JP2008155720A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の視線位置に応じて表示像の結像位置を調整可能な構成を有し、より適正な表示像の位置調整を行う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】ヘッドアップディスプレイ装置は、利用者の眼球位置を検出する眼球位置検出手段と、前記眼球位置検出手段によって検出された第一の眼球位置に基づいて表示像Ｖの結像位置を算出する制御手段９と、制御手段９の算出結果に基づいて可視光Ｌの出射方向を調整する光路調整手段４ａと、前記第一の眼球位置を基準眼球位置として記憶する記憶手段９ａと、を備え、制御手段９は、前記第一の眼球位置を検出した時刻よりも後に前記眼球位置検出手段によって検出された第二の眼球位置が前記基準眼球位置と所定距離あるいは所定角度以上の差があると判定される場合に、前記第二の眼球位置に基づいて表示像Ｖの結像位置を算出し、この算出結果に基づいて光路調整手段４ａを駆動させる。
【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、利用者の視線位置に応じて表示像の結像位置を調整可能な構成に関する。

従来、この種のヘッドアップディスプレイ装置として、例えば下記特許文献１に記載されているものが知られている。かかるヘッドアップディスプレイ装置は、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軸上に配置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視線位置（眼球位置）を算出することが可能となっている。前記利用者の視線位置の算出結果は、表示像の位置調整に利用される。
特開平０８−１５６６４６号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、常時前記利用者の視線位置の算出とそれに応じた前記表示像の位置調整を行っているため、余分な電力を使用しているという問題点があった。また、前記利用者が一時的に姿勢を変更するといった場合であっても、前記利用者の姿勢変更に追従して前記表示像の位置が変更されてしまうため、前記利用者に煩わしさを与えるという点で改善の余地があった。

本発明は、前述した問題点に着目し、利用者の視線位置に応じて表示像の結像位置を調整可能な構成を有し、より適正な表示像の位置調整を行うことが可能であり、また、ヘッドアップディスプレイ装置の消費電力を低減す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、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、利用者の眼球位置を検出する眼球位置検出手段と、前記眼球位置検出手段によって検出された第一の眼球位置に基づいて前記表示像の結像位置を算出する制御手段と、前記制御手段の算出結果に基づいて前記可視光の出射方向を調整する光路調整手段と、前記第一の眼球位置を基準眼球位置として記憶する記憶手段と、を備え、前記制御手段は、前記第一の眼球位置を検出した時刻よりも後に前記眼球位置検出手段によって検出された第二の眼球位置が前記基準眼球位置と所定距離あるいは所定角度以上の差があると判定される場合に、前記第二の眼球位置に基づいて前記表示像の結像位置を算出し、この算出結果に基づいて前記光路調整手段を駆動させることを特徴とする。

また、前記制御手段は、前記第二の眼球位置が前記基準眼球位置と前記所定距離もしくは前記所定角度以上差がある状態が所定時間継続される場合に、前記第二の眼球位置に基づいて前記表示像の結像位置を算出し、この算出結果に基づいて前記光路調整手段を駆動させることを特徴とする。

また、前記眼球位置検出手段は、前記利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記利用者を反射した前記赤外線を感受して前記利用者を撮像する撮像手段と、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球位置を算出する画像処理手段と、を備えて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。

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、利用者の視線位置に応じて表示像の結像位置を調整可能な構成を有し、より適正な表示像の位置調整を行うことが可能であり、また、ヘッドアップディスプレイ装置の消費電力を低減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及び図２に示すように、ハウジング１と、表示手段２と、コールドミラー（ミラー部材）３と、凹面鏡（コンバイナ部材）４と、赤外線照射手段５と、第一の撮像手段６と、第２の撮像手段７と、画像処理手段８と、制御手段９と、によって主に構成されている。なお、赤外線照射手段５，第一の撮像手段６，第二の撮像手段７及び画像処理手段８によって運転者（利用者）Ｄの視線位置（眼球位置）を検出するための視線位置検出手段（眼球位置検出手段）が構成されている。

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、表示手段２から発せられる表示光（可視光）Ｌが凹面鏡４によって反射され、運転者Ｄに向けられることで車両前方（ウインドシールドＷ側）に位置するように虚像（表示像）Ｖが表示（結像）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、図２に示すように、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１がコールドミラー３を透過するとともに凹面鏡４によって反射されて運転者Ｄに向けられ、さらに運転者Ｄから反射された赤外線Ｒ２が凹面鏡４によってコールドミラー３に向けて反射されるとともにコールドミラー３を透過して第一，第二の撮像手段６，７に照射されることで運転者Ｄ（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Ｄの撮像を行うことができ、より簡素な構成で運転者Ｄを撮像することができるものである。

ハウジング１は、遮光性の合成樹脂材からなり、凹面鏡４の配設位置の上部（ウインドシールドＷ側）を開口する開口部１ａが設けられる。

表示手段２は、ハウジング１内に配設されるものであり、可視光ＬＥＤ２ａと、レンズアレイ２ｂと、配線基板２ｃと、放熱部材２ｄと、液晶表示素子２ｅと、を有する。

可視光ＬＥＤ２ａは、例えばチップＬＥＤが適用でき、レンズアレイ２ｂ側の配線基板２ｃ面に搭載される。また、可視光ＬＥＤ２ａは、指向性の狭いもの（本実施の形態では２０度から３０度）が用いられており、レンズアレイ２ｂの球面に対応する位置にそれぞれ設けられる。この場合、可視光ＬＥＤ２ａは、白色に発光するものが２つ用いられて適用される。

レンズアレイ２ｂは、透光性の合成樹脂材（例えば、アクリル）からなり、ハウジング１内に設けられる。レンズアレイ２ｂは、各可視光ＬＥＤ２ａに対応して同様な凸形状の球面（凸部）を複数形成してなり、この球面によって可視光ＬＥＤ２ａからの照明光を屈折させて、被照明部材となる液晶表示素子２ｅに対してむらのない可視光Ｌを照射することができる。

配線基板２ｃは、熱伝導性の高いアルミ基板が好適であり、レンズアレイ２ｂと所定間隔おいて平行になるようにハウジング１内における液晶表示素子２ｅの後方側に設けられる。配線基板２ｃは、少なくとも可視光ＬＥＤ２ａなどの電子部品を搭載するものであり、前記電子部品に対して電源を供給するための配線を設けている。なお、前記所定間隔は、可視光ＬＥＤ２ａの指向性やレンズアレイ２ｂの球面形状によって異なり、より輝度むらのないような間隔が選択される。

放熱部材２ｄは、熱伝導性の高い金属材料が好適であり、配線基板２ｃと接触しハウジング１から一部露出するように配設される。放熱部材２ｄは可視光ＬＥＤ２ａの駆動で発生した熱を外部に放出する機能を有する。

液晶表示素子２ｅ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２ｅ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２ｅは、ハウジング１内に設けられ、液晶表示素子２ｅの後方に設けられる可視光ＬＥＤ２ａからの照明光がレンズアレイ２ｂを介して届く位置に設けられる。液晶表示素子２ｅを透過した照明光は、表示光Ｌとしてコールドミラー３へ出射される。液晶表示素子２ｅ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を数値として表すことができる。なお、液晶表示素子２ｅ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。

コールドミラー３は、ガラス基板とこのガラス基板面に蒸着によって形成された反射膜とからなるものであり、可視光ＬＥＤ２ａの光軸に対して所定角度傾いて設けられる。コールドミラー３の前記反射膜は、赤外線のみを透過し、可視光線及び紫外線を反射する特性を有している。すなわち、液晶表示素子２ｅを透過した表示光Ｌは、コールドミラー３によって凹面鏡４に向かって反射される。また、コールドミラー３を使用することによって、外部からハウジング１内から入射される赤外線Ｒ２はコールドミラー３を透過して第一，第二の撮像手段６，７に向けられる（図２参照）。

凹面鏡４は、ハウジング１内で開口部１ａに対応して設けられ、液晶表示素子２ｅ及びコールドミラー３を介して投射される表示光Ｌを運転者Ｄ側に反射させるものであり、運転者Ｄが表示光Ｌを視認し易いように表示光Ｌの光路を調整するべく図示しないモータやギア等で構成される角度調整手段４ａ（光路調整手段）にて角度調節可能に設けられている。角度調整手段４ａにて凹面鏡４を回動させることにより表示光Ｌの出射方向を自由に変更させ、虚像Ｖの表示位置を調整することができる。また、凹面鏡４は、表示光Ｌ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。また、凹面鏡４は、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１を運転者Ｄに向けて反射し、さらに利用者Ｄによって反射された赤外線Ｒ２を第一，第二の撮像手段６，７に向けて反射する（図２参照）。

赤外線照射手段５は、例えば赤外線ＬＥＤからなるものであり、前記視線位置検出手段を構成する部材である。また、赤外線照射手段５は、凹面鏡４に向けて赤外線Ｒ１を照射するため、コールドミラー３を介して凹面鏡４と対向するようにハウジング１内に配設される。

第一，第二の撮像手段６，７は、前記視線位置検出手段を構成するものであって、赤外線を感受して画像（本実施形態では運転者Ｄの顔部画像）を撮像するＣＣＤカメラ等からなるものであり、コールドミラー３を介して凹面鏡４と対向するとともに赤外線照射手段５を囲むようにハウジング１内に配設される。赤外線照射手段５が第一，第二の撮像手段６，７の間に位置するように配置することによって、第一，第二の撮像手段６，７の間の距離を長くすることができ、後述する運転者Ｄの視線位置の検出精度を向上させることができる。

画像処理手段８は、前記視線位置検出手段を構成するものであって、ハウジング１内に配置され、第一，第二の撮像手段６，７及び制御手段９と電気的に接続されるものである。画像処理手段８は、第一，第二の撮像手段６，７よりそれぞれ異なる方向で撮像した運転者Ｄの顔部画像を受信し、かかる複数の顔部画像より運転者Ｄの視線位置を算出する。画像処理手段８は、前記顔部画像に基づいて所定のアルゴリズムを用いて視線（眼球）の移動状態を検出し、視線位置を算出することができる。画像処理手段８は、例えば、前記顔部画像に基づいて、運転者の目の特徴部分の３次元座標を算出し、この座標より算出される眼球中心座標と別に算出される黒目中心座標とを通過する線を視線として視線位置を算出する。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Ｄの視線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視線位置を算出することが可能となる。画像処理手段８は、算出された運転者Ｄの視線位置を制御手段９に送信する。

制御手段９は、主にマイクロコンピュータからなるものである。制御手段９は、画像処理手段８より受信した運転者Ｄの視線位置に基づいて虚像Ｖが運転者Ｄの視線と重なるように最適な表示位置（結像位置）を算出し、この算出結果に応じて角度調整手段４ａを駆動させて虚像Ｖを最適な表示位置に自動的に調整する表示位置調整機能を有する。また、制御手段９は、不揮発性メモリー等からなる記憶手段９ａと電気的に接続されており、前記表示位置調整機能において記憶手段９ａに後述する基準視線位置（基準眼球位置）を記憶させる。

次に、図３〜図５を用いて前記表示位置調整機能における制御フローについて説明する。

制御手段９は、図３に示すように、車両のイグニッションスイッチがＯＮになったことを検出すると、赤外線照射手段５による赤外線の照射を開始させる（ステップＳ１１）。そして、第一，第二の撮像手段６，７は、運転者Ｄから反射してくる赤外線Ｒ１，Ｒ２を感受して運転者Ｄの顔部画像を撮像する（ステップＳ１２）。次に、画像処理手段８は、ステップＳ１２で得た顔部画像から運転者Ｄの第一の視線位置を算出し、制御手段９に送信する（ステップＳ１３）。

次に、制御手段９は図４に示すように、受信した前記第一の視線位置より虚像Ｖの最適な表示位置を算出する（ステップＳ２１）。さらに、制御手段９は、算出した最適な表示位置への表示を実現可能な凹面鏡４の角度を算出する（ステップＳ２２）。さらに、制御手段９は、凹面鏡４の配置角度をステップＳ２１にて算出した角度に変更するべく角度調整手段４ａの駆動制御を行う（ステップＳ２３）。また、制御手段９は、このときの前記第一の視線位置を前記基準視線位置として記憶手段９ａに記憶する（ステップＳ２４）。

図５は、前記第一の視線位置から虚像Ｖの初期表示位置が決定された後に運転者Ｄの姿勢変化に応じて虚像Ｖの表示位置の変更する制御フローを示している。まず、制御手段９は、制御手段９内のタイマを初期化する（ステップＳ３１）。第一，第二の撮像手段６，７は、運転者Ｄから反射してくる赤外線Ｒ１，Ｒ２を感受して運転者Ｄの顔部画像を撮像する（ステップＳ３２）。そして、画像処理手段８は、ステップＳ３２で得た顔部画像から前記第一の視線位置検出後の運転者Ｄの視線位置である第二の視線位置を算出し、制御手段９に送信する（ステップＳ３３）。そして、制御手段９は、ステップＳ３２及びＳ３３によって得られる前記第二の視線位置と記憶手段９ａに記憶されている前記基準視線位置とを比較する（ステップＳ３４）。制御手段９は、ステップＳ３４における比較結果により、前記第二の視線位置が前記基準視線位置と一致する、もしくは、予め設定される所定距離あるいは所定角度の範囲内のズレ（差）があると判定される場合、ステップＳ３１に戻る。また、制御手段９は、ステップＳ３４における比較結果により、前記第二の視線位置が前記基準視線位置と前記所定距離あるいは前記所定角度以上のズレ（差）があると判定される場合に、ステップＳ３５に移行する。このとき、制御手段９は、前記タイマがすでに起動している場合はステップＳ３７に移行し、前記タイマが未起動の場合は前記タイマを起動させる（ステップＳ３６）。そして、制御手段９は、前記タイマによってカウントされた時間が所定時間未満である場合に、ステップＳ３２に戻る。また、制御手段９は、前記タイマによってカウントされた時間が所定時間を超えていた場合、ステップＳ３３において検出された前記第二の視線位置に基づいて前述のステップＳ２１からＳ２３の処理を実行して凹面鏡４の角度の再設定を行う。このとき、制御手段９は、前記第二の視線位置を新たな前記基準視線位置として記憶し（ステップＳ２４）、ステップＳ３１に戻り、新たに検出される第二の視線位置に基づいて虚像Ｖの表示位置を変更するか否かの判定を行う。

以上の処理を行うことによって、かかるヘッドアップディスプレイ装置は、前記基準視線位置に対してその後の視線位置（第二の視線位置）が前記所定距離あるいは前記所定角度以上変化した場合にのみ虚像Ｖの表示位置調節を行うために表示位置の変更による煩わしさを低減でき、より適正な表示位置調整を行うことができる。また、視線位置検出回数及び表示位置調整の回数を常時表示位置を調整する場合と比較して低減でき、ヘッドアップディスプレイ装置の消費電力を低減することができる。さらに、その状態が前記所定時間以上持続する場合にのみ虚像Ｖの表示位置調整を行うこととすることにより、短時間のうちに利用者Ｄの視線位置が前記基準位置に復帰する場合には表示位置を維持することができるため、より適正な表示位置調整を行うことができる。

なお、本発明の実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置のハウジング１内に前記視線検出手段が一体的に備えられる構成であったが、本発明において前記視線検出手段が車両のダッシュボード等に別体に設けられるものであってもよい。

また、本発明の実施形態では、虚像Ｖの表示位置の設定を車両のイグニッションがONになったときに行うものであったが、外部スイッチによる入力や音声入力などに応じて表示位置の設定を行う構成であっても良い。

図６及び図７は、本発明の他の実施形態を示す図である。前述した実施形態との相違点は、表示光Ｌ及び赤外線Ｒ１，Ｒ２を反射するコンバイナ部材が多層膜１０が形成されるウインドシールドＷからなる点である。かかる構成によっても本発明の効果を得ることが可能である。なお、１１は表示光Ｌ及び赤外線Ｒ１をウインドシールドＷに向けて反射し、また外部より入射される赤外線Ｒ２を第一，第二の撮像手段６，７に向けて反射する凹面鏡であり、虚像Ｖの表示位置を調整するため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１１ａ（調整手段）にて角度調節可能に設けられている。また、多層膜１０は、表示光Ｌ及び赤外線Ｒ１の反射が良好に行われるように調整するべく適宜形成されるものである。

本発明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。 同上ヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。 同上ヘッドアップディスプレイ装置の制御方法を示すフローチャート図である。 同上ヘッドアップディスプレイ装置の制御方法を示すフローチャート図である。 同上ヘッドアップディスプレイ装置の制御方法を示すフローチャート図である。 本発明の他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。 同上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 表示手段
３ コールドミラー
４ 凹面鏡（コンバイナ部材）
５ 赤外線照射手段
６ 第一の撮像手段
７ 第二の撮像手段
８ 画像処理手段
９ 制御手段
９ａ 記憶手段
Ｄ 運転者（利用者）
Ｌ 表示光（可視光）
Ｒ１ 赤外線
Ｒ２ 赤外線
Ｖ 虚像（表示像）
Ｗ ウインドシールド

Claims (5)

1. 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、
   利用者の眼球位置を検出する眼球位置検出手段と、
   前記眼球位置検出手段によって検出された第一の眼球位置に基づいて前記表示像の結像位置を算出する制御手段と、
   前記制御手段の算出結果に基づいて前記可視光の出射方向を調整する光路調整手段と、
   前記第一の眼球位置を基準眼球位置として記憶する記憶手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記第一の眼球位置を検出した時刻よりも後に前記眼球位置検出手段によって検出された第二の眼球位置が前記基準眼球位置と所定距離あるいは所定角度以上の差があると判定される場合に、前記第二の眼球位置に基づいて前記表示像の結像位置を算出し、この算出結果に基づいて前記光路調整手段を駆動させることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記制御手段は、前記第二の眼球位置が前記基準眼球位置と前記所定距離もしくは前記所定角度以上の差がある状態が所定時間継続される場合に、前記第二の眼球位置に基づいて前記表示像の結像位置を算出し、この算出結果に基づいて前記光路調整手段を駆動させ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装置。
3. 前記眼球位置検出手段は、前記利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、
   前記利用者を反射した前記赤外線を感受して前記利用者を撮像する撮像手段と、
   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球位置を算出する画像処理手段と、を備えてな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に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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