WO2008068956A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

利用者を撮像可能な構造を有し前記利用者の眼の位置を精度良く算出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。表示手段２から発せられる可視光Ｌをコンバイナ部材（凹面鏡）４にて利用者Ｄに向けて反射して表示像Ｖを結像してなるヘッドアップディスプレイ装置である。利用者Ｄに向けて赤外線を照射する赤外線照射手段５と、表示手段２から発せられる可視光Ｌをコンバイナ部材４に向けて反射し、利用者Ｄ及びコンバイナ部材４にて反射される前記赤外線を透過するミラー部材（コールドミラー）３と、ミラー部材３と対向して配置され前記赤外線を感受して利用者Ｄをそれぞれ異なる方向から撮像する複数の撮像手段６，７と、撮像手段６，７によって撮像された画像に基づいて利用者Ｄの眼の位置を算出する画像処理手段８と、を備えてなる。

Description

明 細 書 技術分野

[0001] 本発明は、表示手段から発せられる可視光をコンパ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、特に利用者の 眼の位置を精度良く算出するための構造に関する。

背景技術

[0002] 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。力、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ツ プディスプレイ装置のコンパ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!/、は視点の検出や脇見ある!/、は居眠り等の 利用者の状態判定に利用可能である。

特許文献 1：特開平 08— 156646号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 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、光学 ユニット内に単一の撮像装置が設けられるのみであって、特に車両の前後方向の位 置検出精度が低ぐ前記利用者の眼の位置を正確に算出することが困難であるとい う問題点があった。

[0004] 本発明は、前述した問題点に着目し、利用者を撮像可能な構造を有し前記利用者 の眼の位置を精度良く算出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 ることを目白勺とする。

課題を解決するための手段 [0005] 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、利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記表示手 段から発せられる前記可視光を前記コンパイナ部材に向けて反射し、前記利用者及 び前記コンパイナ部材にて反射される前記赤外線を透過するミラー部材と、前記ミラ 一部材を透過する前記赤外線を感受して前記利用者をそれぞれ異なる方向から撮 像する複数の撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づ!/、て前記 利用者の眼の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。

[0006] また、前記赤外線照射手段は、前記ミラー部材と対向するとともに前記各撮像手段 の間に位置するように配置されてなることを特徴とする。

[0007] また、前記赤外線照射手段と前記各撮像手段との間に遮光部材を配設してなるこ とを特徴とする。

[0008] また、前記遮光部材は、前記ミラー部材と当接するように配設されてなることを特徴 とする。

[0009] また、前記ミラー部材は、コールドミラーからなることを特徴とする。

[0010] また、前記コンパイナ部材は、車両のウィンドシールドからなることを特徴とする。

[0011] また、前記コンパイナ部材は、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。

[0012] 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。

発明の効果

[0013] 本発明は、表示手段から発せられる可視光をコンパ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、利用者を撮像 可能な構造を有し前記利用者の眼の位置を精度良く算出することが可能となる。 図面の簡単な説明

[0014] [図 1]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。

[図 2]同上ヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。 [図 3]同上ヘッドアップディスプレイ装置の赤外線照射手段及び第一，第二の撮像手 段を示す図である。

[図 4]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。

[図 5]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

[0015] 1 ハウジング

2 表示手段

3 コールドミラー（ミラー部材）

4 凹面鏡（コンパイナ部材）

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 遮光部材

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 ウィンドシーノレド

発明を実施するための最良の形態

[0016] 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。

[0017] 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。

[0018] 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（コンパイナ部材) 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、によって主に 構成されている。 [0019] 力、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 (利用者) Dに向けられるこ とで車両前方（ウィンドシールド W側）に位置するように虚像 (表示像) Vが形成される ものである。また、力、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。

[0020] ノ、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（ウィン ドシールド W側）を開口する開口部 laが設けられる。

[0021] 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、レンズァ 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。

[0022] 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 2 c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 2 0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。

[0023] 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 こと力 Sでさる。

[0024] 配線基板 2cは、熱伝導性の高!/、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!/、ような間隔が選択される。

[0025] 放熱部材 2dは、熱伝導性の高!/、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。

[0026] 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!/、）及びこの演算結果に基づレ、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。

[0027] 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）。

[0028] 凹面鏡 4は、ハウジング 1内で開口部 la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 (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虚像 Vの結像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）。

[0029] 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と対向するようにハウジング 1内に配設される。赤外線照射 手段 5は、図 3に示すように、赤外線を発する赤外線 LED5aと、凸状の樹脂材料から なる集光レンズ 5bと、回路基板 5cと、放熱部材 5dと、を有する。赤外線 LED5aから 発せられる赤外線は集光レンズ 5bによって配光が制御され、コールドミラー 3を透過 して凹面鏡 4に向けて出射される。なお、回路基板 5c及び放熱部材 2dは、赤外線し ED5aの駆動によって発生した熱を外部に放出するために熱伝導性の高い金属材 料からなる。

[0030] 第一，第二の撮像手段 6, 7は、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の目の位置の検出精度を向上させることができる。

[0031] また、図 3に示すように、赤外線照射手段 5と第一，第二の撮像手段 6, 7との間に は遮光部材 9が配設されている。遮光部材 9は例えば筒状の金属材料からなり、赤外 線 LEDから発せられる赤外線 R1が直接に第一，第二の撮像手段 6, 7に感受される ことがないように赤外線 R1を遮光するものである。そのため、遮光部材 9はコールドミ ラー 3と当接するように配置され、コールドミラー 3との間に隙間が形成されない構成と なっている。遮光部材 9を設けることによって第一，第二の撮像手段 6, 7によって直 接赤外線 LED5aが撮像されることを防止することができ、赤外線照射手段 5をハウジ ング 1内に収納することで特別な取り付けが不要な簡素な構成とするとともに良好に 運転者 Dの撮像を行うことが可能となる。

[0032] 画像処理手段 8は、ハウジング 1内に配置され、第一，第二の撮像手段 6, 7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、力、かる複数の顔部画像よ り運転者 Dの目の位置を算出する。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 Dの目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 精度良く目の位置を算出することが可能となる。運転者 Dの目の位置の算出結果は 図示しな!/、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 4aを駆動させて虚像 Vが運転者 D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、 目の位置の算出結果を利用した機 能は上記の虚像 Vの結像位置調整に限定されるものではない。

[0033] 図 4及び図 5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 Rl , R2を反射するコンパイナ部材が多層膜 10が形成 されるウィンドシールド Wからなる点である。力、かる構成によっても本発明の効果を得 ること力 S可能である。なお、 11は表示光 L及び赤外線 R1をウィンドシールド 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、運転者 Dが表示光 L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 11a (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 11aにて凹面鏡 11を回動させることにより虚像 Vの結像位置を 調整すること力 Sできる。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。

産業上の利用可能性

[0034] 本発明は、利用者の眼の位置を精度良く算出するための構造に関し、前記利用者 の眼の位置の算出結果は、本実施形態の表示像の位置調整のみならず、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。

Claims

請求の範囲

[1] 表示手段から発せられる可視光をコンパ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、

利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、

前記表示手段から発せられる前記可視光を前記コンパイナ部材に向けて反射し、前 記利用者及び前記コンパイナ部材にて反射される前記赤外線を透過するミラー部材 と、

前記ミラー部材を透過する前記赤外線を感受して前記利用者をそれぞれ異なる方向 から撮像する複数の撮像手段と、

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、

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] 前記赤外線照射手段は、前記ミラー部材と対向するとともに前記各撮像手段の間に 位置するように配置され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イス プレイ装置。

[3] 前記赤外線照射手段と前記各撮像手段との間に遮光部材を配設してなることを特徴 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。

[4] 前記遮光部材は、前記ミラー部材と当接するように配設されてなることを特徴とする 請求項 3に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

[5] 前記ミラー部材は、コールドミラーからなることを特徴とする請求項 1に記載のへッドア ップディスプレイ装置。

[6] 前記コンパイナ部材は、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。

[7] 前記コンパイナ部材は、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。

[8] 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 1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。