DE112018005630T5

DE112018005630T5 - Head-up-Display-Vorrichtung

Info

Publication number: DE112018005630T5
Application number: DE112018005630.9T
Authority: DE
Inventors: Akio MISAWA; Yuji Fujita; Eiji Takatsuka
Original assignee: Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Ltd Oyamazaki Jp
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2020-07-23
Anticipated expiration: 2038-10-11
Also published as: JP7280995B2; CN111344184A; WO2019102731A1; US20210041707A1; JP2022104965A; JPWO2019102731A1; DE112018005630B4; CN111344184B; US11709369B2; JP7053664B2

Abstract

Eine Head-up-Display-Vorrichtung umfasst: eine Bildanzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle und einem Anzeigeelement, die ein Bild erzeugt; ein Bildlichtprojektionsmittel, das ein virtuelles Bild auf einem vorderen Teil eines Fahrzeugs anzeigt, indem es das von der Bildanzeigevorrichtung emittierte und auf eine Windschutzscheibe 3 zu reflektierende Bildlicht projiziert; und ein Blickpunktdetektionssystem 6, das den Blickpunkt des Fahrers erfasst. In der Head-up-Display-Vorrichtung umfasst das Bildlichtprojektionsmittel ein Mittel, das aus ausschließlich einfarbigem sichtbarem Licht bestehendes Beleuchtungslicht erzeugt, das in einem vorgegebenen Zustand des Fahrzeugs auf ein Gesicht des Fahrers emittiert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Technik für eine Head-up-Display-Vorrichtung und insbesondere eine Technik, die wirksam auf eine Head-up-Display-Vorrichtung angewendet wird, die Bilder auf ein transparentes Glas oder dergleichen projiziert.
STAND DER TECHNIK
Zum Beispiel in einem Fahrzeug, wie etwa einem Auto, werden Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motordrehzahl und dergleichen in der Regel auf einer Armaturenkonsole in einem Armaturenbrett angezeigt. Bilder der Fahrzeugnavigation oder dergleichen werden auf einem Anzeigebildschirm angezeigt, der in das Armaturenbrett eingebettet oder auf dem Armaturenbrett angeordnet ist. Da eine große Bewegung einer Sichtlinie erforderlich ist, wenn ein Fahrer solche Informationen visuell erkennt, ist ein Head-Up-Display (im Folgenden manchmal als „HUD“ bezeichnet), das Informationen über die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs oder dergleichen oder Informationen über eine Anweisung oder dergleichen, die sich auf die Fahrzeugnavigation bezieht, auf eine Windschutzscheibe oder dergleichen projiziert und anzeigt, als eine Technik zur Reduzierung eines Bewegungsbetrags der Sichtlinie bekannt.
Als eine Technik, die ein solches HUD betrifft, offenbart beispielsweise jede der folgenden Patentschriften 1 bis 3 eine Technik mit einer Kombination aus HUD und einer Blickpunktdetektionskamera.
Die folgende Patentschrift 4 beschreibt eine Technik, bei der eine einfache Konfiguration zum Einsatz kommt, um eine Anzeigeposition eines projizierten Bildes, das ein virtuelles Bild ist, in Übereinstimmung mit einer Position des Blickpunkts eines Betrachters zu ändern.
STAND-DER-TECHNIK-DOKUMENTE
PATENTSCHRIFTEN

Patentschrift 1: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2016-068577
Patentschrift 2: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2015-219631
Patentschrift 3: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2014-199385
Patentschrift 4: Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2016-014861

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Jedes der vorstehend genannten Stand-der-Technik-Dokumente, insbesondere der in Patentschrift 4 beschriebene Stand der Technik, beschreibt, dass eine Anzeigeposition eines projizierten Bildes gemäß einer Blickpunktposition eines Fahrers bewegt wird, die von einem Blickpunktpositionsdetektionsmittel, wie etwa einer Infrarotkamera, detektiert wird, um das Bildlicht effizient auf einen Betrachter auszurichten. In diesem Fall ist es jedoch nötig, als Blickpunktpositionsdetektionsmittel ferner eine Infrarotstrahlenerzeugungsvorrichtung, eine Infrarotkamera und dergleichen in einem kleinen Raum in der Nähe eines Fahrersitzes zusätzlich zu einem normalen Fahrerüberwachungssystem zum Erfassen der Haltung, einer Sichtlinie und dergleichen des Fahrers während des Fahrens zu befestigen, um die Fahrsicherheit zu verbessern. Diese Technik führt daher unwünschenswerter Weise zu einem Anstieg der Kosten der Vorrichtung und ist nicht immer geeignet.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Head-up-Display-Vorrichtung bereitzustellen, die praktisch hervorragend ist und eine bessere Steuerung einer Projektionsanzeige für ein virtuelles Bild bewirken kann, da eine Blickpunktposition eines Fahrers, der ein Betrachter der Projektionsanzeige für ein virtuelles Bild ist, unter Verwendung eines Fahrerüberwachungssystems (DMS) oder dergleichen detektiert wird, das bei normalem sichtbarem Licht betrieben wird, um eine Position des Fahrers zu bestätigen.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Die Zusammenfassung der typischen Aspekte der vorliegenden Erfindung wird entsprechend der Beschreibung in den folgenden Ansprüchen kurz erläutert. Als ein Beispiel ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Head-up-Display-Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst: eine Bildanzeigevorrichtung mit einer Lichtquelle und einem Anzeigeelement, die ein Bild erstellt; ein Bildlichtprojektionsmittel, das ein virtuelles Bild auf einem vorderen Teil eines Fahrzeugs anzeigt, indem das von der Bildanzeigevorrichtung emittierte Bildlicht auf eine Windschutzscheibe projiziert wird und das Bildlicht dazu veranlasst wird, an dieser reflektiert zu werden; und ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Blickpunkts des Fahrers, das den Blickpunkt des Fahrers erfasst, wobei das Bildlichtprojektionsmittel ein Mittel umfasst, das ein ausschließlich aus einfarbigem sichtbaren Licht, das auf ein Gesicht des Fahrers in einem vorgegebenen Zustand des Fahrzeugs emittiert wird, bestehendes Beleuchtungslicht erzeugt.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die durch die typischen Aspekte der vorliegenden Erfindung erzielten Wirkungen werden nachstehend kurz beschrieben. Das heißt, dass die typische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine wirtschaftliche Head-up-Display-Vorrichtung bereitstellen kann, die praktisch hervorragend ist und eine bessere Steuerung einer Projektionsanzeige für ein virtuelles Bild bewirken kann, da eine Blickpunktposition eines Fahrers selbst unter Umständen wie Dunkelheit, unter denen nicht ausreichend sichtbares Licht vorhanden ist, exakt bestätigt wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Gesamtausführung einer Head-up-Display-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das eine detaillierte Ausführung einer Bauform der Head-up-Display-Vorrichtung zeigt;
3 ist ein Diagramm, das ein Ausführungsbeispiel einer Spiegelantriebseinheit der Head-up-Display-Vorrichtung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das ein Antriebsbeispiel einer Spiegelantriebseinheit der Head-up-Display-Vorrichtung zeigt;
5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für ein HUD-Steuersystem der Head-up-Display-Vorrichtung zeigt;
6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel für eine Informationserfassungseinheit (Vorrichtung) zeigt, die das HUD-Steuersystem der Head-up-Display-Vorrichtung konfiguriert;
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel für eine Blickpunktdetektionssteuereinheit eines HUD-eigenen Blickpunktdetektionssystems der Head-up-Display-Vorrichtung zeigt;
8 ist ein Gesamtkonfigurationsdiagramm zur Erläuterung der Detektion einer Blickpunktposition eines Fahrers durch die Head-up-Display-Vorrichtung;
9 ist ein Flussdiagramm, das Details eines Detektionsvorgangs (Positionseinstellung) der Position des Blickpunkts des Fahrers durch die Head-up-Display-Vorrichtung zeigt;
10 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Prinzips des Detektionsvorgangs (Positionseinstellung) der Position des Blickpunkts des Fahrers durch die Head-up-Display-Vorrichtung;
11 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Detektion einer Distanz in einer Tiefenrichtung gemäß einem anderen Anwendungsbeispiel der Head-up-Display-Vorrichtung; und
12 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Betriebsprinzips der Detektion der Distanz in der Tiefenrichtung.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich auf Grundlage der Zeichnungen beschrieben. Es ist zu beachten, dass dieselben Komponenten grundsätzlich in allen Zeichnungen zur Beschreibung der Ausführungsformen mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind und dass auf eine wiederholte Beschreibung davon verzichtet wird. Ein mit einem Bezugszeichen in einem bestimmten Diagramm erläuterter Teil kann hingegen ohne Illustration bei der Erläuterung eines anderen Diagramms wieder beschrieben werden, jedoch mit demselben Bezugszeichen. Jede nachstehend beschriebene Ausführungsform wird in einem Fall erläutert, in dem eine Head-up-Display(-HUD)-Vorrichtung in einem Fahrzeug, wie etwa einem Auto, montiert ist. Jede Ausführungsform ist jedoch auch auf andere Fahrzeuge, wie etwa einen Zug oder ein Flugzeug, anwendbar. Jede Ausführungsform ist außerdem nicht nur auf die Fahrzeuge, sondern auch eine HUD-Vorrichtung zur Verwendung in einem lasttragenden Fahrzeug, wie einem Gabelstapler, anwendbar.
1 ist ein Diagramm, das einen Umriss eines Ausführungsbeispiels einer Head-up-Display(-HUD)-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser HUD-Vorrichtung 1 wird das Licht von der Bildanzeigevorrichtung 30, die das Licht von einer in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordneten Lichtquelle moduliert und projiziert, durch ein optisches Element 43 geleitet, ferner von einem konkaven Spiegel 52 reflektiert, auf eine Windschutzscheibe 3 eines Fahrzeugs 2 projiziert und auf den Blickpunkt 5 eines Betrachters (Fahrers) emittiert, sodass ein gewünschtes projiziertes Bild gemäß einer Position des Blickpunkts des Betrachters angezeigt wird. Es ist zu beachten, dass diese Zeichnung eine Drehposition des konkaven Spiegels 52, eine Projektionsposition des projizierten Bildes auf die (Innenseite der) Windschutzscheibe 3 und ein virtuelles Bild zeigt, das auf der Grundlage der Positionen in Übereinstimmung mit den verschiedenen Positionen (A, B und C) des Blickpunkts 5 eines Betrachters (Fahrers) als A, B bzw. C angezeigt wird. 1 zeigt außerdem eine Steuereinheit 20, die die HUD-Vorrichtung 1 einschließlich der Bildanzeigevorrichtung 30 und des konkaven Spiegels 52 steuert, sowie eine Kamera 115 (im Auto), die ein Fahrerüberwachungssystem (Driver Monitoring System, DMS) (Blickpunktdetektionssystem) zur Überwachung der Haltung einschließlich des Blickpunkts des Fahrers oder dergleichen konfiguriert.
Es ist zu beachten, dass ein Projektionsempfangselement nicht auf die Windschutzscheibe 3 beschränkt ist und ein anderes Element, wie beispielsweise ein Combiner, ebenfalls anwendbar ist, sofern es sich um ein Element handelt, auf das das Bild projiziert wird. Die Bildanzeigevorrichtung 30 ist beispielsweise aus einem Projektor, einer LCD (Flüssigkristallanzeige) oder dergleichen mit einer Hintergrundbeleuchtung konfiguriert. Es können eine selbstleuchtende VFD (Vakuum-Fluoreszenzanzeige) oder dergleichen oder ein Element zur Anwendung kommen, das das Bild auf einem Bildschirm unter Verwendung einer Projektionsvorrichtung anzeigt. Ein solcher Bildschirm kann beispielsweise aus einer Mikrolinsenanordnung bestehen, die durch zweidimensionales Anordnen von Mikrolinsen erhalten wird.
Der konkave Spiegel 52 ist beispielsweise aus einem freien gebogenen Spiegel, einem Spiegel mit einer asymmetrisch geformten optischen Achse oder dergleichen konfiguriert. Insbesondere hat eine Form des konkaven Spiegels 52 zur Reduzierung der Verzerrung des virtuellen Bildes beispielsweise einen relativ geringen Krümmungsradius, um die Vergrößerungsleistung in einem oberen Bereich (der sich relativ nahe am Blickpunkt 5 des Fahrers befindet, da die optischen Strahlen, die auf diesem Bereich reflektiert wurden, auf einer unteren Seite der Windschutzscheibe 3 reflektiert werden) des konkaven Spiegels zu erhöhen. Die Form des konkaven Spiegels 52 hat hingegen einen relativ großen Krümmungsradius, um die Vergrößerungsleistung in einem unteren Bereich (der sich relativ weit vom Blickpunkt 5 des Fahrers entfernt befindet, da die optischen Strahlen, die auf diesem Bereich reflektiert wurden, auf einer oberen Seite der Windschutzscheibe 3 reflektiert werden) des konkaven Spiegels 52 zu verringern. Die Bildanzeigevorrichtung 30 kann von der optischen Achse des konkaven Spiegels 52 so geneigt werden, dass der Unterschied in der Bildvergrößerung wie oben beschrieben korrigiert wird, was zur Verringerung der Verzerrung selbst führt.
Betrachtet der Fahrer ein auf die Windschutzscheibe 3 projiziertes Bild, erkennt der Fahrer visuell das Bild als ein virtuelles Bild auf einem vorderen Teil durch die transparente Windschutzscheibe 3. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Position der Projektion des Bildes auf die Windschutzscheibe 3 durch Einstellen eines Winkels des konkaven Spiegels 52 so eingestellt, dass eine Anzeigeposition des virtuellen Bildes in Auf- und Abrichtungen auf Grundlage einer Position eingestellt werden kann, die vom Fahren betrachtet wird. Es ist zu beachten, dass ein als das virtuelle Bild angezeigter Inhalt nicht speziell eingeschränkt ist. Es können beispielsweise Fahrzeuginformationen, Navigationsinsformationen, ein Bild der Umgebung vor dem Fahrzeug, das von einer nicht dargestellten Kamera (wie etwa einer Überwachungskamera, einer 360°-Kamera oder dergleichen) erfasst wird oder dergleichen, auf geeignete Weise angezeigt werden.
Ein oben beschriebenes Bezugszeichen 115 kennzeichnet eine Kamera, die an einem Teil eines Lenkrades befestigt ist und beispielsweise den Blickpunkt 5 und die Haltung des Fahrers unter normalem sichtbarem Licht detektiert. Es ist jedoch nicht immer notwendig, diese Kamera, wie oben beschrieben, an einem Teil des Lenkrades zu befestigen. Die Kamera kann beispielsweise an einem Teil eines Armaturenbretts oder einem Teil der Windschutzscheibe 3 befestigt werden, sofern der Blickpunkt 5 des Fahrers detektiert wird.
2 zeigt ein Beispiel einer detaillierten Struktur der HUD-Vorrichtung 1 und zeigt hier, dass das Gehäuse mit den Bezugszeichen 61 und 65 gekennzeichnet ist. Die Bildanzeigevorrichtung 30 ist dazu eingerichtet, den konkaven Spiegel 52 darin zu umfassen. Eine Verzerrungskorrekturlinse oder dergleichen ist hier ferner mit dem Bezugszeichen 43 als ein optisches Element gekennzeichnet.
In dem vorliegenden Beispiel ist, wie in der Zeichnung klar zu sehen ist, der konkave Spiegel 52 so angeordnet, dass er sich in einem sehr kleinen Winkelbereich frei drehen kann, da ein Paar von Wellen auf Seitenflächen in den Gehäusen 61 und 65 ausgebildet ist. Ferner sind durch einen lösbaren Mechanismus, wie etwa eine Schraube, an einer Basis des unteren Gehäuses 65 ein Hauptträger 70, auf dem eine Steuereinheit oder dergleichen montiert ist, und eine Spiegelantriebseinheit 42 aus einem Bewegungsmechanismus einschließlich eines Motors, eines Schneckengetriebes, eines Rades und dergleichen befestigt. Das heißt, dass durch diese Spiegelantriebseinheit 42 ein Neigungswinkel des konkaven Spiegels 52 in dem sehr kleinen Winkelbereich geändert werden kann.
3 ist Diagramm, das einen Umriss eines Baubeispiels der Spiegelantriebseinheit 42 zum Ändern des Neigungswinkels des konkaven Spiegels 52 zeigt. In diesem Fall umfasst die Spiegelantriebseinheit 42, wie in 3 (a) gezeigt, in einem Gehäuse 421 mindestens einen Elektromotor 422 mit einer Drehgeschwindigkeit, die in einem weiten Bereich von Hochgeschwindigkeitsdrehung bis Niedriggeschwindigkeitsdrehung steuerbar ist, ein Schneckengetriebe 423 und eine Vielzahl von kombinierten Zahnrädern 424 zwischen einer Ausgangswelle dieses Motors und dem Schneckengetriebe. Wie in 3 (b) gezeigt, ist das Schneckengetriebe 423 durch eine partielle Kerbe an einem äußeren Umfangsteil des Gehäuses 50 befestigt, insbesondere an einem unteren Ende des die optische Komponente haltenden äußeren Gehäuses 55, um in ein Schneckenrad 411 zu greifen, das auf einem unteren Ende des konkaven Spiegels 52 ausgebildet ist.
Wie in 4 gezeigt, kann durch die Ausführung der Spiegelantriebseinheit 42 die Drehung des Elektromotors 422, der so gesteuert wird, dass er sich in dem weiten Bereich von Niedriggeschwindigkeit bis Hochgeschwindigkeit dreht, so umgewandelt werden, dass sie durch die Vielzahl von Zahnrädern 424 eine gewünschte Drehgeschwindigkeit/Antriebsleistung aufweist und kann auf das Schneckengetriebe 423 übertragen werden und außerdem kann der konkave Spiegel 52 nach vorne und hinten bewegt werden (siehe den Pfeil in der Zeichnung), während er sich durch das auf dem unteren Ende des konkaven Spiegels 52 ausgebildete Schneckenrad 411 so um die Drehachse dreht, dass der konkave Spiegel 52 so einstellt werden kann, dass er einen gewünschten Neigungswinkel aufweist. Es ist zu beachten, dass diese Zeichnung die Vielzahl von Schneckenrädern 424 zum einfachen Verständnis der Zeichnung mit einem Raum zwischen ihnen zeigt. Für Fachleute auf dem Gebiet verstünde sich jedoch, dass die Schneckenräder praktisch ineinander eingreifen.
Anschließend weist die HUD-Steuereinheit 20 eine Funktion des Steuerns des Betriebs der HUD-Vorrichtung 1 auf und die Funktion wird dadurch ausgeführt, dass eine ECU 21, die aus einer CPU (Zentrale Recheneinheit) oder dergleichen konfiguriert ist, veranlasst wird, eine Software (in einem nicht flüchtigen Speicher 22 oder einem Speicher 23 gespeichert) zu verwenden. Die Funktion kann durch eine Hardware, wie etwa einen Mikrocomputer oder einen FPGA (Field Programmable Gate Array) implementiert werden. Wie in dieser Zeichnung zu sehen ist, veranlasst die HUD-Steuereinheit 20 die Bildanzeigevorrichtung 30 auf Grundlage der Fahrzeuginformationen 4 oder dergleichen, die von der Fahrzeuginformationserfassungseinheit 10 erfasst wurden, das Bild zu erzeugen, das als das virtuelle Bild angezeigt werden soll, und projiziert das Bild auf die Windschutzscheibe 3, in dem es den von der Spiegelantriebseinheit 42 gesteuerten konkaven Spiegel 52 veranlasst, das Bild zu reflektieren. Zusätzlich dazu wird der Neigungswinkel des konkaven Spiegels 52 von der Spiegelantriebseinheit 42 wie nachstehend beschrieben gesteuert. Die HUD-Steuereinheit 20 umfasst eine Audioausgabeeinheit 24 zur Ausgabe eines Audiosignals und außerdem einen Lautsprecher 60 zur Erzeugung des Audios.
Wie in 6 gezeigt, umfasst die Informationserfassungseinheit (Vorrichtung) beispielsweise einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 101, einen Schaltknüppelpositionssensor 102, einen Scheinwerfersensor 104, einen Beleuchtungsstärkensensor 105, einen Chromatizitätssensor 106, einen Motorstartsensor 109, einen Beschleunigungssensor 110, einen Kreiselsensor 111 und einen Temperatursensor 112 sowie eine drahtlose Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikation 113, eine drahtlose Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation 114, die Kamera 115 (im Fahrzeug), eine Kamera (außerhalb des Fahrzeugs) 116, einen GPS-Empfänger 117, einen VICS-Empfänger (eingetragene Marke) 118 und dergleichen. Es müssen jedoch nicht immer alle diese Geräte enthalten sein oder es kann ein Gerät eines anderen Typs enthalten sein. Zusätzlich können die von den enthaltenen Geräten erfassten Fahrzeuginformationen 4 auf geeignete Weise verwendet werden. Auf diese Weise besteht das HUD-Steuersystem aus den Informationserfassungsgeräten, wie etwa verschiedenen, in den entsprechenden Einheiten des Fahrzeugs 2 angeordneten Sensoren, und kann verschiedene, im Fahrzeug 2 stattfindende Ereignisse erfassen und die Fahrzeuginformationen durch Erfassen/Erwerben von Werten von verschiedenen Parametern, die sich auf einen Laufzustand in einem vorbestimmten Zeitraum beziehen, erwerben und ausgeben.
Es ist zu beachten, dass der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 101 zum Erkennen der Fahrzeuggeschwindigkeit angeordnet ist und dass der Motorstartsensor 109 zum Erkennen des Motorstarts angeordnet ist und sein System zum Zeitpunkt des Motorstarts startet.
7 zeigt ferner ein Ausführungsbeispiel der Blickpunktdetektionssteuereinheit 6, bei dem die Blickpunktdetektionskamera (in 7 mit Bezugszeichen 604 gekennzeichnet), die die Kamera 115 (im Auto) ist, an zentraler Stelle steht. Auch in dem vorliegenden Beispiel ist die Blickpunktdetektionssteuereinheit 6 ähnlich aus einer ECU 600, die ein Rechenprozessor ist, einer in einem nicht flüchtigen Speicher 611 oder einem Speicher 612 gespeicherten Software, der Kamerasteuereinheit 610, die die Kamera 604 steuert, und dergleichen konfiguriert und betreibt/steuert die Blickpunktdetektionskamera 604 durch die Kamerasteuereinheit 610 und detektiert die Blickpunktposition des Fahrers auf der Grundlage der Bildsignalausgabe von dieser Blickpunktdetektionskamera 604. Es ist zu beachten, dass das Detektionssignal durch die Kommunikationseinheit 613 an die HUD-Steuereinheit 20 übertragen wird.
Es erübrigt sich im Grunde, zu erwähnen, dass die vorstehend beschriebene HUD-Vorrichtung die Position des virtuellen, auf die Windschutzscheibe 3 des Fahrzeugs 2 projizierten Bildes durch Steuern des Neigungswinkels des konkaven Spiegels 2 in Übereinstimmung mit der Blickpunktposition des Fahrers einstellt/steuert, indem die Blickpunktdetektionskamera 604 verwendet wird, die das Mittel ist, das an einem Teil des Lenkrads befestigt ist und den Blickpunkt des Fahrers detektiert.
<Detektion der Blickpunktposition des Fahrers>
Nachstehend wird die Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 5 durch die HUD-Vorrichtung 1, von der nachstehend eine detaillierte Ausführung beschrieben wird, erläutert. Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung die Blickpunktposition des Fahrers selbst im Dunkeln, wie etwa bei Nacht oder in einem Parkhaus ohne zusätzliche Lichtquelle, wie z. B. eine Infrarot-LED, detektiert, d. h. durch die Verwendung des Beleuchtungslichts der Bildanzeigevorrichtung 30, die ursprünglich eine Hauptkomponente ist, die die HUD-Vorrichtung 1 konfiguriert, und eine Gesamtausführung der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt.
In dieser Zeichnung ist außerdem klar zu sehen, dass in der vorliegenden Erfindung (ausschließlich) weißes Licht von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugt wird und dieses weiße Licht wird als Beleuchtungslicht zur Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 51 verwendet. Anders ausgedrückt ist das Licht (Bildlicht) von der HUD-Vorrichtung 1, die dem Fahrer 51 das virtuelle Bild anzeigt, ursprünglich auf den Blickpunkt des Fahrers ausgerichtet, weshalb das von dieser HUD-Vorrichtung 1 kommende weiße Licht auf einen Bereich in der Nähe einer Mitte der Augen des Fahrers 51 emittiert wird. Wird dieses emittierte weiße Licht als das Beleuchtungslicht verwendet, kann die Blickpunktposition des Fahrers 51 dementsprechend unter Verwendung der Kamera 115 im Auto erfasst werden, die das Fahrerüberwachungssystem (DMS) ohne die Verwendung der zusätzlichen Lichtquelle, wie etwa der Infrarot-LED, konfiguriert. Da die zusätzliche Lichtquelle, wie etwa die Infrarot-LED, nicht notwendig ist, kann die Anzahl der Bestandteile dementsprechend niedrig gehalten werden, um eine kostengünstige Vorrichtung zu erhalten.
Da das als Beleuchtungslicht von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte weiße Licht emittiert wird, erfolgt die Emission bevorzugt zu einem bestimmten Zeitpunkt (wie etwa dem Einführen eines (Zünd-) Schlüssels für den Motor), zu dem der Fahrer 51 am Fahrersitz sitzt und den Antrieb startet, wie später ausführlich beschrieben. Das Beleuchtungslicht wird außerdem nicht nur nachts verwendet, sondern auch tagsüber, sofern Dunkelheit herrscht (an einem Ort wie etwa einem Parkhaus). Bei großer Helligkeit tagsüber kann die Blickpunktposition des Fahrers 51 hingegen von der Kamera 115 im Auto erfasst werden, ohne dass das von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte weiße Licht verwendet wird. Das von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte weiße Licht kann bei Bedarf außerdem auf der Grundlage eines Erfassungssignals von einem Beleuchtungsstärkensensor (siehe Bezugszeichen 105 in 6), der zum Erfassen der Helligkeit außerhalb des Autos angeordnet ist, eingeschaltet werden.
<Detektionsvorgang (Positionseinstellung) der Blickpunktposition des Fahrers>
Als nächstes werden nachstehend mit Bezug auf ein Flussdiagramm aus 9 die Details des Detektionsvorgangs (Positionseinstellung) des Blickpunkts des Fahrers 51 in der HUD-Vorrichtung 1 erläutert. Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar hervorgeht, detektiert die HUD-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Blickpunktposition des Fahrers 51 durch Emittieren des (ausschließlich) weißen Lichts von der HUD-Vorrichtung 1 (nachstehend auch als „ausschließlich weiße Anzeige“ oder „HUD-Licht“ bezeichnet), und stellt infolgedessen mit Bezug auf die Blickpunktposition eine Richtung des Bildlichts ein, das das von der Spiegelantriebseinheit 42 erzeugte virtuelle Bild anzeigt (siehe 3 oder 4) . Daher wird grundsätzlich angenommen, dass das Fahrzeug nicht fährt. Die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs wird mittels des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 101 (siehe 6) überwacht und wird festgestellt, dass die Fahrtgeschwindigkeit einen vorgegebenen Wert erreicht hat, wird die Einstellung bevorzugt sofort gestoppt und es erfolgt die normale Anzeige der HUD-Vorrichtung oder es erfolgt bevorzugt keine Anzeige der HUD-Vorrichtung.
Zunächst wird in 9, wenn der Detektionsvorgang (Positionseinstellung) der Blickpunktposition des Fahrers 51 von der HUD-Vorrichtung 1 gestartet wird, beurteilt, ob z. B. eine Stromquelle (Zündung) gemäß der Einführung des (Zünd-)Schlüssels für den Motor EIN ist, um den Aktivierungszustand des Fahrzeugs zu bestätigen (S901) . Ist das Ergebnis der Beurteilung „JA“, wird die von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte Anzeige auf die ausschließlich weiße Anzeige eingestellt (auch als „Anzeige mit ausschließlich weißer Oberfläche“ bezeichnet) (S902). Genauer gesagt wird durch die Steuerung der Bildsignaleingabe an die Bildanzeigevorrichtung 30 durch die ECU 21, die der Rechenprozessor ist, das vom Projektor projizierte HUD-Licht, die LCD (Flüssigkristallanzeige) oder dergleichen beispielsweise zu dem ausschließlich weißen Anzeigelicht, das ein Anzeigelicht ist, das ausschließlich einfarbig ist und eine horizontal lange, rechteckige Form aufweist, d. h. ein Anzeigelicht für eine horizontale Breite eines Gesichts einer Person, die der Fahrer ist, geändert. Ist das Ergebnis der Beurteilung in S901 jedoch „Nein“, wird nach dem Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne derselbe Beurteilungsprozess noch einmal wiederholt.
Als nächstes wird die Spiegelantriebseinheit 42 (5) der HUD-Vorrichtung 1 in den Anzeigezustand mit ausschließlich weißer Oberfläche gebracht, sodass der konkave Spiegel 52 gedreht und bewegt wird (S903). Es ist zu beachten, dass diese Drehbewegung erfolgt, während sich das Licht in einem bestimmten Bereich auf dem Gesicht des Fahrers 51 hin und her bewegt, bis der Blickpunkt des Fahrers 51 detektiert wird (S904) . Mit anderen Worten wird, wie in 10(a) gezeigt, die von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte Anzeige mit ausschließlich weißer Oberfläche in der Regel so eingestellt, dass sie in der Nähe eines Augapfels auf dem Gesicht des Fahrers 51 erfolgt. Daher kann durch die Hin- und Herbewegung auf dem konkaven Spiegel 52 in dem bestimmten Bereich die von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte Anzeige mit ausschließlich weißer Oberfläche exakt emittiert werden, während sie sich über das Gesicht das Fahrers 51 bewegt, wie in 10(b) bis 10(c) gezeigt, um schließlich einen Bereich in der Nähe des Augapfels des Fahrers 51 zu erreichen, wie in 10(d) gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt wird der konkave Spiegel 52 bevorzugt (auf eine Position in 9(d)) eingestellt, indem das DMS 6 verwendet wird, während das zum Fahrer 51 emittierte HUD-Licht überprüft wird, sodass das HUD-Licht auf einer Augenmitte platziert wird.
Demgemäß kann die Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 51 durch die Verwendung der Kamera 115 im Auto, die das DMS 6 konfiguriert, exakt erfolgen. Lautet das Ergebnis der Beurteilung (bei der Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 51: S904) über einen vorgegebenen Zeitraum weiterhin „Nein“, bzw. lautet ein Beurteilungsergebnis (S905), darüber, ob als Zeitraum, in dem der Blickpunkt nicht detektiert wird, 10 Sekunden oder mehr verstreichen, „Nein“, kehrt der Prozess zur Bewegung des konkaven Spiegels 52 zurück (S903). Lautet das Ergebnis jedoch „Ja“, d. h. kann der Fahrer 51 nicht detektiert werden, kehrt die Position des konkaven Spiegels 52 zu einer Standardposition (S906) zurück und eine Reihe von Prozessen wird beendet (die Positionseinstellung wird beendet) . Dann fährt der Prozess mit der normalen Anzeige des HUD fort. Für Fachleute auf dem Gebiet sollte es sich verstehen, dass die Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 51 unter Verwendung der Kamera 115 im Auto durch die Extraktion des erfassten Gesichtsbildes des Fahrers 51 auf Grundlage von Bildanalyse erreicht werden kann.
Lautet in der vorliegenden Ausführungsform das Ergebnis der Beurteilung (bei der Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 51: S904) „Ja“, wird ein Sitzzustand des Fahrers 51 auf dem Fahrersitz auf Grundlage der Bildanalyse des von der Kamera 115 im Auto aufgenommenen Bildes erfasst oder beurteilt und es wird ein Ergebnis der Erfassung/Beurteilung angezeigt. Das heißt, dass im vorliegenden Beispiel zunächst beurteilt wird, ob der detektierte Blickpunkt des Fahrers 51 in der Mitte des von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugten Lichts mit ausschließlich weißer Oberfläche platziert ist (S907). Es wird außerdem beurteilt, ob sich die Position des Blickpunkts des Fahrers 51 in der Tiefenrichtung in der Nähe einer Kopfstütze befindet, d. h. , ob der Fahrer korrekt auf dem Fahrersitz sitzt (S908).
Lauten die Ergebnisse beider Beurteilungen S907 und S908 „Ja“, wird die Bewegung des konkaven Spiegels 52 gestoppt (S909) und eine Reihe von Prozessen wird beendet. In diesem Fall wird gleichzeitig auch die von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte Anzeige mit ausschließlich weißer Oberfläche gestoppt. Lautet das Ergebnis der Beurteilung S907 „Nein“, kehrt der Prozess hingegen zur Bewegung des konkaven Spiegels 52 (S903) zurück und es werden außerdem die Beurteilung (bei der Detektion der Blickpunktposition des Fahrers 51: S904) und die Beurteilung (bei der Detektion, ob sich der Blickpunkt in der Mitte des HUD-Lichts befindet: S907) wiederholt.
Lautet hingegen das Ergebnis der Beurteilung S908 „Nein“, bedeutet das, dass der Fahrer 51 nicht korrekt auf dem Sitz sitzt und daher wird die Anzeige der HUD-Vorrichtung 1 zu einer Alarmanzeige, wie etwa einer Nachricht wie „Setzen Sie sich korrekt auf den Sitz“ geändert, die den Fahrer dazu anhält, beispielsweise nur für einen vorgegeben Zeitraum, wie etwa drei Sekunden, die richtige Position am Sitz einzunehmen (S910) . In diesem Zustand ist jedoch die Wahrscheinlichkeit hoch, dass sogar die von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte Alarmanzeige vom Fahrer nicht gesehen werden kann. In einem solchen Fall ist es daher anstelle oder zusätzlich zu der von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugten Anzeige beispielsweise wirksam, einen Audioausgabealarm über den Lautsprecher 60 in 5 auszugeben.
Dann wird ferner beurteilt, ob die vorstehend beschriebene Alarmanzeige der erste (ursprüngliche) Alarm ist (S911) . Lautet das Ergebnis der Beurteilung „Erstes Mal (Ja)“, kehrt der Prozess zur Bewegung des konkaven Spiegels 52 zurück (S903) und die vorstehend beschriebenen Schritte werden wiederholt. In diesem Fall wird die Alarmanzeige auf die Anzeige mit ausschließlich weißer Oberfläche zurückgesetzt. Ist das Ergebnis der Beurteilung jedoch nicht der erste Alarm (Erstes Mal), sondern zeigt an, dass schon ein Alarm ausgegeben wurde („Nein“), bedeutet dies, dass die Position des Fahrers fehlerhaft ist und daher wird der konkave Spiegel 52 in die Standardposition zurückgesetzt (S912) und eine Reihe von Prozessen wird beendet (die Positionseinstellung wird beendet) und der Prozess fährt anschließend mit der normalen Anzeige der HUD-Vorrichtung 1 fort.
<Anderes Anwendungsbeispiel>
Wird die Position des Blickpunkts 5 des Fahrers 51, wie vorstehend beschrieben, nur unter Verwendung des Kamerabildes von der Kamera 115 im Auto erfasst, ist eine Distanz in der Tiefenrichtung unklar (oder fehlerhaft) und in manchen Fällen kann keine ausreichende Genauigkeit erreicht werden. Dementsprechend wird zusätzlich zu der Position des Blickpunkts 5 des Fahrers 51 bevorzugt die Distanz zu dem Blickpunkt (in der Tiefenrichtung) korrekt gemessen, weshalb ein Anwendungsbeispiel hierfür nachstehend im Detail beschrieben wird.
In einem Abschnitt der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde die Bewegung des HUD-Lichts auf dem Gesicht des Fahrers 51 in der Auf- und Abrichtung beschrieben, wobei das HUD-Licht ausschließlich einfarbig ist und die horizontal lange, rechteckige Form aufweist (eine Breite in der vertikalen Richtung ist außerdem bevorzugt konstant), die von der HUD-Vorrichtung 1 projiziert wird. Das bedeutet, dass das von der HUD-Vorrichtung 1 projizierte HUD-Licht wie in 11 gezeigt konfiguriert ist, wenn sich der konkave Spiegel 52 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, sodass eine Distanz von der Lichtquelle zum Gesicht kleiner ist, wenn sich das Gesicht des Fahrers 51 näher an einer vorderen Seite (Seite des Lenkrads) befindet, während die Distanz von der Lichtquelle zum Gesicht größer ist, wenn sich das Gesicht desselbigen näher an einer hinteren Seite (Seite der Kopfstütze) befindet. Wird der konkave Spiegel 52 mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, ist ein Bewegungsbetrag des HUD-Lichts folglich kleiner, wenn sich das Gesicht näher an der vorderen Seite befindet, während der Bewegungsbetrag des HUD-Lichts größer ist, wenn sich das Gesicht näher an einer hinteren Seite befindet (siehe Pfeil in 11).
Wird hiervon Gebrauch gemacht, kann der Bewegungsbetrag (die Pixelanzahl) pro Einheit Zeit in einem Rand des HUD-Lichts in die Distanz umgewandelt werden , sodass die Distanz zum Fahrer 51 in der Tiefenrichtung erhalten werden kann. Dies wird in 12 gezeigt. Die Breiten des HUD-Lichts in der vertikalen Richtung auf dem Gesicht des Fahrers 51 zum Zeitpunkt „t = t₀, t₁ und t₂“ oder die Bewegungsbeträge L₁ und L₂, wenn sich das Gesicht des Fahrers 51 näher an der vorderen Seite (Seite des Lenkrads) befindet (siehe 12(a)), sind geringer als die Breiten des HUD-Lichts in der vertikalen Richtung auf dem Gesicht des Fahrers 51 zum Zeitpunkt „t = t₀, t₁ und t₂“ oder die Bewegungsbeträge L₁' und L₂' , wenn sich das Gesicht des Fahrers 51 näher an der hinteren Seite (Seite der Kopfstütze) befindet (siehe 12(b)), wie in der Zeichnung klar zu sehen ist (L₁< L₁' , L₂< L₂'). Es ist zu beachten, dass die Umwandlung der Distanz zum Fahrer 51 in der Tiefenrichtung durch die ECU 600 offensichtlich auf einfache Weise erhalten werden kann.
In einem Abschnitt der vorstehenden Erklärung wurde beschrieben, dass das von der HUD-Vorrichtung 1 erzeugte HUD-Licht zur Durchführung des Detektionsvorgangs (Positionseinstellung) der Blickpunktposition des Fahrers 51 das (ausschließlich) weiße Licht ist. Dieses Licht wird zum korrekteren Messen der Distanz von der Kamera 115 im Auto zu dem Blickpunkt des Fahrers ausgewählt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Licht beschränkt. Anstelle des weißen Lichts könnte das Licht auch ausschließlich eine einzige andere Farbe, wie etwa Gelbgrün, das vom menschlichen Auge als weich wahrgenommen wird, aufweisen. Das HUD-Licht muss außerdem nicht ausschließlich einfarbig sein und die horizontal lange, rechteckige Form aufweisen, sondern kann bei weiterer Berücksichtigung der Analyse des Bildes (wie der Analyse des Bewegungsbetrags) durch die Kamera 115 im Auto und dergleichen auch eine Rasteranzeige mit einer sich horizontal und vertikal kreuzenden Rasterform im rechteckigen Licht aufweisen.
Wie vorstehend ausführlich beschrieben, kann gemäß der HUD-Vorrichtung 1 der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Blickpunktposition des Fahrers, der der Betrachter des projizierten virtuellen Bildes ist, mittels des Fahrerüberwachungssystems (DMS), das in der Regel auf dieser Vorrichtung montiert und durch das sichtbare Licht angetrieben ist, exakt detektiert werden, um die Position des Fahrers zu bestätigen. Auf diese Weise wird eine Head-up-Display-Vorrichtung erhalten, die sowohl praktisch als auch wirtschaftlich hervorragend ist und eine bessere Steuerung des projizierten virtuellen Bildes bewirken kann.
Vorstehend wurde die von den genannten Erfindern gemachte Erfindung auf Grundlage der Ausführungsformen konkret beschrieben. Es muss jedoch nicht erwähnt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist, sondern innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können. Zum Beispiel wurden die oben beschriebenen Ausführungsformen ausführlich erklärt, um die vorliegende Erfindung leicht verständlich zu machen, und sie sind nicht immer auf das oben beschriebene System mit allen Strukturen beschränkt. Außerdem kann ein Teil der Struktur einer Ausführungsform durch die Struktur einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und die Struktur einer anderen Ausführungsform kann zur Struktur einer Ausführungsform hinzugefügt werden. Darüber hinaus kann eine andere Struktur zu einem Teil der Struktur jeder Ausführungsform hinzugefügt/davon entfernt/durch einen Teil der Struktur jeder Ausführungsform ersetzt werden.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann für eine Head-up-Display-Vorrichtung verwendet werden, die Bilder auf eine transparente Glasplatte oder dergleichen projiziert.
Bezugszeichenliste
1...HUD-Vorrichtung, 2 ... Fahrzeug, 3...Windschutzscheibe, 4...Fahrzeuginformationen, 5 ... Blickpunkt des Fahrers, 6... Blickpunktdetektionssystem (Blickpunktdetektionssteuereinheit), 20 ... Steuereinheit, 21...ECU, 22 ... nichtflüchtiger Speicher, 23...Speicher, 30...Bildanzeigevorrichtung, 42...Spiegelantriebseinheit, 51...Fahrer, 101...Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, 109...Motorstartsensor
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016068577 [0004]
JP 2015219631 [0004]
JP 2014199385 [0004]
JP 2016014861 [0004]

Claims

Head-up-Display-Vorrichtung, umfassend: eine Bildanzeigevorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Lichtquelle und ein Anzeigeelement zu haben und ein Bild zu erzeugen; ein Bildlichtprojektionsmittel, das dazu eingerichtet ist, ein virtuelles Bild auf einem vorderen Teil eines Fahrzeugs durch Projizieren des von der Bildanzeigevorrichtung emittierten und auf eine Windschutzscheibe zu reflektierenden Bildlichts anzuzeigen; und ein Erfassungsmittel zum Erfassen des Blickpunkts des Fahrers, das dazu eingerichtet ist, den Blickpunkt des Fahrers zu erfassen, wobei das Bildlichtprojektionsmittel ein Mittel umfasst, das aus ausschließlich einfarbigem sichtbarem Licht bestehendes Beleuchtungslicht erzeugt, das in einem vorgegebenen Zustand des Fahrzeugs auf ein Gesicht des Fahrers emittiert wird.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Zustand des Fahrzeugs ein Zustand ist, in dem eine Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs einen vorgegebenen Wert nicht erreicht.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Zustand des Fahrzeugs einen Zustand umfasst, in dem der Fahrer auf dem Fahrersitz sitzt.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der vorgegebene Zustand des Fahrzeugs einen Zustand umfasst, in dem der Fahrer das Fahrzeug startet.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das ausschließlich aus dem einfarbigen, von dem Bildlichtprojektionsmittel auf das Gesicht des Fahrers emittierten Licht bestehende Beleuchtungslicht Licht mit rechteckiger Form ist, das ausschließlich einfarbig ist und eine horizontale Breite aufweist, die einer horizontalen Breite des Gesichts des Fahrers entspricht.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei dem Licht mit rechteckiger Form ferner eine Rasteranzeige hinzugefügt ist.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Bildlichtprojektionsmittel ein Mittel umfasst, das dazu eingerichtet ist, das Beleuchtungslicht entlang eines Gesichts des Fahrers auf und ab zu bewegen.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Erfassungsmittel zum Erfassen des Blickpunkts des Fahrers ferner eine Position des Blickpunkts des Fahrers in einer Tiefenrichtung erfasst.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das von dem Bildlichtprojektionsmittel erzeugte Beleuchtungslicht weißes Licht ist.
Head-up-Display-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erfassungsmittel zum Erfassen des Blickpunkts des Fahrers ferner ein Mittel umfasst, das dazu eingerichtet ist, den Fahrer über Audio auf ein Detektionsergebnis des Erfassungsmittels zum Erfassen des Blickpunkts des Fahrers aufmerksam zu machen.