HUD｜視線移動を最小化する車載表示技術

HUD

HUD（Head-Up Display）は、運転者や操縦者の視線を前方から外さずに速度、ナビ、先進運転支援情報などをフロントガラス上に重ねて表示する装置である。自動車では前方視界内に情報を投影して「Eyes on road」を維持し、視線移動・焦点移動に伴う認知コストを低減する。航空分野で成熟した技術を車載に最適化したもので、表示遅延の抑制、昼夜・逆光での視認性、熱・振動・経年の耐性が設計の要点となる。量産車ではコンバイナ式やウインドシールド投影式に加え、路面標示やオブジェクトと整合させるAR方式の普及が進んでいる。

Table Of Contents

定義と役割

HUDは運転者の前方視野内に仮想像を形成し、走行速度、方向指示、車線維持支援、追従制御、標識認識、ナビ経路などの情報を空間的・時間的文脈に沿って提示する。メーターパネルやセンターディスプレイに比べ、視点移動（グランス）の距離と時間を短縮し、ヒューマンエラーや疲労の低減に寄与する。情報量は用途に応じて最適化し、冗長表示や過度なアニメーションは避ける。

構成要素と光学系

HUDの基本構成は、光源・表示素子（TFT-LCD/DLP/LCoS/OLED等）と投影レンズ群、折り返しミラー、コリメータ、コンバイナ（フロントガラスのウェッジ層を含む）からなる。ウインドシールドHUDではガラスのくさび角やラミネート構成により二重像（ゴースト）を抑制する。波導型は薄型・軽量化に有利だが、効率とFOVの両立が課題となる。

表示技術

TFT-LCD：成熟度が高くコストに優れる。バックライト制御で輝度拡張。
DLP/LCoS：高コントラスト・高輝度で大画面化に適する。
OLED：自己発光で応答が速いが、高温域での耐久設計が要る。
レーザー走査：小型化と高輝度が可能だが散乱・安全規格適合が課題。
光源：高出力LED/レーザーを採用し、昼間直射時でも読み取り可能なcd/m²を確保する。

幾何条件と設計パラメータ

仮想像距離はおおむね2〜10mに設定し、道路上の対象物との焦点整合を図る。視野角（FOV）は水平方向数度〜十数度、垂直方向数度を確保し、運転者の瞳位置の許容範囲（Eyebox）を広く設計する。歪み、台形変形、色収差はレンズ設計とデジタル歪み補正の両面で最小化する。パララックス抑制のため、車両姿勢変化や座高差に対するロバスト性も評価する。

人間工学と視認性

視認性は輝度、コントラスト、文字・シンボル寸法、線幅、色の符号化、表示密度で決まる。昼間は高輝度・高コントラスト、夜間は眩惑を避けるため輝度下限と自動調光の滑らかさが重要である。グランス時間は短く安定することが望ましく、動的情報（ナビ矢印等）は運転操作のタイミングに同期させる。色は意味的に一貫し、赤は警告、琥珀は注意、緑は状態正常などの慣習に従う。

車載規格・法規の考慮

車載表示の視認性要件や評価手順には国際規格の考え方が参照される（例：ISO 15008の表示読み取り性やフォント寸法、視距離の考え方）。前方視界を妨げない配置・輝度・反射管理は法規（例：視界関連のUNECE規則）と整合させる。さらに電磁両立性（EMC）、環境耐性（温度、湿度、振動、紫外線）、光学安全性（レーザー製品安全）も設計条件となる。

種類と特徴

W-HUD（ウインドシールド式）：フロントガラスへ直接投影。自然な位置に大きな仮想像を形成できるが、ガラス仕様との整合が不可欠。
C-HUD（コンバイナ式）：独立プレートに投影。車種間流用や後付けに適し、コスト・実装が容易。
AR-HUD：実環境と重ねてオブジェクト整合を行い、車線、先行車、ナビ経路を空間的に強調する。広FOVと高精度なジオメトリキャリブレーションが鍵。

設計プロセスと評価

要件定義（ユースケース、KPI）から光学設計（レンズ構成、ミラー折返し）、熱・機械設計（筐体、固定、放熱）、電気設計（電源、駆動、EMC）、ソフトウェア（レンダリング、補正、故障診断）へ展開する。評価ではMTF、均一性、色度、歪み、輝度ダイナミクス、遅延（フレームレイテンシ）、グランス行動の人間工学試験を行う。

故障モードと品質

ゴースト（二重像）／ダブルイメージ：ガラスウェッジや反射面の不整合が原因。設計段階での角度最適化と製造ばらつき管理で低減。
フリッカ・ちらつき：PWM駆動や同期ずれ。ドライバ設定とEMI対策で抑制。
輝度低下・黄変：光学部材の熱劣化。材料選定と放熱設計で対処。
フォーカスずれ：ユニット位置ずれやガラス交換後の未調整が要因。サービス手順で再調整。

製造と組立のポイント

投影ユニットは温度勾配と振動を受けやすいため、熱経路とNVH対策を両立する。光学部材の貼り合わせはアウトガスや反りを抑える接着・硬化プロセスを採用し、レンズ・ミラーは高精度ジグで位置決めする。筐体は軽量化しつつ剛性を確保し、車体側ブラケットの公差積み上げを見込んだ設計にする。

キャリブレーションとサービス

車両生産時は投影幾何の初期合わせ、輝度・色度の基準化を行う。ウインドシールド交換時はガラス仕様差や装着誤差により仮想像位置が変わるため、専用手順で再調整する。AR方式では車体センサ座標系との外部・内部パラメータを再推定し、路面・対象物との整合を保証する。

HUD