JP4692496B2 - 車両用表示装置 - Google Patents
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Description
これは、運転者の前方以外の場所から運転者を撮影すると、運転者の表情を正確に解析する必要から、その撮影した画像を運転者の正面から見た画像に変換せねばならず、その変換のための処理量が膨大になるからである。また、運転者の前方以外の場所から運転者を撮影すると撮影範囲が限定されるため、運転者の表情を正確に解析できない恐れがあるからである。
(1)投影手段が導光手段の第1の方向側に位置し、透明表示体が導光手段の第2の方向側に位置するように投影手段及び導光手段を配置すると共に、
投影手段から投影された投影画像の画像光を、導光手段によって第1の方向から第2の方向に導き、そしてこの導かれた画像光を透明表示体に当てることによって、透明表示体に投影画像を投影可能な位置に、投影手段及び導光手段を配置している。
(2)撮影手段を導光手段の第3の方向側に位置するように撮影手段及び導光手段を配置すると共に、
透明表示体に映った運転者の虚像の虚像光を、導光手段によって第2の方向から第3の方向に導いて撮影手段に届けることによって、撮影手段で運転者の虚像を撮影可能な位置に、撮影手段及び導光手段を配置している。
ところで、本発明の車両用表示装置を用いて、透明表示体に映った運転者の虚像により、運転者を撮影しようとすると、太陽光などが透明表示体を透過して、本発明の車両用表示装置内に侵入することがある。
本発明の車両用表示装置では、透明表示体に映った運転者の虚像を用いて運転者を撮影しようとするものであるので、太陽光のように虚像光以外の光が車両用表示装置内に侵入すると、撮影手段では、運転者の姿と、例えば、外の風景(空に浮かぶ雲等)とが重なった画像が撮影される。このような画像からは、運転者の表情を識別できないことも考えられる。
ここで、運転者の虚像の虚像光に着目すると、虚像光は透明表示体で反射された光であるので、P偏光成分がカットされ、S偏光成分を多く含む光である。一方、太陽光を初めとする外乱光は透明表示体を透過してきた光などで、S偏光成分も、P偏光成分も含む光であることが多い。
そのため、P偏光成分のみで撮影した画像と、両偏光成分あるいはS偏光成分で撮影した画像との差分を取れば、運転者の虚像を抽出することが可能となる。
そこで、請求項1に記載した車両用表示装置では、虚像光のP偏光成分の光のみを通過させる第1領域部を有する偏光遮光手段を備えた。そして、撮影制御手段により、虚像光の光路上に第1領域部が配置されるように偏光遮光手段を移動して、虚像光以外の光と虚像光との混在光であって第1領域部を通過した混在光に基づく第1比較画像を撮影手段に撮影させ、また、虚像光の光路上に第1領域部が配置されないように偏光遮光手段を移動して、第1領域部を通過していない混在光に基づく第2比較画像を撮影手段に撮影させるよう偏光遮光手段及び撮影手段の制御を実行している。さらに、虚像抽出手段を用いて、撮影制御手段で制御を行い撮影手段で撮影した画像であって、第1比較画像と、第2比較画像とから差分を取って、透明表示体に映った運転者の虚像を抽出している。
このようにすると、虚像光と外乱光とが混在した混在光で撮影した画像からでも、透明表示体に映った運転者の虚像を抽出して、運転者を確実に撮影することができる。
次に、請求項4に記載したように、導光手段は、第1の方向から入射する光を第2の方向に透過し、第2の方向から入射する光を第3の方向に反射するハーフミラーであることが好ましい。その他、例えばプリズムなどを用いてもよい。
次に、請求項11に記載された車両用表示装置のように、虚像抽出手段は、第1比較画像から第2比較画像を引いた差分を第1差分、第2比較画像から第1比較画像を引いた差分を第2差分とし、第1差分と第2差分とを交互に取って、透明表示体に映った運転者の虚像を抽出するとよい。
そこで、請求項12に記載したように、ブリュースター角あるいはブリュースター角の近傍の角度で運転者の実像の実像光が透明表示体に入射することによって透明表示体に運転者の虚像が映り、この透明表示体に映った運転者の虚像の虚像光を、導光手段によって第2の方向から第3の方向に導いて撮影手段に届かせることにより、撮影手段で運転者を撮影可能な位置に、撮影手段及び導光手段を配置することが好ましい。このようにすれば、太陽光等の外乱光が車両用表示装置内に侵入しても、運転者の虚像をより正確に抽出することができる。
次に、請求項17に記載したように、本発明の車両用表示装置は、運転者の動きを追跡する追跡手段と、追跡手段の追跡結果に基づいて、撮影手段の撮影方向を変更する変更手段とを備えていても良い。この車両用表示装置によれば、運転者の動きを追跡しながら運転者を撮影できるので、運転者が居眠りなどをして首をかしげてしまった場合など、運転者が移動しても、その移動に合わせて運転者を撮影することができる。
本実施形態の説明で用いる図面のうち、図1は本実施形態のヘッドアップディスプレイの側面模式図である。図2は本実施形態のヘッドアップディスプレイの平面模式図である。図3は偏光板16の平面図である。図4は偏光板16の配置位置を示す模式図である。図5は、制御部20のブロック図である。
1.ヘッドアップディスプレイの全体構成
本実施形態のヘッドアップディスプレイ(以下「HUD」と呼ぶ)1は、図1に示すように車両9に搭載され、HUD本体10と、制御部20と、スピーカ30と、赤外線ライト40とを備えている。
赤外線ライト40は、運転席βの前方部分のインパネ90上(図1参照)であって、開口110よりも運転席β側に配置されている。
1.1.HUD本体10
HUD本体10は、液晶ディスプレイ11と、反射鏡12と、ハーフミラー13と、拡大レンズ14と、カメラ15と、偏光板16と、モータ17とを内蔵している。
この反射鏡12は、非球面ミラーであり、その反射面は、フロントガラス92の歪み(丸み等)に対応させて歪んだ形状に形成されている。そのため、この反射鏡12で、液晶ディスプレイ11で表示した投影画像の画像光を反射して、フロントガラス92に投影画像を投影すると、運転者から見て歪みのないフラットな画像をフロントガラス92に表示することができる。
本実施形態では、反射鏡12及びハーフミラー13は、第1の方向側(図1ではハーフミラー13の下方側)に反射鏡12が、第2の方向側(図1ではハーフミラー13の上方側)にフロントガラス92が位置するように配置した。そのため本実施形態のHUD1では、反射鏡12で反射された投影画像の画像光が、ハーフミラー13の第1の方向側から第2の方向側に透過してフロントガラス92に当てられることによって、フロントガラス92に投影画像が投影される。
拡大レンズ14は、虚像と投影画像を拡大するものである。この拡大レンズ14は、開口110とハーフミラー13の間の位置であって、画像光及び虚像光の光路上に位置するように配置した。
本実施形態では、カメラ15は、ハーフミラー13の第3の方向側(ハーフミラー13の後方側)に配置され、ハーフミラー13で反射された虚像光を受光可能な位置に配置されている。
偏光板16は、図3に示すように、円盤状に形成されており、その中心点を通る直線160で仕切られる一方の側の半円には、この直線160に対して平行な複数の溝が形成され、他方の側の半円には、この直線160に対して垂直な複数の溝が形成されている。そして、この偏光板16のうち、直線160に対して垂直な複数の溝が形成された半円側が、フロントガラス92で反射した実像光の反射光である虚像光のP偏光成分の光のみを通過させるよう配置されるので、P偏光領域16aとよぶ。また、この偏光板16のうち、直線160に対して平行な複数の溝が形成された半円側が、フロントガラス92で反射した実像光の反射光である虚像光のS偏光成分の光のみを通過させるよう配置されるので、S偏光領域16bと呼ぶ。
1.2.制御部20
この制御部20はCPU、ROM、RAM等を備えたコンピュータ装置であるが、図5では、機能毎に、カメラ制御部21、偏光板制御部22、画像処理部23、液晶ディスプレイ制御部24、赤外線ライト制御部25、を備えているものとして示している。
この赤外線ライト40の発光は、カメラ15の撮影と同じタイミングで実行される。
2.動作
次に、上記制御部20により実行されるHUD1の動作について説明する。
すると、このストロボ信号を受信したカメラ15では、混在光に基づく画像の撮影が行われる。そして、撮影が行われると、カメラ15からこのストロボ信号と、上述した第1比較画像(P偏光成分の混在光で撮影した画像)あるいは第2比較画像(S偏光成分の混在光で撮影した画像)の画像情報を載せた信号とがそれぞれ出力され、これらの信号が、それぞれ偏光板制御部22及び画像処理部23に入力される。
2.1.撮影される画像について
次に、画像処理部23で上記のような差分画像を生成する処理を行っている理由について説明する。
本実施形態では、運転者αの実像の実像光がフロントガラス92上に対しブリュースター角で入射して、フロントガラス92に運転者αの虚像を映し出す。そしてこの実像光の反射光である虚像の虚像光と、フロントガラス92を通過した外部の光などの外乱光とを含む混在光が、ハーフミラー13でカメラ15に向かって反射される。
そのため、図7(b)に示すように、S偏光領域16bに対しては、虚像光も外乱光も通過するので、このS偏光領域16bを通過したカメラ15で撮影される第2比較画像は、偏光板16を通していない画像と同じ画像((a)参照)であって、運転者αと、車両9の外の風景の両方が映し出された画像となる。
3.危険運転判定処理
次に、制御部20の画像処理部23で主に実行される危険運転判定処理について説明する。
この危険運転判定処理(S1)は、HUD1の画像処理部23で差分画像の生成が開始されるとスタートし、その後、画像処理部23で差分画像が生成される度に、以下の処理が繰り返し実行される。
S16では、S11〜S13で特定された顔向きや瞳位置等の情報から、運転者αの覚醒度が、予め定められた閾値以上か否かが判定される。具体的には、例えば、目蓋が閉じたり、顔が下を向くなどして、瞳が所定時間以上検出されなかったら(目蓋が所定時間以上閉じたら)居眠りをしていると判定する。もちろん、その他の方法で判定してもよい。
その後、S14やS16で脇見運転をしていない(S14:NO)、覚醒状態である(S16:YES)と判定されるまで、S15、S17の処理が継続して実行される。
4.実施形態に係るHUD1の特徴
以上説明したHUD1によれば、フロントガラス92に映った運転者αの虚像をカメラ15で撮影することにより、間接的にではあるが、運転者を正面から撮影することができる。また、このHUD1によれば、インパネ90内にカメラ15が設置されているので、車両の美観が損なわれることがない。さらに、本実施形態のHUD1では、画像光と虚像光とが同一の光路を通るように構成されているので、カメラ15がフロントガラス92に映ってしまう場合でも、投影画像が表示された位置にカメラが映ることとなる。そのためこのHUD1を用いれば、カメラ15は投影画像にかき消され、運転者からは見えない。
5.実施形態と発明特定事項との対応関係
本実施形態のヘッドアップディスプレイ1は、本発明の車両用表示装置に相当する。
ハーフミラー13は本発明の導光手段に相当する。拡大レンズ14は本発明の拡大手段に相当する。カメラ15は本発明の撮影手段に相当する。偏光板16は本発明の変更遮光手段に相当する。
また、カメラ15及び偏光板16を制御して第1比較画像、第2比較画像を撮影する処理が、本発明の撮影制御手段に相当し、第1比較画像と、第2比較画像とから差分を取って、フロントガラス92に映った運転者αの虚像を抽出する処理が、本発明の虚像抽出手段に相当する。
6.その他の実施形態
本発明の透明表示体として、上記実施形態ではフロントガラス92を記載したが、その他には、例えば、コンバイナでもよい。
上記実施形態では、反射鏡12を用いてフロントガラス92に投影画像を投影したが、この反射鏡12を用いず、液晶ディスプレイ11でフロントガラス92に直接投影画像を投影してもよい。
Claims (19)
- 車両の運転席の前方(前記運転席から見た前記車両の前進方向)に位置し、前記運転席に座った運転者の前方の視界を遮らない透明表示体に投影画像を投影する投影手段と、
前記投影手段を内蔵し、前記透明表示体に対向する側であって前記投影画像の画像光の光路上に通光部が設けられた筐体と、
を備える車両用表示装置において、
前記透明表示体に映った前記運転者の虚像を撮影する撮影手段と、
第1の方向から入射する光を第2の方向に導き、前記第2の方向から入射する光を第3の方向に導く導光手段と、
を備え、
前記撮影手段及び前記導光手段を前記筐体内に内蔵するとともに、前記投影手段、前記撮影手段、及び、前記導光手段を、前記筐体内で、
(1)前記投影手段が前記導光手段の前記第1の方向側に位置し、前記透明表示体が前記導光手段の前記第2の方向側に位置するように前記投影手段及び前記導光手段を配置すると共に、
前記投影手段から投影された前記投影画像の画像光を、前記導光手段によって前記第1の方向から前記第2の方向に導き、そしてこの導かれた前記画像光を前記透明表示体に当てることによって、前記透明表示体に前記投影画像を投影可能な位置に、前記投影手段及び前記導光手段を配置し、
(2)前記撮影手段を前記導光手段の前記第3の方向側に位置するように前記撮影手段及び前記導光手段を配置すると共に、
前記透明表示体に映った前記運転者の虚像の虚像光を、前記導光手段によって前記第2の方向から前記第3の方向に導いて前記撮影手段に届けることによって、前記撮影手段で前記運転者の虚像を撮影可能な位置に、前記撮影手段及び前記導光手段を配置し、
さらに、
前記虚像光のP偏光成分の光のみを通過させる第1領域部を有する偏光遮光手段と、
前記虚像光の光路上に前記第1領域部が配置されるように前記偏光遮光手段を移動して、前記虚像光以外の光と前記虚像光との混在光であって前記第1領域部を通過した前記混在光に基づく第1比較画像を前記撮影手段に撮影させ、また、前記虚像光の光路上に前記第1領域部が配置されないように前記偏光遮光手段を移動して、前記第1領域部を通過していない前記混在光に基づく第2比較画像を前記撮影手段に撮影させるよう前記偏光遮光手段及び前記撮影手段を制御する撮影制御手段と、
前記撮影制御手段で制御を行い前記撮影手段で撮影した画像であって、前記第1比較画像と、前記第2比較画像とから差分を取って、前記透明表示体に映った前記運転者の虚像を抽出する虚像抽出手段と
を備えることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1に記載の車両用表示装置において、
前記透明表示体から前記導光手段までの間、前記画像光及び前記虚像光が同一の光路を通過するように、前記投影手段、前記撮影手段、及び、前記導光手段を配置したことを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1,2のいずれかに記載された車両用表示装置において、
前記透明表示体は、フロントガラスであることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載された車両用表示装置において
前記導光手段は、
前記第1の方向から入射する光を前記第2の方向に透過し、前記第2の方向から入射する光を前記第3の方向に反射するハーフミラーであることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜4のいずれかに記載された車両用表示装置において
前記虚像光の光路上に、前記虚像を拡大する拡大手段が配置されたことを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載された車両用表示装置において
前記投影手段は、
前記投影画像を表示する表示手段と、
前記表示手段に表示された前記投影画像の前記画像光を、前記透明表示体に向かって反射する反射手段とを備えることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項6に記載の車両用表示装置において、
前記反射手段は、
前記透明表示体に表示された前記投影画像が、前記運転者から見て歪みのない前記投影画像となるよう、前記透明表示体に表示された前記投影画像を前記透明表示体の歪みに対応させて歪ませつつ、前記投影画像の前記画像光を前記透明表示体に向かって反射するものであることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載された車両用表示装置において
前記偏光遮光手段は、
前記第1領域部と、
前記虚像光のP偏光成分以外の光を通過させるか、前記P偏光成分の光も前記P偏光成分以外の光も通過させる第2領域部とを有し、
前記撮影制御手段は、
前記虚像光の光路上に前記第1領域部が配置されるように前記偏光遮光手段を移動して、前記第1比較画像を撮影し、前記虚像光の光路上に前記第2領域部が配置されるように前記偏光遮光手段を移動して、前記第2比較画像を撮影するよう前記偏光遮光手段及び前記撮影手段を制御することを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項8に記載された車両用表示装置において
前記偏光遮光手段は、
一方の半円部分に前記第1領域部が形成され、他方の半円部分に前記第2領域部が形成された円盤であることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項8,9のいずれかに記載された車両用表示装置において、
前記第2領域部は、前記虚像光のS偏光成分の光を通過させることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項8〜10のいずれかに記載の車両用表示装置において、
前記虚像抽出手段は、
前記第1比較画像から前記第2比較画像を引いた差分を第1差分、前記第2比較画像から前記第1比較画像を引いた差分を第2差分とし、前記第1差分と前記第2差分とを交互に取って、前記透明表示体に映った前記運転者の虚像を抽出することを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項8〜11のいずれかに記載の車両用表示装置において、
ブリュースター角あるいはブリュースター角の近傍の角度で前記運転者の実像の実像光が前記透明表示体に入射することによって前記透明表示体に映った前記運転者の虚像の虚像光を、前記導光手段によって前記第2の方向から前記第3の方向に導いて前記撮影手段に届かせることにより、前記撮影手段で前記運転者を撮影可能な位置に、前記撮影手段及び前記導光手段を配置したことを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜12のいずれかに記載の車両用表示装置において、
前記撮影装置は、非可視光の前記虚像光に基づいて前記運転者を撮影することを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項13に記載の車両用表示装置において、
前記非可視光は、遠赤外線であることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項13,14のいずれかに記載の車両用表示装置において、
前記運転者に向かって、非可視光を照射する照射手段を備えることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜15のいずれかに記載の車両用表示装置において、
前記筐体は、前記車両のインストルメントパネルであることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜16のいずれかに記載の車両用表示装置において、
前記運転者の動きを追跡する追跡手段と、
前記追跡手段の追跡結果に基づいて、前記撮影手段の撮影方向を変更する変更手段と
を備えることを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項17に記載の車両用表示装置において、
前記追跡手段は、前記撮影手段で撮影された運転者の画像を解析して前記運転者の動きを追跡することを特徴とする車両用表示装置。 - 請求項1〜18のいずれかに記載の車両用表示装置において、
前記撮影手段の撮影結果に基づいて、前記運転者の状態が予め定められた危険運転状態に一致するか否かを判定し、その判定結果に基づいて警報を行う警報手段
を備えることを特徴とする車両用表示装置。
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