JP6395527B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の前方に必要な情報を重畳する車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

昨今、車両のフロントウインドウガラスに表示像を投影して、運転者の前方に虚像を結像させ、運転中であっても、視線を前方からそらすことなく表示像を視認することが可能な、車両用ヘッドアップディスプレイ装置が実用化されている。

このような車両用ヘッドアップディスプレイ装置にあっては、運転中の運転者の顔の移動に応じて、ヘッドアップディスプレイに表示される虚像の表示位置（重畳位置）を変更していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−８６８３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたヘッドアップディスプレイにあっては、運転者の眼球位置に応じて虚像の表示位置を調整することはできるが、このとき、虚像のサイズ（縮尺）の調整までは行っていなかった。ところが、単に虚像の表示位置を調整しただけでは、虚像を前景に重畳したときに、運転者の視点位置が異なると、本来重畳したい位置と実際に重畳される位置との間にずれが生じるため、情報伝達の誤りをきたす虞があった。例えば、先行車との距離を表す距離マーカを路面に重畳する場合を想定すると、適切な位置に距離マーカが重畳されないと、本来必要となる先行車との車間距離を正しく得ることができない虞があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、運転者の眼球位置（体格）に応じた表示位置に、適切な縮尺の虚像を表示することによって、運転者の視点位置による虚像の重畳位置のずれをなくすことを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、車両に搭載された、表示パターンを表示して投影する表示パターン投影部を有し、前記表示パターン投影部から投影された表示パターンを透光性部材で反射して虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、前記車両から、所定の目標物までの距離を測定する距離測定部と、前記車両の運転者の眼球位置を推定する眼球位置推定部と、前記眼球位置推定部で推定された眼球位置に基づいて、前記表示パターンの投影位置を調整する表示パターン投影位置調整部と、前記眼球位置推定部で推定された眼球位置が標準位置に対して高い場合は、前記表示パターンを拡大して表示し、前記眼球位置が前記標準位置に対して低い場合は、前記表示パターンを縮小して表示する表示パターン生成部と、を有して、前記車両と前記目標物との間に、前記表示パターンを重畳することを特徴とする。

本発明に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置によれば、前記した構成とすることによって、運転者の眼球位置（体格）に応じて、虚像の表示位置と縮尺が調整されるため、運転者の体格が変動したときであっても、適切な重畳位置に適切なサイズの虚像を表示することができ、必要な情報を確実に伝達することができる。

本発明の一実施形態である実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置を備えたインスツルメントパネルの縦断面図である。 本発明の一実施形態である実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。 運転者の眼球位置に応じた虚像表示位置の変化について説明する図であり、（ａ）は運転者の眼球が標準的な位置にある場合の虚像の重畳位置について模式的に説明する図である。（ｂ）は運転者の眼球が標準的な位置にあるときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。 運転者の眼球位置に応じた虚像表示位置の変化について説明する図であり、（ａ）は運転者の眼球が高い位置にある場合の虚像の重畳位置について模式的に説明する図である。（ｂ）は運転者の眼球が高い位置にあるときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。 運転者の眼球位置に応じた虚像表示位置の変化について説明する図であり、（ａ）は運転者の眼球が低い位置にある場合の虚像の重畳位置について模式的に説明する図である。（ｂ）は運転者の眼球が低い位置にあるときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。 運転者の眼球位置と虚像の表示位置，表示サイズの関係について説明する図である。 （ａ）は運転者の眼球が高い位置にあるとき、実施例１によって判断された適切な位置に、適切な縮尺の虚像が重畳された状態を模式的に説明する図である。（ｂ）は運転者の眼球が高い位置にあるときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。 （ａ）は運転者の眼球が低い位置にあるとき、実施例１によって判断された適切な位置に、適切な縮尺の虚像が重畳された状態を模式的に説明する図である。（ｂ）は運転者の眼球が低い位置にあるときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。 実施例１で行う処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態である実施例２に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置の構成を示すブロック図である。 実施例２で行う眼球位置推定処理の内容について説明する図であり、（ａ）は車両前方に重畳した基準マーカの位置を調整する様子を示す図である。（ｂ）は基準マーカの位置の調整を完了した状態を示す図である。 実施例２で行う処理の流れを示すフローチャートである。 路面に重畳する情報の別の例を示す図である。

以下、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの概略構造を示す縦断面図である。まず、図１を用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの全体構成について説明する。
［全体構成の説明］

自動車などの車両２０における車室の前部には、図１の縦断面図に示すように、車室前壁パネル１とフロントウインドウガラス４０（透光性部材）とが設けられている。そして、フロントウインドウガラス４０の下側には、車室前壁パネル１を覆い隠すようにインスツルメントパネル３が設けられている。

このインスツルメントパネル３の内部には、車室前壁パネル１の車両２０の後方側（図１の紙面右側）に位置するように車幅方向（図１の紙面直交方向）へ延びる車体強度部材４が配設されている。この車体強度部材４の下部には、ステアリングコラム５を取付けるための、図示しないコラムブラケットが設けられている。

インスツルメントパネル３の内部（の上側）には、更に、空調ダクト１１，１２や、ハーネス１３（電線の束）や、計器装置１４などが車両２０の前方側から順に設けられている。また、インスツルメントパネル３には、計器装置１４の上部を覆うメータフード１５が一体または別体に設けられている。そして、ステアリングコラム５の、インスツルメントパネル３から車両２０の後方側へ突出した部分には、コラムカバー１６が取付けれている。なお、インスツルメントパネル３の内部の構成要素の配置場所は、車両によって異なるため、前記した構成はその一例である。

ここで、車室前壁パネル１は、フロントウインドウガラス４０（透光性部材）の下側に設けられて、車室とエンジンルームとの間を仕切るダッシュパネルなどで構成される。車体強度部材４は、金属製もしくは軽合金製の非円形断面（例えば、矩形断面）のものとされている。空調ダクト１１は、窓曇り防止のために、フロントウインドウガラス４０に対して空調用空気を吹き出すためのダクト（デフロスターダクト）である。また、空調ダクト１２は、乗員へ向けて空調用空気を吹き出すためのダクト（ベンチレーターダクト）である。

このように構成されたインスツルメントパネル３の内部の隙間には、空調ダクト１１とハーネス１３との間の位置に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａが取付けられている。そして、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの上方は、インスツルメントパネル３が切り欠かれて、フロントウインドウガラス４０（透光性部材）との間に、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａから出射して虚像を結像させる光束５１が通過する開口部２９が形成されている。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａは、上記した構成を有するインスツルメントパネル３の内部に設置された、虚像を形成するために必要な表示部と結像光学系とを内包するケーシング２２と、ケーシング２２を閉塞するように設置された防塵カバー２７と、防塵カバー２７の上方に設置されたフィニッシャカバー３０と、から構成される。なお、防塵カバー２７には赤外線反射コーティングが施されており、車両２０の外部から防塵カバー２７に入射する赤外線（熱線）が、ケーシング２２内部へ侵入するのを阻止して、ケーシング２２内部の温度上昇を防止する。

次に、ケーシング２２の内部構成について説明する。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａを構成するケーシング２２の内部には、画像や映像などを表示する液晶パネルからなる画像表示部２３ａと、画像表示部２３ａを背面から照明する複数のＬＥＤで構成された照明部２３ｂと、この画像表示部２３ａに表示された画像を、矢印Ｌに沿って反射させて、フロントウインドウガラス４０の方向へ導いて投影するための光路形成部品２５，２６と、前記した防塵カバー２７と、を備えている。

なお、防塵カバー２７は、光路形成部品２５，２６を通過した光を通過させてフロントウインドウガラス４０の方向に導くとともに、車両２０の外部から入射した外光を、運転者が視認できない方向に向かって反射させる機能を有しており、厚さが一定の透明な、例えばポリカーボネイト等の樹脂部材やガラス等で成形されている。そして、この防塵カバー２７は、フロントウインドウガラス４０の側から見て車両２０の前後方向に亘って凹状面をなして、車両２０の左右方向（図１の紙面直交方向）に亘って、前記した凹状面が連続した筒面をなしている。

この防塵カバー２７は、ケーシング２２の上縁に、ケーシング２２から外部に出射する、図１の矢印Ｌで代表される光線の出口を閉塞するように組み付けられている。

前記した光路形成部品２５，２６は、画像表示部２３ａに表示された表示パターン１８（図１には非図示）をフロントウインドウガラス４０の方向へ向けて導く反射鏡（単数または複数の平面鏡または凸面鏡（光路形成部品２５）と、凹面鏡（光路形成部品２６）と、によって構成される。なお、光路形成部品２５，２６を形成する光学部品の個数や種類は、前記した構成に制限されるものではなく、適宜設計された構成の光学部品が用いられる。

ここで、凹面鏡（光路形成部品２６）は、ステップモータ２１によって支持されており、このステップモータ２１は、モータ駆動部２８の指示に応じて回転し、光路形成部品２６の向きを、矢印Ｍの方向に変更することができる。このステップモータ２１の回転に応じて、光束５１の出射方向が変化して、後述する虚像６０の結像位置を変更することができる。

なお、画像表示部２３ａは、液晶パネルのみならず、ＬＥＤから出射した光をマイクロミラーでスキャンして表示画像を生成するＤＬＰ方式や、レーザー光源から出射した光をスキャンして表示画像を生成するレーザー方式で構成しても構わない。ただし、ＤＬＰ方式やレーザー方式を用いるときには、光路形成部品２５，２６の他に、表示画像を投影するスクリーンが必要となる。

画像表示部２３ａから出射して開口部２９を通過した光束５１は、フロントウインドウガラス４０（透光性部材）で反射して、反射光束５２として運転者９０の眼球９２の方向に反射する。この反射光束５２をフロントウインドウガラス４０の車外側に延長したとき、運転者９０から見て、フロントウインドウガラス４０から所定距離（運転者９０の眼球９２から結像距離ｃの位置）前方の点Ｐ_０を含む位置に、画像表示部２３ａに表示した表示パターン１８（非図示）が、虚像６０として結像する。
［詳細構成の説明］

次に、図２を用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの詳細構成について説明する。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａは、図２に示すように、車両２０に搭載された、フロントウインドウガラス４０（透光性部材）と、フロントウインドウガラス４０に向けて、例えば、先行車との距離を表す距離マーカ３４（表示パターン１８）を投影する、液晶パネルからなる表示パターン投影部７２と、表示パターン投影部７２から投影された表示パターン１８をフロントウインドウガラス４０に導いて、運転者９０の前方に虚像６０を形成する投影光学系７０と、車両２０に乗車している運転者９０と、運転者９０の顔面に向けて設置されて、運転者９０の顔面の画像を撮像する運転者撮像部６２と、運転者撮像部６２で撮像された画像の中から、運転者９０の眼球位置を推定する眼球位置推定部６４ａと、眼球位置推定部６４ａで推定された運転者９０の眼球位置に基づいて、距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置を調整する表示パターン投影位置調整部６６ａと、眼球位置推定部６４ａで推定された運転者９０の眼球位置に基づいて、距離マーカ３４（表示パターン１８）の縮尺を調整して距離マーカ３４を生成する表示パターン生成部６８と、先行車との車間距離を測定する、レーザや赤外線、超音波等を用いた測距センサを有する距離測定部６９と、からなる。

なお、運転者撮像部６２は、車両２０の計器装置１４（図１参照）の近傍に、運転者９０のアイレンジを包含する領域を撮像するように埋め込まれており、様々な体格の運転者９０が運転席に着座したときであっても、運転者９０の眼球９２が撮像できるようになっている。

また、表示パターン投影部７２は、例えば、図１で説明した画像表示部２３ａと照明部２３ｂから構成される。

そして、投影光学系７０は、例えば、図１で説明した光路形成部品２５，２６から構成される。

さらに、表示パターン投影位置調整部６６ａは、例えば、図１で説明したステップモータ２１とモータ駆動部２８から構成される。
［運転者の眼球位置と虚像の表示位置、表示サイズの関係の説明］

次に、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃ，図４を用いて、運転者の眼球の高さの違いによって、虚像の重畳位置，表示サイズに差が生じることを説明する。

図３Ａ（ａ）は、運転者９０の眼球９２が標準的な位置Ｅ１（眼球の高さＬ１）にある場合の虚像の重畳位置について、模式的に説明する図である。そして、図３Ａ（ｂ）は、そのときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。図３Ｂ（ａ）は、運転者９０の眼球９２が高い位置Ｅ２（眼球の高さＬ２）にある場合の虚像の重畳位置について、模式的に説明する図である。そして、図３Ｂ（ｂ）は、そのときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。また、図３Ｃ（ａ）は、運転者９０の眼球９２が低い位置Ｅ３（眼球の高さＬ３）にある場合の虚像の重畳位置について、模式的に説明する図である。そして、図３Ｃ（ｂ）は、そのときの虚像の重畳位置の一例を示す図である。

図３Ａ（ｂ）に示すように、運転者９０の前方の路面には、車両２０と先行車３２との車間距離を表す距離マーカ３４が重畳されて、運転者９０への情報提供を行っている。

距離マーカ３４は、具体的には、図３Ａ（ａ）に示すように、表示位置（表示高さ）ｈの位置に表示サイズｄで虚像表示されて、車両２０の前方の点Ａ１と点Ｂ１の間の領域に重畳される。図３Ａ（ａ）において、距離マーカ３４の上端、すなわち遠方側の点Ａ１は、車両２０の前方、運転者９０から距離ａ１の位置に重畳されている。なお、距離マーカ３４は、図３Ａ（ｂ）に示すように、複数の目盛から構成されて、各目盛は、例えば、点Ａ１と点Ｂ１の間を等間隔に分割した位置を示す。さらに、距離マーカ３４の左側には、距離測定部６９によって測定された、先行車３２との車間距離を表す数値が表示される。

ここで、説明を簡単にするために、点Ａ１は先行車３２の後端と一致する位置に重畳されているものとし、距離マーカ３４の下端、すなわち手前側の点Ｂ１は、車両２０の前方、運転者９０から距離ｂ１の位置に重畳されているものとする。そして、距離マーカ３４の遠方側の点Ａ１に相当する位置の目盛が、車両２０と先行車３２の車間距離を表すものとする。

次に、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ２が、図３Ａ（ａ）に示した眼球９２の位置Ｅ１よりも高い位置にあるときに、図３Ａ（ａ）と同じ表示位置（表示高さ）ｈに同じ表示サイズｄで距離マーカ３４を虚像表示した場合について、図３Ｂ（ａ），（ｂ）に図示する。図３Ｂ（ａ），（ｂ）からわかるように、距離マーカ３４は、図３Ａ（ａ），（ｂ）に示した場合と比べて、路面のより手前の位置（点Ａ２から点Ｂ２の範囲）に重畳される。すなわち、距離マーカ３４の重畳位置は、本来重畳すべき位置からずれを生じ、図３Ｂ（ｂ）の場合には、距離マーカ３４が先行車３２に届かないため、車間距離を読み取ることができない。

同様に、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ３が、図３Ａ（ａ）に示した眼球９２の位置Ｅ１よりも低い位置にあるときに、図３Ａ（ａ）と同じ表示位置（表示高さ）ｈに同じ表示サイズｄで距離マーカ３４を虚像表示した場合について、図３Ｃ（ａ），（ｂ）に図示する。図３Ｃ（ａ），（ｂ）からわかるように、距離マーカ３４は、図３Ａ（ａ），（ｂ）に示した場合と比べて、路面のより遠方の位置（点Ａ３から点Ｂ３の範囲）に重畳される。すなわち、虚像の重畳位置は、本来重畳すべき位置からずれを生じ、図３Ｃ（ｂ）の場合には、距離マーカ３４が実際よりも遠方に重畳されるため、先行車３２までの車間距離は、実際の車間距離よりも短く観測される。

このように、距離マーカ３４を路面に重畳させて表示するときには、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３に応じて、表示すべき虚像（距離マーカ３４）の表示位置（表示高さ）ｈと表示サイズｄを、それぞれ適切に調整する必要がある。

次に、距離マーカ３４の表示位置の調整方法について、図４を用いて説明する。

図４は、図３Ａ（ａ），図３Ｂ（ａ），図３Ｃ（ａ）に示した、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３が変動した場合であっても、常に、路面上の点Ａ１から点Ｂ１の範囲に亘って距離マーカ３４を重畳できるように、距離マーカ３４の表示位置（表示高さ）ｈ１，ｈ２，ｈ３と表示サイズｄ１，ｄ２，ｄ３を設定する方法について説明する図である。

図４からわかるように、距離マーカ３４の表示位置（表示高さ）ｈ２，ｈ３は、眼球９２の位置Ｅ２，Ｅ３（眼球９２の高さＬ２，Ｌ３）と、結像距離ｃと、運転者９０の眼球９２から点Ｂ１までの距離ｂ１がわかれば、（式１），（式２）によって求めることができる。
ｈ２＝｛（ｂ１−ｃ）／ｂ１｝＊Ｌ２ （式１）
ｈ３＝｛（ｂ１−ｃ）／ｂ１｝＊Ｌ３ （式２）

ここで、眼球９２の高さＬ２，Ｌ３は、眼球位置推定部６４ａの推定結果に基づいて算出することができる。

また、結像距離ｃは、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａの設計パラメータであるため、既知の値である。

さらに、運転者９０の眼球９２から点Ｂ１までの距離ｂ１は、車両２０の先端から点Ｂ１までの距離と、距離マーカ３４の結像位置から運転者９０の眼球９２までの距離（結像距離ｃ）と、車両２０の先端から距離マーカ３４の結像位置までの距離が、ともに既知であるため、計算によって求めることができる。したがって、（式１），（式２）によって、距離マーカ３４の表示位置（表示高さ）ｈ２，ｈ３を算出することができる。

また、虚像（距離マーカ３４）の表示サイズｄ２，ｄ３は、（式３），（式４）によって求めることができる。
ｄ２＝［｛（ａ１−ｃ）／ａ１｝−｛（ｂ１−ｃ）／ｂ１｝］＊Ｌ２ （式３）
ｄ３＝［｛（ａ１−ｃ）／ａ１｝−｛（ｂ１−ｃ）／ｂ１｝］＊Ｌ３ （式４）

ここで、眼球９２の高さＬ２，Ｌ３は、眼球位置推定部６４ａの推定結果に基づいて算出することができる。また、（式３），（式４）の右辺に記載された変数であるａ１，ｂ１，ｃはいずれも既知であるため、（式３），（式４）によって、距離マーカ３４の表示サイズｄ２，ｄ３を算出することができる。

そして、距離マーカ３４の表示位置（表示高さ）ｈ２，ｈ３と表示サイズｄ２，ｄ３が決まれば、その距離マーカ３４を生成するために、表示パターン投影部７２に表示すべき表示パターン１８（非図示）の形態（サイズ）と表示パターン投影部７２における表示位置が一意に決定する。すなわち、（式１）〜（式４）によって決定した表示位置（表示高さ）ｈ２，ｈ３に、算出された表示サイズｄ２，ｄ３の距離マーカ３４を表示することによって、運転者９０の眼球９２の位置に応じた適切な位置に、距離マーカ３４を確実に重畳させることができる。
［運転者の眼球位置の推定方法の説明］

次に、眼球位置推定部６４ａで行う運転者９０の眼球９２の位置の推定方法について説明する。眼球位置を推定する方法には様々なものがあるが、ここでは、運転者撮像部６２で撮像した運転者９０の顔面を含む画像の中から、眼球９２の位置を検出して、検出された眼球９２の位置に基づいて、図３Ａに記載した眼球の高さＬ１を推定する。

運転者撮像部６２で撮像された画像に対して、例えば、顔面の左右対称性，眼球が有する明るさ分布等を利用した分析を行うことによって、眼球位置を検出することができる。そして、検出された左右いずれかの眼球の上下方向位置を求め、眼球の高さＬ１を推定する。あるいは、左右それぞれの眼球の上下方向位置を求めて、その平均値を眼球の高さＬ１としてもよい。

ここで、運転者撮像部６２で撮像した画像における眼球の上下方向位置が高くなるほど、眼球の高さＬ１も高くなるため、予め、実験によってその対応関係をデータ化して、結果を眼球位置推定部６４ａに記憶しておく。そして、記憶されたデータの中から、検出された眼球位置に相当する眼球の高さＬ１を参照することによって、眼球位置を推定することができる。

なお、運転者９０によっては、車両２０のシートの前後位置や背もたれの角度を調整して着座する場合がある。車両２０のシートの前後位置や背もたれの角度は、シートに内蔵したセンサによって検出することができるため、このようにして検出されたシートの前後位置や背もたれの角度も加味することによって、運転者９０の眼球９２の位置の推定精度をより向上させることもできる。
［表示パターンの投影位置の決定方法、および調整方法の説明］

次に、運転者９０の眼球位置に基づいて、表示パターン１８の投影位置を決定する方法について、距離マーカ３４を例にあげて説明する。

眼球位置推定部６４ａにおいて、運転者９０の眼球９２の高さがＬ１であると推定されると、距離測定部６９で測定された先行車３２との車間距離を表す距離マーカ３４を重畳させる路面上の手前側の位置（図４の点Ｂ１）が既知であるから、結像距離ｃの位置に表示すべき距離マーカ３４を表す虚像６０の表示位置（表示高さ）ｈが一意に定まる（具体的には、前述した（式１）または（式２）による）。

そして、このようにして決定した表示位置（表示高さ）ｈの位置に、虚像６０の最下点（距離マーカ３４のうち、最も車両２０に近接した点Ｂ１）を表示するために、表示パターン投影位置調整部６６ａによって、投影光学系７０を構成している光路形成部品２６の向きを変更する。

具体的には、表示パターン投影位置調整部６６ａからの指示によって、画像表示部２３ａに表示した距離マーカ３４の最近接位置を表すマーカが、運転者９０の眼球９２と路面上の点Ｂ１とを結ぶ線分上に重畳されるように、ステップモータ２１を回転させる。ステップモータ２１は、モータ駆動部２８から入力される所定のパルスによって駆動されるとともに、１パルスあたりの回転角度が規定されているため、光路形成部品２６の初期位置がわかっていれば、初期位置からの移動角度を把握することができるため、距離マーカ３４の投影位置を確実に調整することができる。
［表示パターンの縮尺の決定方法の説明］

次に、運転者９０の眼球位置に基づいて、距離マーカ３４（表示パターン１８）の縮尺を決定する方法について説明する。

前述した通り、運転者９０の眼球９２の位置が異なると、同じ距離マーカ３４を重畳したときに、実際に重畳すべき位置とのずれが発生する。

したがって、表示パターン１８（例えば距離マーカ３４）を適切な位置に重畳するためには、前述した通り、運転者９０の眼球９２の位置に応じて、距離マーカ３４の上下方向の縮尺を調整する必要がある。

以下、距離マーカ３４の縮尺を変更する具体的な方法について説明する。図４において、運転者９０の眼球９２が、標準の位置よりも高い位置にあるときに表示すべき距離マーカ３４の虚像の表示サイズｄ２、および、運転者９０の眼球９２が、標準の位置よりも低い位置にあるときに表示すべき距離マーカ３４の虚像の表示サイズｄ３は、眼球９２が標準的な位置にあって、表示サイズｄ１の距離マーカ３４が表示されたときに対して、それぞれ、（式５），（式６）によって補正をかける必要がある。
ｄ２＝（Ｌ２／Ｌ１）＊ｄ１ （式５）
ｄ３＝（Ｌ３／Ｌ１）＊ｄ１ （式６）

これは、眼球９２が標準的な位置にあるときに表示した距離マーカ３４の表示サイズｄ１を、眼球９２の高さの変動に応じた割合で拡大、または縮小すればよいことを示している。そして、運転者９０の眼球９２の位置が高いときほど、距離マーカ３４は縦方向（上下方向）に拡大して表示する必要があり、運転者９０の眼球９２の位置が低いときほど、距離マーカ３４は縦方向（上下方向）に縮小して表示する必要があることがわかる。

なお、表示パターン１８（例えば距離マーカ３４）は、その都度、縮尺を計算して生成してもよいが、予め、上下方向の縮尺が異なる複数の表示パターン１８を生成して表示パターン生成部６８に記憶しておき、運転者９０の眼球９２の位置を推定した都度、標準位置からの眼球９２の高さの変動率に対応する表示パターン１８を選択するようにしてもよい。このように、表示パターン１８を選択式とすることによって、複雑な演算を行うことなく、適切な縮尺を有する表示パターン１８を迅速に生成することができる。

図５Ａ，図５Ｂに、このようにして生成した表示パターン１８によって形成された距離マーカ３４を、適切な位置に重畳した例をそれぞれ示す。

図５Ａ（ａ）は、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ２が高い（眼球９２の高さＬ２）場合を示しており、このときに重畳される距離マーカ３４は、図５Ａ（ｂ）に示すように、距離マーカ３４の縮尺と重畳位置を制御していない図３Ｂ（ｂ）と比較すると、適切な位置に重畳されていることがわかる。

また、図５Ｂ（ａ）は、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ３が低い（眼球９２の高さＬ３）場合を示しており、このときに重畳される距離マーカ３４は、図５Ｂ（ｂ）に示すように、距離マーカ３４の縮尺と重畳位置を制御していない図３Ｃ（ｂ）と比較すると、適切な位置に重畳されていることがわかる。

なお、本実施例では、距離マーカ３４の縮尺を、運転者９０の眼球９２の位置Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３のみに応じて一様に変更したが、これは、さらに、距離マーカ３４内の位置（車両２０からの距離）に応じて縮尺を調整してもよい。すなわち、車両２０から遠方の位置ほど、距離マーカを構成している目盛の間隔の縮尺の変化率を小さくし、車両２０に近接した位置ほど、距離マーカを構成している目盛の間隔の縮尺の変化率を大きくしてもよい。これによって、等間隔に引かれた目盛が、透視変換の作用によって、近傍ほど疎らに観測され、遠方ほど密に観測される様子を、より一層的確に表現することができる。
［実施例１の処理の流れの説明］

次に、図６のフローチャートを用いて、実施例１の処理の流れを説明する。

（ステップＳ１００）眼球位置推定部６４ａにおいて、眼球位置推定処理を行う。処理の具体的な内容は前述した通りである。

（ステップＳ１０２）表示パターン投影位置調整部６６ａにおいて、表示パターン１８の投影位置決定処理を行う。処理の具体的な内容は前述した通りである。

（ステップＳ１０４）表示パターン投影位置調整部６６ａにおいて決定した投影位置に基づいて、投影光学系７０の調整を行う。具体的な調整方法は前述した通りである。

（ステップＳ１０６）表示パターン生成部６８において、縮尺が調整された表示パターン１８を生成する。具体的な生成方法は、前述した通りである。

（ステップＳ１０８）表示パターン投影部７２に、生成した表示パターン１８を表示して投影する。

以下、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の別の実施形態について、図面を参照して説明する。

図７は、本発明の一実施形態である車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂの詳細構成を示すブロック図である。この車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂは車両２０に搭載されて、図１で説明した車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａと同じ全体構成を有しており、細部の構成が異なっている。まず、図７を用いて、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂの詳細構成について説明する。
［詳細構成の説明］

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂは、図７に示すように、車両２０に搭載された、フロントウインドウガラス４０（透光性部材）と、フロントウインドウガラス４０に向けて、例えば、先行車との距離を表す距離マーカ３４（表示パターン１８）を投影する、液晶パネルからなる表示パターン投影部７２と、表示パターン投影部７２から投影された距離マーカ３４（表示パターン１８）をフロントウインドウガラス４０に導いて、運転者９０の前方に虚像６０を形成する投影光学系７０と、車両２０に乗車している運転者９０と、運転者９０が、自ら距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置を調整する表示パターン投影位置調整部６６ｂと、表示パターン投影位置調整部６６ｂの調整結果に基づいて、運転者９０の眼球位置を推定する眼球位置推定部６４ｂと、眼球位置推定部６４ｂで推定された運転者９０の眼球位置に基づいて、距離マーカ３４（表示パターン１８）の縮尺を決定して距離マーカ３４（表示パターン１８）の縮尺を調整する表示パターン生成部６８と、表示パターン投影位置調整部６６ｂの調整結果と距離マーカ３４（表示パターン１８）の縮尺を記憶する表示パターン記憶部７４と、表示パターン記憶部７４に記憶された表示パターン投影位置調整部６６ｂの調整結果と距離マーカ３４（表示パターン１８）の縮尺を読み出して、記憶された位置に記憶された表示パターン１８を再現する表示パターン再現部７６と、先行車との車間距離を測定する距離測定部６９と、からなる。
［運転者の眼球位置の推定方法の説明］

次に、眼球位置推定部６４ｂで行う運転者９０の眼球９２の位置の推定方法について説明する。眼球位置を推定する方法には様々なものがあるが、ここでは、運転者９０が自ら表示パターン投影位置調整部６６ｂを操作することによって、虚像表示された基準マーカ３６を所定の位置に合致させて、その結果に基づいて、運転者９０の眼球９２の位置を推定する。

具体的な処理の内容について、図８を用いて説明する。すなわち、運転者９０は、車両２０を停車させて、前方に表示された基準マーカ３６の虚像を見ながら、図８（ａ）に示すように、基準マーカ３６の表示位置を矢印Ｎの方向に調整して、図８（ｂ）に示すように、車両２０のボンネットの先端に合致させる。

図８（ｂ）の状態になったとき、基準マーカ３６は、運転者９０の眼球９２と車両２０のボンネットの先端を結ぶ直線上に表示されている。ここで、虚像の結像距離は予めわかっているため、表示された基準マーカ３６の地面からの高さが一意に求まる。

さらに、車両２０のボンネット先端の高さ、および、ボンネット先端と基準マーカ３６の結像位置との水平距離も既知であるため、基準マーカ３６の表示位置と車両２０のボンネット先端とを結ぶ直線が一意に決定する。そして、この直線の、基準マーカ３６の表示位置から結像距離ｃだけ車両２０の後方側の位置における高さとして、運転者９０の眼球９２の高さを推定することができる。

なお、運転者９０の眼球位置に基づいて、距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置と縮尺を決定する方法、および、距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置を調整する方法は、いずれも、実施例１で説明した通りであるため、説明を省略する。
［表示パターンの記憶機能の説明］

次に、生成した距離マーカ３４（表示パターン１８）とその投影位置を記憶する機能について説明する。車両２０のイグニッションスイッチを投入するたびに、運転者９０の眼球位置を推定するのは非効率である。そこで、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂは、１度推定した運転者９０の眼球位置に基づいて調整した、距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置と縮尺を、表示パターン記憶部７４に記憶する機能を有している。

このとき、各データは、運転者９０と対応付けて記憶される。なお、記憶するデータと運転者９０との対応付けは、例えば、記憶を行う際に、運転者９０が固有の番号を付与することによって行う。これにより、運転者９０が変更した場合であっても、各運転者固有の距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置と縮尺を運転者毎に記憶しておくことができる。
［表示パターンの再現機能の説明］

次に、記憶された距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置と縮尺を読み出して、記憶された距離マーカ３４（表示パターン１８）を再現する機能について説明する。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂは、記憶された位置に記憶された表示パターン１８を再現する表示パターン再現部７６を有しており、運転者９０の指示を受けて、表示パターン記憶部７４から、その運転者９０に対応する記憶データを読み出す。このとき、運転者９０は、自身に対応する固有の番号を入力することによって、自分が記憶させたデータを読み出すことができる。

読み出されたデータは、表示パターン投影位置調整部６６ｂに送られて、投影光学系７０の投影方向を調整する。さらに、読み出されたデータは、表示パターン生成部６８に送られて、運転者９０に合った縮尺を有する距離マーカ３４の表示パターン１８が生成される。このようにして再現された距離マーカ３４の表示パターン１８は表示パターン投影部７２から投影されて、運転者９０に合った適切な位置に重畳される。
［実施例２の処理の流れの説明］

次に、図９のフローチャートを用いて、実施例２の処理の流れを説明する。

（ステップＳ２００）表示パターン記憶部７４の中に、表示パターン１８（例えば距離マーカ３４）の記憶データが存在するか否かを判定する。記憶データが存在したときはステップＳ２０２に進み、それ以外のときはステップＳ２０４に進む。

（ステップＳ２０２）表示パターン記憶部７４から表示パターン１８の記憶データを読み出す。なお、この読み出しは表示パターン再現部７６によって行われて、例えば、データの記憶時に入力した、運転者９０に対応する固有の番号を指定することによって、運転者９０に対応する記憶データが読み出される。

（ステップＳ２０４）眼球位置推定部６４ｂにおいて、眼球位置推定処理を行う。処理の具体的な内容は前述した通りであり、運転者９０自身が、虚像表示された基準マーカ３６を所定の位置に合致させた結果に基づいて、眼球位置が推定される。

（ステップＳ２０６）表示パターン投影位置調整部６６ｂにおいて、表示パターン１８の投影位置決定処理を行う。処理の具体的な内容は前述した通りである。

（ステップＳ２０８）表示パターン生成部６８において、表示パターン１８の縮尺を決定する。処理の具体的な内容は前述した通りである。

（ステップＳ２１０）決定した表示パターン１８の縮尺とその投影位置を表示パターン記憶部７４に記憶する。このとき、前述したように、各データは、運転者９０と対応付けて記憶される。

（ステップＳ２１２）表示パターン投影位置調整部６６ｂにおいて決定した投影位置に基づいて、投影光学系７０の調整を行う。具体的な調整方法は前述した通りである。

（ステップＳ２１４）表示パターン生成部６８において、表示パターン１８の縮尺を調整する。具体的な調整方法は、前述した通りである。

（ステップＳ２１６）表示パターン投影部７２に、生成した表示パターン１８を表示して投影する。

以上説明したように、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａによれば、眼球位置推定部６４ａが推定した運転者９０の眼球９２の位置に基づいて、表示パターン投影位置調整部６６ａが、先行車３２（所定の目標物）までの距離を測定する距離測定部６９で測定された車間距離に応じた距離マーカ３４（表示パターン１８）を表す虚像６０の投影位置を調整するとともに、表示パターン生成部６８が、運転者９０の眼球９２の位置に応じて縮尺が調整された表示パターン１８を生成して表示パターン投影部７２に表示する。そして、表示パターン投影部７２から投影された表示パターン１８は、フロントウインドウガラス４０（透光性部材）で反射して、車両２０と先行車３２（所定の目標物）との間に重畳されて、運転者９０が視認可能な虚像６０を表示するため、運転者が変わって体格（眼球位置）が変化した場合であっても、重畳位置がずれることなく、なおかつ適切なサイズの虚像を表示することができる。したがって、必要な情報を適切な位置に確実に重畳することができ、必要な情報を確実に伝達することができる。

また、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａによれば、表示パターン生成部６８は、運転者９０の眼球９２の位置に応じて、表示パターン１８（例えば距離マーカ３４）の上下方向の縮尺を調整するため、運転者の体格（眼球位置）が変化した場合であっても、適切な縮尺を有する虚像６０が表示され、虚像６０の重畳位置のずれの発生を抑制することができる。

そして、実施例１に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ａによれば、表示パターン生成部６８は、予め用意された複数の表示パターンの中から、運転者９０の眼球９２の位置に応じて、表示パターン投影部７２に表示する適切な表示パターンを選択するため、複雑な演算を行うことなく、適切な縮尺を有する虚像６０を表示することができる。

さらに、実施例２に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂによれば、眼球位置推定部６４ｂは、表示パターン投影部７２が運転者９０の前方に投影した基準マーカ３６によって生成される虚像６０の表示位置を、運転者９０が表示パターン投影位置調整部６６ｂによって調整して所定の位置に合致させたときの、表示パターン投影位置調整部６６ｂの調整結果に基づいて、運転者９０の眼球９２の位置を推定するため、特別な装置を使用することなく、運転者９０の眼球位置を簡便かつ確実に推定することができる。

また、実施例２に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置１０ｂによれば、表示パターン記憶部７４が、表示パターン投影位置調整部６６ｂで決定された表示パターン１８の投影位置と、表示パターン生成部６８で決定された表示パターン１８と、を運転者毎に記憶して、表示パターン再現部７６が、運転者９０の指示に応じて、表示パターン記憶部７４に記憶された、当該運転者９０に対応する記憶内容を読み出して、記憶内容に応じた投影位置に、記憶された表示パターン１８を投影するため、１度記憶しさえすれば、簡単な操作で、適切な位置へ適切な縮尺の虚像を表示することができる。

なお、実施例１，実施例２では、透光性部材として車両２０のフロントウインドウガラス４０を用いた例を説明したが、透光性部材としては、フロントウインドウガラス４０の他に、フロントウインドウガラス４０とは別に設けた透光性を有する反射パネル（別体型コンバイナ）を用いてもよい。

また、実施例１，実施例２では、重畳する表示パターン１８として、所定の目標物である先行車３２までの距離を表す距離マーカ３４を例にあげて説明したが、表示パターン１８の具体例は、これに限定されるものではない。例えば、図１０に示すように、目標物である交差点までの距離を表す経路誘導マーカ３５に対しても、本発明を適用することができる。この場合には、カーナビゲーションシステムで検出した、交差点までの距離に応じた経路誘導マーカ３５の表示位置と縮尺を、運転者９０の眼球９２の位置に応じて調整した後、車両２０の前方の路面に重畳することによって、車両２０の経路を的確に表示することができる。

さらに、実施例１，実施例２では、表示パターン投影位置調整部６６ａの指示によって、投影光学系７０を構成している光路形成部品２６の向きを変更し、距離マーカ３４（表示パターン１８）の投影位置を調整したが、投影位置の調整方法は、光路形成部品２６の向きを変更に限定されるものではない。すなわち、光路形成部品２５の向きを変更する構成としてもよい。

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。

１０ａ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
１８ 表示パターン
２０ 車両
３４ 距離マーカ
４０ フロントウインドウガラス（透光性部材）
６０ 虚像
６２ 運転者撮像部
６４ａ 眼球位置推定部
６６ａ 表示パターン投影位置調整部
６８ 表示パターン生成部
７０ 投影光学系
７２ 表示パターン投影部
９０ 運転者
９２ 眼球

Claims (4)

1. 車両に搭載された、表示パターンを表示して投影する表示パターン投影部を有し、前記表示パターン投影部から投影された表示パターンを透光性部材で反射して虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記車両から、所定の目標物までの距離を測定する距離測定部と、
   前記車両の運転者の眼球位置を推定する眼球位置推定部と、
   前記眼球位置推定部で推定された眼球位置に基づいて、前記表示パターンの投影位置を調整する表示パターン投影位置調整部と、
   前記眼球位置推定部で推定された眼球位置が標準位置に対して高い場合は、前記表示パターンを拡大して表示し、前記眼球位置が前記標準位置に対して低い場合は、前記表示パターンを縮小して表示する表示パターン生成部と、を有して、前記車両と前記目標物との間に、前記表示パターンを重畳することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示パターン生成部は、予め用意された複数の表示パターンの中から、運転者の眼球位置に応じた表示パターンを選択するものであることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記眼球位置推定部は、前記表示パターン投影部が前記車両の前方に投影した、基準マーカによって生成される虚像の表示位置を、運転者が前記表示パターン投影位置調整部によって調整して、所定の位置に合致させたときの、前記基準マーカの投影位置に基づいて、前記運転者の眼球位置を推定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記表示パターン投影位置調整部で決定された前記表示パターンの投影位置と、前記表示パターン生成部で生成された表示パターンと、を運転者毎に記憶する表示パターン記憶部と、
   運転者の指示に応じて、前記表示パターン記憶部に記憶された、前記運転者に対応する記憶内容を読み出して、前記記憶内容に応じた投影位置に、記憶された表示パターンを投影する表示パターン再現部と、を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。