている。

【0018】

制御回路基板は、表示部１及び反射部２を制御する演算集積回路（演算部）と、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ（記憶部）を有する回路基板である。

【0019】

（ワーピング設定値に基づく歪み補正処理）
制御回路基板は、ウインドシールドＷＳの湾曲形状などに起因する虚像の歪みを補正するため、表示部１に表示させる画像を幾何学変形させるワーピング処理をする。このワーピング処理は、補正前画像ＯＭを格子状に分割したメッシュ領域の各点ＯＰを、ワーピングメッシュ（ワーピング設定値）ＷＭの各点ＷＰに合わせて変形させるものである。このワーピングメッシュＷＭは、制御回路基板の不揮発性メモリに記憶されている。具体的に例示すると、補正前画像ＯＭを格子状に１６分割したメッシュ領域の各点ＯＰ（０，０）…ＯＰ（４，４）を、ワーピングメッシュＷＭの各点ＷＰ（０，０）…ＷＰ（４，４）に対応させ、ワーピングメッシュＷＭの各領域に補正前画像ＯＭの各分割領域の画像をテクスチャマッピングする。

【0020】

制御回路基板のワーピングメッシュＷＭは、反射部２の第１の角度から第ｎの角度の各角度に１つのワーピングメッシュが設定される。つまり、反射部２が第ｘの角度にあり虚像視認可能領域が第ｘの位置にあるアイボックスＥＢｘに対し１つのワーピングメッシュＷＭｘが一意に設定される。

【0021】

ここで、反射部２が第ｘの角度にありアイボックスＥＢｘに対応するワーピングメッシュＷＭｘによって表示部１に表示させる画像を変形した場合において、アイボックス内における視認者の視点の位置によって視認される虚像の歪み度合いにばらつきが生じることを本開示の発明者は認識した。

【0022】

具体的には、アイボックスＥＢｘの中央の点ＥＢｘ（１，１）から見た虚像Ｖｘ（１，１）と、中央の点ＥＢｘ（１，１）を中心とする矩形の四隅の点ＥＢｘ（０，０）…ＥＢｘ（２，２）から見た虚像Ｖｘ（０，０）…Ｖｘ（２，２）の歪み度合いは異なることを本開示の発明者は認識した。

【0023】

そして、反射部２が第ｘの角度にあり虚像視認可能領域が第ｘの位置にあるアイボックスＥＢｘに対し１つのワーピングメッシュＷＭｘを一意に設定する場合、アイボックスＥＢｘ内における視認者の視点の位置によって視認される虚像の歪み度合いにばらつきが大きいと、ヘッドアップディスプレイＨＵＤが表示する虚像の表示品質が低下し商品価値が下がるという課題があることを本開示の発明者は認識した。

【0024】

この課題を解決するため、以下に説明する手順により、アイボックスＥＢｘ内における視認者の視点の位置によって視認される虚像の歪み度合いのばらつきが小さいワーピングメッシュＷＭｘを算出する。

【0025】

（ワーピング設定値の算出手順）
反射部２が第ｘの角度にあり虚像視認可能領域が第ｘの位置にあるアイボックスＥＢｘに対し一意に定めるワーピングメッシュＷＭｘの算出手順を以下に説明する。

【0026】

（第１工程Ｓ１：ワーピングメッシュＷＭｘの初期値の設定）
アイボックスＥＢｘの中心点（１，１）から視認したときの虚像Ｖｘ（１，１）の歪みが最も小さくなるワーピングメッシュＷＭｘを初期値として設定する。設定後、第２工程Ｓ２に進む。

【0027】

（第２工程Ｓ２：虚像の撮像）
アイボックスＥＢｘの各点から視認したときの虚像を撮像する。具体的には、アイボックスＥＢｘの中央の点ＥＢｘ（１，１）及び、この点を中心とする矩形の四隅の点ＥＢｘ（０，０）…ＥＢｘ（２，２）の５点から視認したときの虚像Ｖｘ（０，０）…Ｖｘ（２，２）を撮像する。撮像後、第３工程Ｓ３に進む。

【0028】

（第３工程Ｓ３：虚像の評価）
各虚像Ｖｘ（０，０）…Ｖｘ（２，２）の表示品質を評価する評価値を算出する。この評価値は、変形前の画像ＯＭを基準に各虚像Ｖｘ（０，０）…Ｖｘ（２，２）の回転量、拡大縮小量、平行移動量に基づいて算出する。算出後、第４工程Ｓ４に進む。

【0029】

（第４工程Ｓ４：評価の統計的ばらつきを算出）
第３工程Ｓ３で算出した評価値の統計的ばらつきを算出する。この統計的ばらつきは、例えば、標準偏差を算術平均で割った変動係数（相対標準偏差）である。統計的ばらつきは、分散や標準偏差であってもよいが、機種の異なるヘッドアップディスプレイを同様の評価基準で扱う観点では、百分率で表される変動係数を用いることが好ましい。算出後、第５工程Ｓ５に進む。

【0030】

（第５工程Ｓ５：算出したワーピングメッシュの評価）
第４工程Ｓ４で算出した変動係数からワーピングメッシュＷＭｘを評価し、評価が所定の水準未満の場合はワーピングメッシュＷＭｘを調整する必要があると判断する。具体的には、変動係数が０．１以上である場合にワーピングメッシュＷＭｘを調整する必要があると判断し、第６工程Ｓ６に進む。変動係数が０．１未満の場合はアイボックスＥＢｘ内のどの位置に視点があっても虚像の歪みのばらつきが少なく表示品質が高いワーピングメッシュＷＭｘであると判断し、第７工程Ｓ７に進む。

【0031】

（第６工程Ｓ６：ワーピングメッシュの調整）
アイボックスＥＢｘ内のある点ＥＢｘ（ａ，ｂ）から視認したときの虚像Ｖｘ（１，１）の歪みが最も小さくなるワーピングメッシュＷＭｘを再計算する。具体的には、第３工程Ｓ３で算出した評価値の最も悪いアイボックスＥＢｘ内の点に向けて所定距離移動した点を点ＥＢｘ（ａ，ｂ）として設定してワーピングメッシュＷＭｘを再計算する。または、第３工程Ｓ３で算出した評価値及び第４工程Ｓ４で算出した評価の統計的ばらつきから、点ＥＢｘ（ａ，ｂ）を算出してもよい。ワーピングメッシュＷＭｘを再計算後、第２工程Ｓ２に進む。

【0032】

（第７工程Ｓ７：ワーピングメッシュの決定）
反射部２が第ｘの角度にあり虚像視認可能領域が第ｘの位置にあるアイボックスＥＢｘのワーピングメッシュとして、第５工程Ｓ５で変動係数が０．１未満であったワーピングメッシュＷＭｘを採用する。採用されたワーピングメッシュＷＭｘは、反射部２の第ｘの角度に対応するワーピングメッシュとして制御回路基板の不揮発性メモリに記憶する。

【0033】

上述した第１工程Ｓ１から第７工程Ｓ７の手順をアイボックスＥＢ１～ＥＢｎのそれぞれに対して実行する。

【0034】

このように構成することで、アイボックス内における視認者の視点の位置によって視認される虚像の歪み度合いにばらつきが小さく、表示品質の高いヘッドアップディスプレイを提供することができる。

【0035】

本開示のヘッドアップディスプレイＨＵＤは、以下の変形をしてもよい。

【0036】

ワーピングメッシュＷＭｘの算出にあたって、遺伝的アルゴリズムなどの進化的アリゴリズムによって算出してもよい。あるいは、反射鏡２の角度によって変化する表示光ＰＬが入射する位置の反射鏡２の曲率やウインドシールドの曲率などのパラメータから重回帰分析によって算出してもよい。

【符号の説明】

【0037】

ＨＵＤ …ヘッドアップディスプレイ
１ …表示部
２ …反射部
ＯＭ …変形前の画像
ＷＭ …ワーピングメッシュ（ワーピング設定値）
ＰＬ …表示光の主光線
ＷＳ …ウインドシールド
ＥＢ１～ＥＢｎ…アイボックス
Ｖ１～Ｖｎ …虚像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】