信息显示装置

信息显示装置

　　技术领域

　　本发明涉及在汽车、电车和飞机等载人移动的、所谓的交通工具的挡风玻璃投射图像的信息显示装置。

　　背景技术

　　例如通过下述的专利文献1已知有在汽车的挡风玻璃投射影像光而形成虚像，显示路径信息和交通拥堵信息等交通信息、燃料余量和冷却水温度等汽车信息的、所谓的平视显示器(HUD：Head-Up-Display)装置，该装置由于将HUD装置主体配置在驾驶者的座位前方的转向装置与防风玻璃之间，因此期望其小型化。

　　在这种信息显示装置中，为了使得驾驶者容易识别信息，要求根据驾驶者的视认位置在多个位置形成虚像，即，使虚像的形成距离与驾驶者的视认位置一致。因此，例如如在以下的专利文献2中也公开的那样，具有相对于驾驶者在远处(远距离)和近处(近距离)分别形成像的技术。

　　现有技术文献

　　专利文献

　　专利文献1：日本特开2009-229552号公报

　　专利文献2：日本特开2015-34919号公报

　　发明内容

　　发明所要解决的问题

　　在上述利用现有技术的HUD装置中，在汽车的挡风玻璃投射影像光形成虚像而对驾驶员提供各种信息，但是，关于考虑了利用有作为下一代技术的大数据(高精度3D地图信息)、AI信息(预测危险信息等)的大画面化的信息的提供，并未充分加以考虑。因此，如之后也会详细说明的那样，从减少驾驶员的视点移动提高安全性的观点出发，尚有改善的余地，此外，对用于实现虚像显示位置的最佳位置的设定的HUD装置的结构(特别是HUD的设置体积的增大)，也没有充分考虑。

　　因此，本发明的目的在于，提供能够进行考虑驾驶员的视点移动、车辆的行驶速度与停止距离的关系而使观看者的视点移动更流畅的信息的显示的影像显示装置。

　　用于解决问题的技术方案

　　本发明是鉴于上述背景技术和问题而完成的，列举其一例，为一种在交通工具上显示影像信息的信息显示装置，其包括配置在所述交通工具的挡风玻璃与所述交通工具的仪表盘之间的HUD装置，所述HUD装置，具有检测驾驶者的视点位置的驾驶者视点位置检测单元；和使从显示所述影像信息的所述HUD装置出射的光在所述挡风玻璃反射来使所述影像信息的虚像显示在所述交通工具的前方的虚像光学系统，与由所述驾驶者视点位置检测单元检测到的驾驶所述交通工具的所述驾驶者的视点位置的移动相应地设定所述虚像的显示位置。

　　发明的效果

　　根据上述的本发明，通过利用与驾驶交通工具的驾驶者的视点位置的移动对应的虚像来进行信息的显示，进一步，通过考虑了车辆的行驶速度与停止距离的关系的信息的显示，能够减少驾驶员的视点移动，实现更安全的驾驶。特别是根据在作为用于警告车辆前方的行人和前方行驶的车辆的存在的信息的、所谓的警报显示(信息)等的应用，能够对比本车的停止距离更远的危险物进行显示。

　　附图说明

　　图1是表示搭载有本发明的实施例的信息显示装置的汽车的上表面及其挡风玻璃的图。

　　图2是表示从搭载有本发明的信息显示装置的汽车的驾驶座看挡风玻璃时的概略图和大型化后的HUD的图像显示区域(部位)的图。

　　图3是说明视点(EYE Point)的设定条件的图。

　　图4是表示车辆的行驶速度与停止距离的关系的一个例子的图。

　　图5是表示本发明的一个实施方式的HUD装置1的周边设备结构的框图和概略结构图。

　　图6是关于虚像的HUD图像显示区域的显示位置(范围)，以行人的警报显示为例进行表示的图。

　　图7是关于虚像的HUD图像显示区域的显示位置(范围)，以前车的警报显示为例进行表示的图。

　　图8是表示车辆的行驶速度和视点移动的范围的例子的图。

　　图9是表示车辆的行驶速度和视点移动的范围的例子的图。

　　图10是对信息显示装置的容量与大型化的HUD的图像显示区域(部位)的关系进行说明的图。

　　图11是表示作为适应了小型化的信息显示装置的HUD装置的结构和配置(布局)的一个例子的图。

　　图12是表示作为适应了小型化的信息显示装置的HUD装置的结构和配置(布局)的一个例子的图。

　　具体实施方式

　　以下，使用附图等说明本发明的一个实施方式和各种实施例。另外，以下的说明是表示实施方式的内容的具体例，本发明并不限定于这些说明，在本说明书中公开的技术思想的范围内能够进行本领域技术人员进行的各种各样的变更和修正。此外，在用于说明本发明的所有图中，有时对具有同一功能者标注同一附图标记，省略其重复的说明。另外，以下，在本发明的实施方式的说明之前，对作为本发明的特征的虚像的显示位置进行阐述。

　　图1的(a)是搭载有本发明的信息显示装置的汽车的俯视图，在汽车主体101的驾驶座前部，存在作为被投影部件6的挡风玻璃。另外，该挡风玻璃因汽车的种类而相对于车体的倾斜角度不同。进一步，本发明的发明人为了实现最优的虚像光学系统，对该曲率半径也进行了调查。其结果是，如图1的(b)所示，挡风玻璃的与汽车的接地面平行的水平方向的曲率半径Rh和与水平轴正交的垂直方向的曲率半径Rv不同，Rh与Rv一般存在下述的关系。

　　Rh＞Rv

　　此外，明确了该曲率半径的差异、即相对于Rv的Rh多处于1.5倍至2.5倍的范围。

　　接着，本发明的发明人等还调查了市售商品的挡风玻璃的倾斜角度。其结果是，在轻型车和1箱型车中为20度～30度，在轿车型中为30度～40度，运动车型中为40度以上，不过根据车体种类还有所不同。

　　图2的(a)是从搭载有本发明的信息显示装置的汽车的驾驶座看挡风玻璃6时的概略图，如图中也表示的那样，在转向装置43的前面的挡风玻璃6的中央部附近具有大型化了的HUD的图像显示区域(部位)。图2的(b)表示HUD的图像显示区域(部位)的详细情况，如图中箭头所示那样，根据俯角的变动而上下移动，并且令其宽度随着视角(横向)的变动而移动。具体而言，作为一个例子，在30～60km/h的市区道路行驶时(市区道路模式)令俯角为3.0°，在60～100km/h的高速行驶时(高速模式)将俯角切换(降低)为1.9°。此外，视角(横向)在市区道路模式为10°，在高速模式收窄为9°。另外，视角(纵向)例如固定为2.2°。在该HUD的图像显示区域(部位)，如之后也说明的那样，在高速模式(俯角＝1.9°)时，其上端部为车辆前方100m，其下端部为25m。此外，在市区道路模式(俯角＝3.0°)时，其上端部为车辆前方25m，其下端部19m。另外，市区道路模式与高速模式之间的切换应能够基于来自以下也会说明的导航系统的信息进行。

　　图3是说明视点(EYE Point)的设定条件的图。该EYE Point根据作为人体(模型)的大腿部和躯干部的旋转轴的RPoint，在使座椅处于最后、使座椅高度最低、使座椅的角度为25deg(度)的状态下使人体(模型)落座时的H Point设定，根据从该EYE Point至HUD显示的中心线的角度决定俯角。

　　此外，上述图2的附图标记60表示安装在转向装置的一部分的、例如包括红外线摄像机的摄像机，此处构成检测驾驶员的视点的单元。另外，作为该驾驶员的视点检测单元的视点监视摄像机60并不一定如上述那样安装在转向装置的一部分，只要能够检测驾驶者的视点，例如也可以安装在汽车仪表板的一部分或风挡的一部分。

　　＜车辆的行驶速度与停止距离的关系＞

　　通常，如图4中也表示的那样，正在行驶的车辆完全停止所需的距离(停止距离)与车辆的行驶速度成比例地变化。即，按时速30km/h行驶中的车辆需要有将空走距离与制动距离相加的14m的停止距离，不过在时速70km/h时为52m，进一步，在时速100km/h时甚至需要93m的停止距离。

　　另一方面，作为信息显示装置的HUD装置将影像光投射于汽车的挡风玻璃，形成虚像而对驾驶员提供各种信息，不过通常就其显示位置而言，主流技术是在车辆前方的预先设定的位置进行显示。但是，在考虑上述的车辆的行驶速度与停止距离的关系的情况下，特别是根据作为用于警告车辆前方的行人和前方行驶的车辆的存在的信息的、所谓的警报显示(信息)等，对比本车的停止距离远的危险物进行显示可知，能够减少驾驶员的视点移动，能够实现更安全的驾驶。

　　即，在本发明中，提供能够考虑上述的车辆的行驶速度与停止距离的关系而实现更安全的驾驶的HUD装置，并且提供还能够解决令虚像的显示位置(车辆前方的距离)可变的情况下的HUD装置的问题点、即上述现有技术中也使用的包含凹面镜的光学系统的大型化引起的装置容量的增大的HUD装置。

　　＜信息显示装置＞

　　图5是表示本发明的一个实施方式的HUD装置1的周边设备结构的框图和概略结构图，此处，作为其一个例子，特别对在汽车的挡风玻璃投射图像的HUD装置进行说明。

　　该HUD装置1是为了在驾驶者的视线8中在本车的前方的多个位置形成分别虚像V1～V3，将由被投影部件6(在本实施方式中为挡风玻璃)反射后的各种信息作为虚像VI(Virtual Image)来显示的装置。另外，被投影部件6只要是投影信息的部件即可，不仅能够是上述的挡风玻璃，此外也可以是合成仪。即，在本实施方式的HUD装置1中，在驾驶者的视线8中在本车的前方的多个位置分别形成虚像供驾驶者观看，作为显示为虚像的信息，例如是警告车辆前方的行人和前方行驶的车辆的存在的警报显示(信息)，还可以包含车辆信息和由监视摄像机或全景式监控影像系统等摄像机(未图示)拍摄的前景信息。

　　此外，HUD装置1包括投射显示信息的影像光的影像投射装置11、使来自该影像投射装置11的光成像的中间像成像部4、使在该中间像成像部4成像的影像信息(影像光)收敛或发散的光学部件5、以及控制上述影像投射装置11的控制装置30。另外，上述光学部件5是以下说明的虚像光学系统，包括使光反射的凹面形状的反射镜。此外，在该光学部件5反射的光在被投影部件6反射而射向驾驶者的视线8(EyeBox：在之后详述)。

　　上述的中间像成像部(或中间像显示部)4具有将来自影像投射装置11的光成像的功能，例如由2维配置微透镜而形成的微透镜阵列构成。在本实施方式中，在中间像成像部4与由形成目镜光学系统的上述凹面反射镜构成的光学部件5之间，配置有光学元件21和光学元件22。这些光学元件21和光学元件22的配置的第一目的是令虚像的形成位置为本车的前方的多处(在图5中为3处)。进一步，作为第二目，是为了在中间像成像部4与形成目镜光学系统的光学部件5之间，在来自该中间像成像部4的影像光分离的位置，分别进行像差修正。另外，用这些光学元件进行的像差修正，即使在不同的位置形成虚像，也能够通过使用同一虚像光学系统，以不同的倍率显示多个虚像。

　　更具体而言，形成位于最近的位置的虚像V1的光束的像差改善由光学元件21进行，同时，位于中间的虚像V2的像差修正由光学元件22进行。此外，在最远处形成的虚像V3由于在原来的虚像光学系统中像差被优化设计，所以此处不设置光学元件，即使为了进一步提高像差修正能力而设置被优化设计的光学元件，当然也不脱离本发明的技术思想和范围。另外，此处，作为一个例子，虚像V1在车辆前方的14m或这以上的距离显示，虚像V2在52m或这以上的距离显示，而且，虚像V3在93m或这以上的距离显示。

　　此外，在本实施例中，为了便于说明，说明了将虚像的产生位置分割为远处虚像V3、中间虚像V2、近处虚像V1，分别个别地设置光学元件21和22的例子，不过并不限定于此。例如，为了使虚像的显示位置从远处至近处位置地连续变化，使空间的光学距离变化，更具体而言使光学元件的画面垂直方向的厚度变化，由此使虚像产生的位置连续地变化，令光学元件的两面的透镜形状为偏心非球面形状或自由曲面形状，由此具有充分的像差修正能力。其结果是，即使将光学元件作为1个应对，不用说，也不会脱离本发明的技术思想或范围。

　　另一方面，控制装置30包括存储装置31和微型计算机(以下记作“微机”)32。存储装置31包括能够改写存储内容的非易失性的存储装置。微机32以具有存储即使切断电源也需要保存存储内容的处理程序和数据的ROM34、临时保存处理程序和数据的RAM33、按上述ROM34和RAM33中存储的处理程序执行各种处理的CPU35的计算机为中心构成。

　　其中，在ROM34中，存储用于微机32执行以在被投影部件6投射车辆信息和前景信息等各种信息的方式控制影像投射装置11的信息显示处理的处理程序。而且，在控制装置30上，作为车辆信息和前景信息的取得源，至少连接有导航系统61和驾驶辅助电子控制装置(以下，记作“驾驶辅助ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元))62，以及上述视点监视摄像机60。

　　导航系统61是按照将由位置检测装置检测到的当前位置与在地图数据存储部中存储的地图数据对照的结果，对至设定的目的地为止的路径进行引导的装置。在地图数据中包含关于道路的限制速度和车道数、交叉点的信息等各种信息。

　　控制装置30从这样的导航系统61，作为前景信息(即，由上述虚像在本车的前方显示的信息)取得与本车正在行驶的当前位置对应的道路的限制速度和车道数、导航系统61中设定的本车的移动预定路径等信息。

　　驾驶辅助ECU62是通过按照作为周边监视装置63的监视的结果检测到的障碍物控制驱动系统和控制系统来实现驾驶辅助控制的控制装置，作为驾驶辅助控制包括巡航控制、自适应巡航控制、预碰撞安全、车道保持辅助等周知技术。

　　周边监视装置63是监视本车的周边状况的装置，作为一个例子，有基于拍摄本车的周边而得到图像来检测本车的周边存在的物体的摄像机、基于发送和接收探测波的结果来检测本车的周边存在的物体的探测装置等。另外，在本实施例中，周边监视装置63还通过上述摄像机检测(感知)外光而进行昼和夜的区分。

　　控制装置30作为前景信息取得来自这样的驾驶辅助ECU62的信息(例如，至前方行驶车辆的距离和前方行驶车辆的方位、障碍物以及标识存在的位置等)。进一步，在控制装置30，被输入点火(IG)信号和本车状态信息。这些信息中，本车状态信息是指作为车辆信息取得的信息，例如包含标识成为内燃机的燃料的余量和冷却水的温度等预先规定的异常状态的警告信息。此外，还包含方向指示器的操作结果和本车的行驶速度、换挡位置等信息。以上说明的控制装置30在被输入点火信号时启动。以上是本发明的一个实施方式的信息显示装置的整体系统的说明。

　　＜虚像显示位置的优化＞

　　接着，对由上述的信息显示装置生成的虚像的HUD图像显示区域的显示位置(范围)，特别以警报显示为例，在以下进行详细说明。

　　在本发明的信息显示装置中，如上所述，作为在比停止距离远的危险物(例如，车辆前方的行人和前方行驶的车辆等)进行警报显示的结构，从本车的行驶速度与停止距离的关系求取警报显示所需的显示位置(范围)，包含最优的视角(FOV)来决定显示位置。例如，在行驶速度为30km/h的情况下，在14m以上远处进行警报显示而避免危险。

　　图6表示对行人进行上述警报显示时的状况，如从图中也可知的那样，在市区道路行驶时，对行人的警报显示在上述图2所示的HUD的图像显示区域(部位)的下端部附近进行。据此，如从图的左部也可知的那样，在HUD图像显示区域(部位)的下端部附近进行的警报显示是在车辆前方19m附近显示。另一方面，在高速行驶时，如从图的左部也可知的那样，在上端部附近进行。据此，在HUD图像显示区域(部位)的上端部附近进行的警报显示是在车辆前方100m附近显示。

　　图7表示对前方行驶的车辆进行上述警报显示时的状况，如从图中也可知的那样，在市区道路行驶时，对前方行驶车辆的警报显示在上述图2所示的HUD的图像显示区域(部位)的下端部附近进行。据此，如从图的左部也可知的那样，在HUD图像显示区域(部位)的下端部附近进行的警报显示是在车辆前方19m附近显示。另一方面，在高速行驶时，如从图的左部也可知的那样，在上端部附近进行。据此，在HUD图像显示区域(部位)的上端部附近进行的警报显示是在车辆前方100m附近显示。

　　即，根据上述的虚像显示位置的优化，能够考虑车辆的行驶速度与停止距离的关系，特别是作为用于警告车辆前方的行人和前方行驶的车辆的存在的信息的警报显示(信息)等，对比本车的停止距离远的危险物显示。

　　＜驾驶员的视点移动＞

　　进一步，本发明的发明人调查了驾驶员的视点移动如何根据车速变化。将在一般道路以平均速度50～60km/h行驶1分钟～3分钟的情况下的视点移动在水平方向和垂直方向上分离地在图8表示。图8的(a)表示在白天行驶的情况下的视点移动的范围，图8的(b)表示在取得(a)中所示的数据的同一区间在夜间行驶的情况下的驾驶者的视点移动。

　　在一般道路以平均速度50～60km/h进行白天行驶的情况下的视点移动的图8的(a)所示垂直方向的视点移动幅度Vd为15度，视点移动的中心为俯角-2度。此外，关于水平方向的视点移动幅度Hd在28度的视点的中心，由于被检车辆为右侧驾驶而为左侧行驶，所以结果是自中心靠左侧5度。

　　在同样的区间以平均速度50～60km/h进行夜间行驶的情况下的视点移动如该图(b)所示垂直方向的视点移动幅度Vn为11度，视点移动的中心为俯角-5度。此外，水平方向的视点移动幅度Hd为16度，视点的中心与白天相比视点移动的范围小，结果是自其中心靠左侧3度。

　　接着，在高速道路，白天以平均时速80km/h行驶1分钟～3分钟的情况下的视点移动如图9的(a)所示垂直方向的视点移动幅度Vd为14度，视点移动的中心为俯角2度。此外，水平方向的视点移动幅度Hd为14度，关于视点的中心，由于被检车辆为右侧驾驶而为左侧行驶，所以结果是自中心靠左侧5度。

　　在同样的区间以平均速度80km/h进行夜间行驶的情况下的视点移动如该图9的(b)所示垂直方向的视点移动幅度Vn为10度，视点移动的中心为俯角-5度。此外，水平方向的视点移动幅度Hd为12度，视点的中心与白天相比视点移动的范围小，结果是自其中心靠左侧3度。

　　由以上的结果可知，驾驶员的视点移动的范围及其中心会随车速而变化。因此，本发明是鉴于该事实而完成的，更具体而言，能够使作为信息显示装置的影像显示位置的虚像的显示位置，不仅根据考虑了上述车辆的行驶速度与停止距离的关系的虚像显示位置的优化，或者还单独根据驾驶员的视点移动变化。即，将虚像的显示位置与由上述的视点监视摄像机60检测的视点位置的移动对应地设定。据此，能够将作为警告用于车辆前方的行人和前方行驶的车辆的存在的信息的警报显示(信息)与驾驶员的视点移动一致地显示，并且对比本车的停止距离远的危险物进行显示，进一步能够根据驾驶状况使驾驶员的视点移动少，作为结果，能够进一步减轻安全驾驶的阻碍因素。

　　不仅如此，上述的驾驶员的视点移动还表示在白天行驶在与在夜间行驶的情况下白天的倾向。即，在夜间的行驶时，驾驶员的视点移动比白天的视点窄，利用这一点，通过由构成上述周边监视装置63的摄像机检测外部光来判断是白天的行驶还是夜间(包括隧道内)的行驶，还能够还考虑其结果地设定作为信息显示装置的影像显示位置的虚像的显示位置。

　　＜信息显示装置的体积＞

　　接着，参照图10说明上述的信息显示装置的体积与图2所示的大型化的HUD的图像显示区域(部位)的关系。即，信息显示装置的体积伴随HUD图像显示区域(部位)的视角(横向(H)，纵向(V))的增大而增加。具体而言，被指出如下问题：(在视角[10×7]、虚像距离(20m)时，由于包含凹面镜的光学系统的大型化而HUD的设定体积超过18L，不能收纳进作为该装置的搭载场所的挡风玻璃与转向装置之间的空间内。因此，以下，对用于解决HUD图像显示区域(部位)的视角的增大带来的装置体量的增大的信息显示装置的结构进行说明。

　　在图11和图12，表示作为适应了小型化的信息显示装置的HUD装置1的结构和配置(布局)。在这些图、主要是图12中，从下游侧起依次设置有投射借助挡风玻璃6(图1参照)形成虚像的影像光的凹面(自由曲面)镜5a、用于校正此时产生的变形和像差的修正用的透镜组2、影像显示装置11、构成背光的以发光二极管为光源的背光源10。另外，7是作为外壳的壳体。进一步，为了进入抑制HUD装置1的内部的太阳光的P波成分，作为其一个例子，在透镜组2与影像显示装置11之间设置有用于抑制P波成分的光学单元3。而且，在壳体7的上表面形成有使得影像光向汽车的挡风玻璃投射的开口部，该开口部被防眩板41(眩光陷阱)覆盖。此外，虽然此处未图示，但是由用于调整上述凹面镜5a的位置的电动机等构成的凹面镜驱动部与凹面镜5a一体地设置。而且，一边最小限度地确保LCD与凹面镜之间的距离，一边模块化这些构成部件而紧凑地形成。

　　在该结构、配置中，为了扩大视角，例如通过旋转驱动凹面镜5a，并且，为了实现虚像距离的远方化，能够通过适当地设定准直光学系统3等来实现所期望的特性。或者，或许还能够加上利用MEMS元件在挡风玻璃扫描激光而得到实像的第二信息显示装置而扩大HUD图像显示区域(部位)。

　　即，通过采用上述的结构、配置的HUD装置1，能够解决上述HUD图像显示区域(部位)的视角增大带来的装置体量的增大，将HUD装置收纳于作为其搭载场所的挡风玻璃与转向装置之间的空间。

　　以上，对本发明的各种实施例构成的信息显示装置进行了说明。但是本发明并不仅限定于上述的实施例，而包括各种各样的变形例。例如，上述的实施例为了将本发明说明得容易明白而对整个系统进行了详细的说明，但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。此外，能够将一个实施例的结构的一部分替换到另一个实施例的结构，此外，还能够在一个实施例的结构中加入另一个实施例的结构。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加、删除、替换。

　　附图标记的说明

　　1…HUD装置；4…中间像成像部；5…光学部件；5a…凹面镜；6…被投影部件(挡风玻璃)；7…壳体；8…驾驶者的视线；11…影像投射装置；2、21、22…光学元件(透镜)；30…控制装置；31…存储装置；32…微型计算机(微机)；33…RAM；34…ROM；41…防眩板(眩光陷阱)；61…导航系统；62…驾驶辅助电子控制装置(驾驶辅助ECU)；63…周边监视装置；60…驾驶员的视点监视摄像机；63…周边监视装置；101…汽车主体。