JP2008151992A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数配置される表示手段あるいは撮像手段の配置位置の自由度を向上させ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】複数の表示手段２〜４から発せられる可視光（表示光）Ｌ１〜Ｌ３をコンバイナ部材（ウインドシールド）Ｗ１にて利用者（運転者）Ｄ１に向けて反射して表示像（虚像）Ｖ１〜Ｖ３を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置である。複数配列され各々が可動する微小な平面鏡を備え、前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して各表示手段２〜４から発せられる各可視光Ｌ１〜Ｌ３を表示像Ｖ１〜Ｖ３が結像可能な方向に制御して反射するマイクロミラーデバイス５を備えてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材にて利用者に向けて反射して表示像を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置に関し、特に複数の表示手段を備える、あるいは利用者を撮像する複数の撮像手段を備える構造に関する。

従来、この種のヘッドアップディスプレイ装置としては、複数の表示手段を備え、複数の表示像を結像するあるいは表示像を複数色にて表示可能とする構成が知られている（例えば特許文献１参照）。複数の表示手段を備える構成においては、その配置位置によって各表示手段の光軸が異なる場合がある。この問題を解決するために、例えば特許文献１には、前記表示手段の光路上に波長によって光の反射あるいは透過を選択可能であるハーフミラーを配置して前記各表示手段の光軸を統合する手法が開示されている。

また、ヘッドアップディスプレイ装置として、例えば下記特許文献２に記載されているように、利用者を撮影する撮影装置をヘッドアップディスプレイ装置の光路上に配置するものが知られている。かかる構成とすることでヘッドアップディスプレイ装置のコンバイナや反射部材を前記利用者の撮影にも用いることが可能であり、撮像に要する専用の部材を低減し、より簡素な構成で前記利用者（特に利用者の顔部）を撮影して前記利用者の眼の位置を算出することが可能となっている。前記利用者の眼の位置の算出結果は、特許文献１に開示される表示像の位置調整のみならず、前記利用者の視線あるいは視点の検出や脇見あるいは居眠り等の利用者の状態判定に利用可能である。かかる構成においても表示手段の光軸と撮像手段の光軸とが異なる場合があるため、前述のようなハーフミラーを配置してそれぞれの光軸を統合する手法を用いることが考えられる。
特開平１１−９１４０４号公報 特開平０８−１５６６４６号公報

しかしながら、前述のようなハーフミラーによる透過あるいは反射の選択によって光軸を統合する手法は、複数の表示手段を備える構成においては表示手段あるいは撮像手段の個数が増加すると各表示手段を光軸が統合可能な位置に配置しなければならないために撮像手段の配置位置の自由度が制限されてしまうという問題点があった。

本発明は、前述した問題点に着目し、複数配置される表示手段あるいは撮像手段の配置位置の自由度を向上させ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。

本発明は、前記課題を解決するために、複数の表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材にて利用者に向けて反射して表示像を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置であって、複数配列され各々が可動する微小な平面鏡を備え、前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して前記各表示手段から発せられる前記各可視光を前記表示像が結像可能な方向に制御して反射するマイクロミラーデバイスを備えてなることを特徴とする。

本発明は、前記課題を解決するために、表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材にて利用者に向けて反射して表示像を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置であって、前記利用者をそれぞれ異なる方向から撮像するための複数の撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて前記利用者の眼の位置を算出する画像処理手段と、複数配列され各々が可動する微小な平面鏡を備え、前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して前記表示手段から発せられる前記可視光を前記コンバイナ部材に向けて反射し、また、前記利用者及び前記コンバイナ部材にて反射される光線を前記撮像手段が感受可能な方向に制御して反射するマイクロミラーデバイスと、を備えてなることを特徴とする。

また、利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段を備え、前記撮像手段は、前記光線として赤外線を感受することを特徴とする。

また、前記コンバイナ部材は、車両のウィンドシールドからなることを特徴とする。

また、前記コンバイナ部材は、車両のダッシュボードに配設される凹面鏡からなることを特徴とする。

また、前記表示像の結像位置を調整可能な調整手段を備え、前記画像処理手段の算出結果に基づいて前記調整手段によって前記表示像の結像位置を調整することを特徴とする。

本発明は、表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材にて利用者に向けて反射して表示像を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置に関し、複数配置される表示手段あるいは撮像手段の配置位置の自由度を向上することが可能となる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。

以下、本発明の第一の実施形態であるヘッドアップディスプレイ装置を添付図面に基づいて説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置は、図１に示すように、ハウジング１と、第一，第二，第三の表示手段２，３，４と、マイクロミラーデバイス５と、凹面鏡６と、によって主に構成されている。

かかるヘッドアップディスプレイ装置は、図１に示すように、第一，第二，第三の表示手段２，３，４から発せられる表示光（可視光）Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がウインドシールドＷ１（コンバイナ部材）によって運転者（利用者）Ｄ１に向けて反射されることで車両前方（ウインドシールドＷ１側）に位置するように虚像（表示像）Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が形成されるものである。

ハウジング１は、遮光性の合成樹脂材からなり、第一〜第三の表示手段２〜４，マイクロミラーデバイス５及び凹面鏡６を収納するものである。

第一，第二，第三の表示手段２，３，４は、それぞれハウジング１内に異なる角度で配設されるものであり、光源である可視光ＬＥＤ２ａ，３ａ，４ａと表示像の形状を規定する液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂ等を有する周知の表示手段である。

可視光ＬＥＤ２ａ，３ａ，４ａは、例えばチップＬＥＤが適用でき、図示しない配線基板に搭載される。なお、可視光ＬＥＤ２ａ，３ａ，４ａは白色の発光を示すものである。

液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂは、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前面に表示画素に応じて設けられる赤色層，緑色層及び青色層を有するカラーフィルタが配設されてなるものである。また、液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂの前後面には偏光膜（偏光部材）が貼着されている。液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂは、ハウジング１内に設けられ、液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂの後方に設けられる可視光ＬＥＤ２ａ，３ａ，４ａからの照明光が照射される位置に設けられる。液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂを透過した照明光は、表示光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３としてそれぞれマイクロミラーデバイス５へ出射される。液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂは、例えば車両に設けられる車速センサやエンジン回転センサからの出力信号に基づいて車速，エンジン回転数を計測する演算回路（図示しない）及びこの演算結果に基づいて液晶を駆動する液晶駆動回路（図示しない）によって、車両の速度，エンジン回転数の計測値等を数値として表すことができる。なお、液晶表示素子２ｂ，３ｂ，４ｂは、本実施形態においてはＴＦＴ方式のものが適用され、フルカラー表示が可能である。

マイクロミラーデバイス５は、可動式の微小な平面鏡をマトリクス状に複数配列してなるものであり、駆動回路（図示しない）によって前記各平面鏡を所定時間毎あるいは個別に角度調整可能なものであり、光軸の異なる第一，第二，第三の表示手段２，３，４から出射される表示光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をその出射方向を略同一方向に統合・制御して凹面鏡６に向かって反射するため光学部材である。マイクロミラーデバイス５を所定時間毎に制御する場合は、前記所定時間毎に第一の表示手段２からの表示光Ｌ１をあらかじめ規定される出射方向で凹面鏡６に向けて反射可能な第一の角度に前記平面鏡を制御する第一の角度調整と、第二の表示手段３からの表示光Ｌ２をあらかじめ規定される前記出射方向で凹面鏡６に向けて反射可能な第二の角度に前記平面鏡を制御する第二の角度調整と、第三の表示手段４からの表示光Ｌ３をあらかじめ規定される前記出射方向で凹面鏡６に向けて反射可能な第三の角度に前記平面鏡を制御する第三の角度調整と、を順次行う制御を実行する。また、マイクロミラーデバイス５の前記平面鏡を個別に制御する場合は、第一の表示手段２からの表示光Ｌ１が照射される領域の平面鏡に対して前記第一の角度調整を行い、また、第二の表示手段３からの表示光Ｌ２が照射される領域の平面鏡に対して前記第二の角度調整を行い、また、第三の表示手段３からの表示光Ｌ３が照射される領域の平面鏡に対して前記第三の角度調整を行う制御を実行する。

凹面鏡６は、ハウジング１内にマイクロミラーデバイス５と対向するように設けられマイクロミラーデバイス５を介して投射される表示光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３をウインドシールドＷ１に向けて反射させるものであり、運転者Ｄ１が表示光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を視認し易いように図示しないモータやギア等で構成される角度調整手段６ａ（調整手段）にて角度調節可能に設けられている。角度調整手段６ａにて凹面鏡６を回動させることにより虚像Ｖ１〜Ｖ３の結像位置を調整することができる。また、凹面鏡６は、表示光Ｌ１〜Ｌ３を拡大して表示させるために、所定の曲率を有する反射面にて形成されている。

かかるヘッドアップディスプレイ装置は、複数の表示光Ｌ１〜Ｌ３の光路上にマイクロミラーデバイス５を配設し、マイクロミラーデバイス５の前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して第一〜第三の表示手段２〜３から発せられる各表示光Ｌ１〜Ｌ３を虚像Ｖ１〜Ｖ３が結像可能とするべく所定の出射方向に統合・制御して反射するものである。したがって、マイクロミラーデバイス５によって表示光Ｌ１〜Ｌ３の出射方向を自由に調整することができるため、複数配置される表示手段２〜３の配設位置の自由度を向上させることができる。

なお、本第一の実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置のコンバイナ部材としてウインドシールドＷ１を用いる構成であったが、本発明が適用されるヘッドアップディスプレイ装置は、専用のコンバイナ部材として車両のダッシュボードに凹面鏡を設けるものであっても良い。

次に、以下、本発明の第二の実施形態であるヘッドアップディスプレイ装置を添付図面に基づいて説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置は、図２に示すように、ハウジング１１と、表示手段１２と、第一，第二の撮像手段１３，１４と、マイクロミラーデバイス１５と、凹面鏡１６と、画像処理手段１７と、によって主に構成されている。

かかるヘッドアップディスプレイ装置は、図２に示すように、表示手段１２から発せられる表示光（可視光）Ｌ１１がウインドシールドＷ１１（コンバイナ部材）によって運転者（利用者）Ｄ１１に向けて反射されることで車両前方（ウインドシールドＷ１１側）に位置するように虚像（表示像）Ｖ１１が形成されるものである。また、かかるヘッドアップディスプレイ装置は、運転者Ｄ１１から反射された光線（本実施形態においては可視光）Ｒ１１，Ｒ１２がウインドシールドＷ１１及び凹面鏡１６によってマイクロミラーデバイス１５に向けて反射されるとともにマイクロミラーデバイス１５の制御によって第一，第二の撮像手段６，７に向けて反射されることで運転者Ｄ１１（の特に顔部）が撮像されるものである。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置の光路を利用して運転者Ｄ１１の撮像を行うことができ、より簡素な構成で運転者Ｄ１１を撮像することができるものである。なお、マイクロミラーデバイス１５の制御については後で詳述する。

ハウジング１１は、遮光性の合成樹脂材からなり、表示手段１２と、第一，第二の撮像手段１３，１４と、マイクロミラーデバイス１５と、凹面鏡１６と、画像処理手段１７と、を収納するものである。

表示手段１２は、ハウジング１１内に配設されるものであり、光源である可視光ＬＥＤ１２ａと表示像の形状を規定する液晶表示素子１２ｂ等を有する周知の表示手段である。

可視光ＬＥＤ１２ａは、例えばチップＬＥＤが適用でき、図示しない配線基板に搭載される。なお、可視光ＬＥＤ１２ａは白色の発光を示すものである。

液晶表示素子１２ｂは、一対の透光性基板に液晶を封入した液晶セルの前面に表示画素に応じて設けられる赤色層，緑色層及び青色層を有するカラーフィルタが配設されてなるものである。また、液晶表示素子１２ｂの前後面には偏光膜（偏光部材）が貼着されている。液晶表示素子１２ｂは、ハウジング１１内に設けられ、液晶表示素子１２ｂの後方に設けられる可視光ＬＥＤ１２ａからの照明光が照射される位置に設けられる。液晶表示素子１２ｂを透過した照明光は、表示光Ｌ１１としてマイクロミラーデバイス１５へ出射される。液晶表示素子１２ｂは、例えば車両に設けられる車速センサやエンジン回転センサからの出力信号に基づいて車速，エンジン回転数を計測する演算回路（図示しない）及びこの演算結果に基づいて液晶を駆動する液晶駆動回路（図示しない）によって、車両の速度，エンジン回転数の計測値等を数値として表すことができる。なお、液晶表示素子１２ｂは、本実施形態においてはＴＦＴ方式のものが適用され、フルカラー表示が可能である。

第一，第二の撮像手段１３，１４は、光線を感受して画像（本実施形態では運転者Ｄ１の顔部画像）を撮像するＣＣＤカメラ等からなるものであり、それぞれ異なる角度でマイクロミラーデバイス１５と対向するようにハウジング１１内に配設される。なお、第一，第二の撮像手段１３，１４は、前記光線として赤外線を感受する赤外線カメラを用いるものであってもよく、かかる構成においては別途赤外線ＬＥＤ等からなる赤外線照射手段を車内に設け、運転者Ｄ１１に向けて赤外線を照射することが必要となる。

マイクロミラーデバイス１５は、可動式の微小な平面鏡をマトリクス状に複数配列してなるものであり、駆動回路（図示しない）によって前記各平面鏡を所定時間毎あるいは個別に角度調整可能なものであり、それぞれ光軸の異なる表示手段１２及び第一，第二の撮像手段１３，１４に対して、表示手段１２からの表示光Ｌ１１を凹面鏡１６に向かって反射し、また、運転者Ｄ１１を反射した光線Ｒ１１，Ｒ１２を第一，第二の撮像手段１３，１４に向けて反射するための光学部材である。マイクロミラーデバイス１５を所定時間毎に制御する場合は、前記所定時間毎に表示手段１２からの表示光Ｌ１１を虚像Ｖ１１が結像可能な出射方向で凹面鏡１６に向けて反射する第四の角度に前記平面鏡を制御する第四の角度調整と、運転者Ｄ１１，ウインドシールドＷ１１及び凹面鏡１６を反射してマイクロミラーデバイス１５に照射される光線Ｒ１１を第一の撮像手段１３が受光可能な方向に反射する第五の角度（すなわち、光線Ｒ１１を第一の撮像手段１３の撮像光軸に合わせて反射可能な角度）に前記平面鏡を制御する第五の角度調整と、運転者Ｄ１１，ウインドシールドＷ１１及び凹面鏡１６を反射してマイクロミラーデバイス１５に照射される光線Ｒ１２を第二の撮像手段１４が受光可能な方向に反射する第六の角度（すなわち、光線Ｒ１２を第二の撮像手段１４の撮像光軸に合わせて反射可能な角度）に前記平面鏡を制御する第六の角度調整と、を順次行う制御を実行する。また、マイクロミラーデバイス１５の前記平面鏡を個別に制御する場合は、表示手段１２からの表示光Ｌ１１が照射される領域の平面鏡に対して前記第四の角度調整を行い、また、光線Ｒ１１が照射される領域の平面鏡に対して前記第五の角度調整を行い、また、光線Ｒ１２が照射される領域の平面鏡に対して前記第六の角度調整を行う制御を実行する。

凹面鏡１６は、ハウジング１１内にマイクロミラーデバイス１５と対向するように設けられマイクロミラーデバイス１５を介して投射される表示光Ｌ１１をウインドシールドＷ１１に向けて反射し、また、運転者Ｄ１１及びウインドシールドＷ１１を反射して照射される光線Ｒ１１，Ｒ１２をマイクロミラーデバイス１５に向けて反射させるものであり、運転者Ｄ１１が表示光Ｌ１１を視認し易いように図示しないモータやギア等で構成される角度調整手段６ａ（調整手段）にて角度調節可能に設けられている。角度調整手段１６ａにて凹面鏡１６を回動させることにより虚像Ｖ１１の結像位置を調整することができる。また、凹面鏡１６は、表示光Ｌ１１及び光線Ｒ１１，Ｒ１２を拡大するために、所定の曲率を有する反射面にて形成されている。

画像処理手段１７は、ハウジング１１内に配置され、第一，第二の撮像手段１３，１４と電気的に接続されるものである。画像処理手段１７は、第一，第二の撮像手段１３
，１４よりそれぞれ異なる方向で撮像した運転者Ｄ１１の顔部画像を受信し、かかる複数の顔部画像より運転者Ｄ１１の眼の位置を算出する。このように複数の異なる角度からの顔部画像に基づいて運転者Ｄ１１の眼の位置を算出することによって、車両の前後位置についても精度良く眼の位置を算出することが可能となる。運転者Ｄ１１の眼の位置の算出結果は図示しない制御手段に送信される。前記制御手段は、例えばかかる算出結果に基づいて角度調整手段１６ａを駆動させて虚像Ｖ１１が運転者Ｄ１１に良好に視認される位置になるように自動的に調整する機能を有する。なお、眼の位置の算出結果を利用した機能は上記の虚像Ｖ１１の結像位置調整に限定されるものではなく、利用者の視線あるいは視点の検出や脇見あるいは居眠り等の利用者の状態判定に利用可能である。

かかるヘッドアップディスプレイ装置は、表示光Ｌ１１及び光線Ｒ１１，Ｒ１２の光路上にマイクロミラーデバイス１５を配設し、マイクロミラーデバイス１５の前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して表示手段１２から発せられる表示光Ｌ１１を虚像Ｖ１１が結像可能とするべく所定の出射方向に反射するとともに、光線Ｒ１１，Ｒ１２をそれぞれ配置角度の異なる第一，第二の撮像手段１３，１４に向けて反射するものである。したがって、マイクロミラーデバイス１５によって表示光Ｌ１及び光線Ｒ１１，Ｒ１２の出射方向を自由に調整することができるため、ハウジング１１内に配置される表示手段１２及び第一，第二撮像手段１３，１４の配設位置の自由度を向上させることができる。

本発明の第一の実施形態であるヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。 本発明の第二の実施形態であるヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ 第一の表示手段
３ 第二の表示手段
４ 第三の表示手段
５ マイクロミラーデバイス
６ 凹面鏡
６ａ 角度調整手段
１１ ハウジング
１２ 表示手段
１３ 第一の撮像手段
１４ 第二の撮像手段
１５ マイクロミラーデバイス
１６ 凹面鏡
１６ａ 角度調整手段
１７ 画像処理手段
Ｄ１，Ｄ１１ 運転者（利用者）
Ｌ１〜Ｌ３，Ｌ１１ 表示光（可視光）
Ｒ１１，Ｒ１２ 光線
Ｖ１〜Ｖ３，Ｖ１１ 虚像（表示像）
Ｗ１，Ｗ１１ ウインドシールド（コンバイナ部材）

Claims (6)

1. 複数の表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材にて利用者に向けて反射して表示像を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   複数配列され各々が可動する微小な平面鏡を備え、前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して前記各表示手段から発せられる前記各可視光を前記表示像が結像可能な方向に制御して反射するマイクロミラーデバイス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。
2. 表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材にて利用者に向けて反射して表示像を結像してなるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記利用者をそれぞれ異なる方向から撮像するための複数の撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて前記利用者の眼の位置を算出する画像処理手段と、
   複数配列され各々が可動する微小な平面鏡を備え、前記平面鏡の角度を所定時間毎あるいは個別に調整して前記表示手段から発せられる前記可視光を前記コンバイナ部材に向けて反射し、また、前記利用者及び前記コンバイナ部材にて反射される光線を前記撮像手段が感受可能な方向に制御して反射するマイクロミラーデバイスと、
   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。
3. 利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段を備え、
   前記撮像手段は、前記光線として赤外線を感受することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記コンバイナ部材は、車両のウィンドシールドからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記コンバイナ部材は、車両のダッシュボードに配設される凹面鏡からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記表示像の結像位置を調整可能な調整手段を備え、前記画像処理手段の算出結果に基づいて前記調整手段によって前記表示像の結像位置を調整することを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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