WO2020152970A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2020152970A1
WO2020152970A1 PCT/JP2019/045869 JP2019045869W WO2020152970A1 WO 2020152970 A1 WO2020152970 A1 WO 2020152970A1 JP 2019045869 W JP2019045869 W JP 2019045869W WO 2020152970 A1 WO2020152970 A1 WO 2020152970A1
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light
head
viewpoint
display device
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PCT/JP2019/045869
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昭央 三沢
裕司 藤田
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マクセル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technique of a head-up display device, and particularly to a technique effectively applied to a head-up display device that projects an image on transparent glass or the like.
  • HUD Head Up Display
  • Patent Documents 1 to 3 below disclose a technique in which a HUD and a viewpoint detection camera are combined.
  • Patent Document 4 describes a technique for changing the display position of a projection image, which is a virtual image, according to the position of the observer's viewpoint with a simple configuration.
  • the viewpoint position of the driver is detected by the viewpoint position detecting means such as an infrared camera. , That the display position of the projection image is moved according to the detected viewpoint position.
  • the viewpoint position detecting means in addition to an ordinary driver monitoring system for detecting a driver's posture or line of sight during driving to support safe driving, an infrared ray generating device and an infrared camera are further provided. Since it is necessary to mount the above in a narrow space near the driver's seat, this leads to an increase in the cost of the device and is not necessarily the optimum one.
  • an object of the present invention is not to use a dedicated light source such as infrared rays, but to use a light source of an existing room light or HUD device to operate with normal visible light and to detect a position of a driver. It is possible to detect the viewpoint position of the driver, who is the observer of the virtual image projection image, and to control the virtual image projection image appropriately without generating white light by the HUD device, which is practical and economical.
  • An object of the present invention is to provide a head-up display device which is excellent in performance.
  • a head-up display device that displays a virtual image by the image to a driver by projecting the image on a windshield of a vehicle, wherein the light source is a light source.
  • an image display unit having a display element for forming the image, and displaying the virtual image in front of the vehicle by projecting and reflecting the image light emitted from the image display unit on the windshield.
  • the vehicle includes an interior lighting device in the vicinity of a driver's seat, and the driver's viewpoint detection means, in a predetermined environment of the vehicle, There is provided a head-up display device for detecting the viewpoint of the driver by irradiating the face of the driver with the light of the interior lighting device or the light of the light source of the image display means as illumination light.
  • FIG. 12 is a flowchart showing details of normal viewpoint position adjustment in FIGS. 10 and 11. It is a figure explaining the operation principle of viewpoint position detection of a driver.
  • FIG. 1 is a diagram showing an outline of an example of the configuration of a head-up display (HUD) device according to an embodiment of the present invention.
  • the HUD device 1 is arranged in a housing (not shown) and modulates light from a light source and projects the light from an image display device 30 through a necessary optical element 43 and further by a concave mirror 52.
  • a desired projection image is displayed corresponding to the position of the observer's viewpoint.
  • control unit 20 for controlling the HUD device 1 including the image display device 30 and the concave mirror 52 further includes driver monitoring including an in-vehicle camera for monitoring the posture including the driver's viewpoint and the like.
  • driver monitoring including an in-vehicle camera for monitoring the posture including the driver's viewpoint and the like.
  • a viewpoint detection device 6 such as a system (DMS) is shown.
  • reference numeral 120 in the drawing is attached to the vicinity of the driver's seat, more specifically, to the ceiling above the driver's seat, and is linked to the opening and closing of the vehicle door, and can be turned on/off as required by the driver. As shown in the following description, this existing interior light 120 also serves as a light source for detecting the viewpoint position of the driver.
  • the member to be projected here is not limited to the windshield 3, and may be another member such as a combiner as long as it is a member on which an image is projected.
  • the image display device 30 is configured by, for example, a projector having a backlight (light source) 31 (FIG. 2), an LCD (Liquid Crystal Display), or the like. It may be a self-luminous VFD (Vacuum Fluorescent Display) or the like, or may be one that displays an image on a screen by a projection device.
  • a screen may be composed of, for example, a microlens array in which microlenses are two-dimensionally arranged.
  • the concave mirror 52 is composed of, for example, a free-form surface mirror or a mirror having an asymmetrical optical axis. More specifically, the shape of the concave mirror 52 is relatively small in order to reduce the distortion of the virtual image, for example, in the upper region (that is, the light rays reflected here are reflected below the windshield 3). (The distance from the driver's viewpoint 5 becomes short), the radius of curvature is made relatively small so that the enlargement ratio becomes large. On the other hand, in the lower region of the concave mirror 52 (that is, since the light rays reflected here are reflected above the windshield 3, the distance from the viewpoint 5 of the driver becomes relatively long), the enlargement ratio becomes small. As described above, the radius of curvature is relatively increased. By disposing the image display device 30 so as to be inclined with respect to the optical axis of the concave mirror 52, it is possible to correct the difference in image magnification and reduce the generated distortion itself.
  • the driver visually recognizes the image as a virtual image in front of it through the transparent windshield 3.
  • the display position of the virtual image can be adjusted in the vertical direction with respect to the position of the viewpoint 5.
  • the content displayed as the virtual image is not particularly limited, and for example, vehicle information, navigation information, an image of a front scene captured by a camera image (not shown) (surveillance camera, around viewer, etc.), and the like can be appropriately displayed.
  • Numeral 6 is a viewpoint detection device that is attached to a part of the steering wheel and detects the driver's viewpoint and posture under normal visible light, for example.
  • the viewpoint detection device 6 such as the driver monitoring system (DMS) including the in-vehicle camera does not necessarily need to be attached to a part of the steering wheel as described above, and can detect the driver's viewpoint and the like.
  • DMS driver monitoring system
  • the viewpoint detection device 6 may be attached to a part of the dashboard or a part of the windshield 3.
  • FIG. 2 shows an example of a detailed structure of the HUD device 1.
  • the housings are denoted by reference numerals 61 and 65, and the HUD device 1 is configured by combining the image display device 30 and the concave mirror 52. .. Further, here, a distortion correction lens or the like as a necessary optical element is indicated by reference numeral 43.
  • the concave mirror 52 is rotatably arranged within a slight angle range by the pair of shafts formed on the side surfaces inside the housings 61 and 65. ing. Further, on the bottom of the lower case 65, a mirror drive unit 42 including a moving mechanism such as a motor, a worm gear, and a wheel is attached by a detaching mechanism such as a screw together with a main board 70 on which a control unit and the like are mounted. There is. That is, the mirror drive unit 42 can change the tilt angle of the concave mirror 52 described above within a slight angle range.
  • FIG. 3 is a diagram showing an outline of a mounting example of the mirror driving unit 42 for changing the inclination angle of the concave mirror 52.
  • the mirror driving unit 42 has an electric motor 422, a worm gear 423, whose rotation speed is controllable in a wide range from at least high-speed rotation to low-speed rotation in the case 421. It has a plurality of gears 424 combined between the output shaft of the motor and the worm gear.
  • the mirror drive unit 42 has a worm gear 423 in which a part of the worm gear 423 is located at the outer peripheral portion of the housing, more specifically, at the lower end portion of the above-described optical component holding exterior case 65.
  • the concave mirror 52 is attached so as to mesh with the worm wheel 411 formed at the lower end of the concave mirror 52 through the notch.
  • FIG.3(c) is the figure seen from the joining side.
  • the control unit (1) (ECU 1) 20 of the HUD device 1 has a function of controlling the operation of the HUD device 1.
  • the control unit (1) (ECU 1) 20 includes a vehicle information acquisition unit (1) 21, a CPU (Central Processing Unit) (1) 22, a non-volatile memory (1) 23, and a volatile memory as shown in FIG. 5, for example. (1) 24, audio interface 25, display interface 26, communication interface (1) 27, and the like.
  • the function of the CPU (1) 22 to execute the software stored in the non-volatile memory (1) 23 by the volatile memory (1) 24 includes an audio data generation unit 221, a video data generation unit 222, and distortion correction. It is shown by the blocks of the unit 223, the light source adjustment unit (1) 224, the mirror adjustment unit 225, and the communication unit (1) 226.
  • the data generated by the audio data generation unit 221 is output to the speaker 60 via the audio interface 25, and the data generated by the video data generation unit 222 is corrected by the distortion correction unit 223 and displayed. It is output to the video display device 30 of the video display unit via the interface 26 for video.
  • the data from the light source adjusting unit (1) 224 is directly output to the video display device 30.
  • the data from the mirror adjusting unit 225 is output to the mirror driving unit 42.
  • various signals from a communication bus (CAN or the like) 300 provided in the vehicle 2 are input to the communication unit (1) 226 of the CPU (1) 22 via the communication interface (1) 27. .. That is, as shown in this figure, the control unit (1) (ECU 1) 20 displays an image displayed as a virtual image on the basis of the vehicle information and the like acquired from the vehicle information acquisition unit (1) 21. Is formed by driving the mirror, and this is reflected by the concave mirror 52 (FIG. 1) controlled by the mirror driving unit 42 to project it on the windshield 3 (FIG. 1). At the same time, the above-mentioned mirror driving unit 42 controls the tilt angle of the concave mirror 52.
  • a communication bus (CAN or the like) 300 provided in the vehicle 2 are input to the communication unit (1) 226 of the CPU (1) 22 via the communication interface (1) 27. .. That is, as shown in this figure, the control unit (1) (ECU 1) 20 displays an image displayed as a virtual image on the basis of the vehicle information and the like acquired from the vehicle information acquisition unit (1) 21. Is
  • the vehicle information acquisition unit (1) 21 is, for example, as shown in FIG. 6, a vehicle speed sensor 101, a shift position sensor 102, a headlight sensor 104, an illuminance sensor 105, a chromaticity sensor 106, an engine start sensor 109, an acceleration sensor. 110, a gyro sensor 111, a temperature sensor 112, and a road-vehicle communication wireless receiver 113, a vehicle-vehicle communication wireless receiver 114, a camera (outside the vehicle) 116, a GPS receiver 117, and a VICS receiver 118. And so on.
  • these devices need not necessarily have all, or may have other types of devices.
  • the vehicle information that can be acquired by these devices provided can be used as appropriate.
  • the HUD control system includes information acquisition devices such as various sensors installed in various parts of the vehicle 2 (FIG. 2 ), detects various events occurring in the vehicle 2 and travels at predetermined intervals.
  • the vehicle information can be acquired and output by detecting and acquiring the values of various parameters related to.
  • the vehicle speed sensor 101 is provided for grasping the vehicle speed
  • the engine start sensor 109 is for grasping the start of the engine, and the system is started when the engine is started.
  • the camera (outside the vehicle) is provided to detect a vehicle, a person, and an obstacle ahead.
  • FIG. 7 shows an example of the configuration of the viewpoint detection device 6 such as a driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera.
  • the viewpoint detection device 6 such as a driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera inputs signals from the camera (for viewpoint detection) 115 together with signals from the temperature sensor 112 and the steering angle sensor 602.
  • a control unit (2) (ECU2) 610 for performing a predetermined calculation process is provided.
  • the control unit (2) (ECU2) 610 is for inputting signals from the temperature sensor 112 and the steering wheel steering angle sensor 602.
  • the communication interface (2) 616 and the like.
  • the communication unit (2) 617 of the CPU (2) 613 communicates with the communication bus (CAN or the like) 300 provided in the vehicle 2 via the communication interface (2) 616, and the image analysis unit 618 thereof.
  • the camera control unit 619 controls the camera (for viewpoint detection) 115. That is, the control unit (2) (ECU 2) 610 included in the viewpoint detection device 6 operates and controls the camera (for viewpoint detection) 115, and at the same time, based on the video signal from the camera (for viewpoint detection) 115. The driver's viewpoint position is detected.
  • the detection signal is transmitted via the communication interface (2) 616 and the communication bus (CAN or the like) 300 provided in the vehicle 2 described above to the control unit (1) (ECU 1) 20 of the HUD device 1 described above. (FIG. 5).
  • the HUD device 1 described above receives the information of the driver's viewpoint 5 from the viewpoint detection device 6 such as a driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera attached to a part of the steering wheel, and receives the information of the driver's viewpoint 5.
  • DMS driver monitoring system
  • the tilt angle is controlled in accordance with the position of the driver's viewpoint to adjust/control the position of the virtual image projected on the windshield 3 of the vehicle 2.
  • FIG. 8 shows a block diagram of an interior light device 700 that controls the interior light 120 in the vehicle 2.
  • the room light device 700 is installed, for example, inside the room light 120.
  • the interior light device 700 transmits a signal from the door opening/closing sensor 710 that detects the opening/closing of the door in order to turn on/off the interior light in conjunction with the opening/closing of the door of the vehicle 2.
  • the control unit (3) (ECU 3) 730 for controlling the Further, the control unit (3) (ECU 3) 730 receives the signals from the door opening/closing sensor 710 and the switch 720, the vehicle information acquisition unit (3) 731, the CPU (3) 732, the non-volatile memory (3) 733, A volatile memory (3) 734 and a communication interface (3) 735 are provided.
  • the CPU (3) 732 is composed of a light source adjustment unit (2) 736 and the like.
  • the CPU (3) 732 communicates with the communication bus (CAN, etc.) 300 provided in the vehicle 2 via the communication interface (3) 735, and the light source adjustment unit (2) 736 thereof is
  • the software stored in the non-volatile memory (3) 733 and the volatile memory (3) 734 are used to determine the state of the light source and control the light source 121. That is, the control unit (3) (ECU 3) 730 of the interior lighting device 700 turns on/off the light source 121 in the vehicle 2 in response to the opening/closing of the door and the ON/OFF of the switch 720 by the driver.
  • the CPU (3) 732 that constitutes the control unit (3) (ECU 3) 730 monitors the state of the interior light 120.
  • the state (on/off) is output from the communication unit (3) 737 to the communication bus (CAN or the like) 300 as vehicle information via the communication interface (3) 735.
  • the viewpoint position of the driver is detected without separately providing a light source such as an infrared LED, that is, the irradiation light of the image display device 30 which is a main element that originally constitutes the HUD device 1. Is used, it is possible to detect even in a dark environment such as at night or in an indoor parking lot, and the entire configuration thereof is shown in FIG.
  • the light of the interior light 120 is used, and as is clear from this figure, the HUD device 1 generates white light (all white), and the white light is used to detect the viewpoint position of the driver. It is selectively used as illumination light for. That is, the light (image light) from the HUD device 1 that displays a virtual image to the driver is originally directed to the viewpoint of the driver 51, and therefore the white light from the HUD device 1 is the driver. Irradiation is directed to the vicinity of the eye. Therefore, by utilizing the emitted white light as illumination light, a viewpoint detection device such as a driver monitoring system (DMS) including the above-described in-vehicle camera can be used without separately using a light source such as an infrared LED. 6 can be used to detect the driver's viewpoint position. According to this, since a separate light source such as an infrared LED is not required, it is possible to suppress an increase in the number of components and realize a more economical device.
  • DMS driver monitoring system
  • white light is emitted from the HUD device 1 as illumination light, as will be described in detail later, at the timing when the driver sits in the driver's seat and starts driving (for example, when the engine key is inserted). It is preferable to carry out. Further, it can be used not only in the nighttime but also in the daytime in a dark environment (a place such as an indoor parking lot). On the other hand, in a bright environment in the daytime or under lighting of an interior light, the viewpoint of the driver is detected by the viewpoint detection device 6 such as the driver monitoring system (DMS) including the in-vehicle camera without using the white light of the HUD device 1.
  • DMS driver monitoring system
  • the position may be detected, and further, based on the detection signal from the illuminance sensor (see reference numeral 105 in FIG. 6) provided to detect the brightness outside the vehicle, the white light from the HUD device 1 is appropriately detected. If necessary, the light may be turned on.
  • the interior light 120 is often performed in conjunction with opening/closing of the door of the vehicle 2 at night, for example, and is also necessary during driving. Lighting is performed accordingly. Therefore, it is also effective to use the light of the interior lamp 120 at the time of lighting as illumination light for detecting the viewpoint position of the driver.
  • the white light by the HUD device 1 which may cause the driver to feel glare is not generated unnecessarily, and the in-vehicle camera is included. It becomes possible to detect the viewpoint position of the driver by using the viewpoint detection device 6 such as a driver monitoring system (DMS).
  • the ON/OFF state of the interior light 120 is output to the communication bus (CAN or the like) 300 as vehicle information by the control unit (3) (ECU 3) 730 of the interior light device 700, as described in FIG. ..
  • the HUD device 1 emits white light (all white) (hereinafter, also referred to as “all white display” or “HUD light”) to determine the viewpoint position of the driver. Is detected, and as a result, the direction of the image light for displaying the virtual image with respect to the viewpoint position is adjusted by the mirror driving unit 42 (see FIG. 3 or 4). From this, it is basically assumed that the vehicle is not traveling, and for example, the traveling speed of the vehicle from the vehicle speed sensor 101 (see FIG. 6) is monitored. When it is determined that the value has been reached, it is preferable to immediately stop the adjustment and perform normal display on the HUD device, or not display on the HUD device.
  • the power source is changed. It is determined whether or not (ignition) is ON (S1001). Then, it is determined whether the interior light 120 is OFF (S1002). When the result of the determination in S1002 is "Yes", the display by the HUD device 1 is changed to the all white display (also referred to as "entire white display") (S1003).
  • the CPU (1) 22 that is the arithmetic processing unit, the HUD light projected from the projector, LCD (Liquid Crystal Display), etc. Is a display light having a single color and having a horizontally long rectangular shape, that is, the display light corresponding to the width of the face of the human driver, for example, all white display light.
  • the result of the determination in S1001 is "No”
  • the same determination is repeated.
  • the normal viewpoint position adjustment which will be described in detail below, is performed while the interior lamp 120 is on.
  • the concave mirror 52 is rotationally moved by driving the mirror driving unit 42 (FIG. 5) of the HUD device 1 in the state where the entire surface is displayed in white (S1004). Subsequently, it is again determined whether the interior light 120 is OFF (S1005), and if the determination in S1005 is "No", normal viewpoint position adjustment is performed, but this rotational movement is While reciprocating in a certain range on the driver's face, the process is performed until the driver's viewpoint is detected (determined as “Yes”) (S1006). That is, the entire white display from the HUD device 1 is usually set to be performed near the eyeball on the face of the driver 51, as shown in FIG.
  • the concave mirror 52 by moving the concave mirror 52 back and forth within a certain range, as shown in FIGS. 13B to 13C, the entire white display of the HUD device 1 is moved on the face of the driver 51. However, finally, as shown in FIG. 13D, it is possible to reliably irradiate the vicinity of the eyeball of the driver 51. At this time, while confirming the HUD light hitting the driver by the viewpoint detection device 6 such as the driver monitoring system (DMS) including the in-vehicle camera, the concave mirror 52 is adjusted so that the HUD light comes to the center of the eyes (Fig. Position 13(d)) would be preferred.
  • DMS driver monitoring system
  • the viewpoint detection device 6 such as the driver monitoring system (DMS) including the in-vehicle camera described above.
  • DMS driver monitoring system
  • the process returns to the movement of the HUD mirror (S1004) again.
  • the concave mirror 52 is returned to the default position (S1008), and a series of processes is ended (position adjustment end).
  • the display shifts to the HUD normal display.
  • the detection of the driver's viewpoint position using the viewpoint detection device 6 such as a driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera is realized by extracting the obtained facial image of the driver 51 by image analysis. What is possible will be easily understood by those skilled in the art.
  • DMS driver monitoring system
  • the image is further captured by the viewpoint detecting device 6 such as the driver monitoring system (DMS) including the in-vehicle camera.
  • DMS driver monitoring system
  • the seated state of the driver 51 in the driver's seat is detected or determined by image analysis of the captured image, and the result is displayed. That is, in the present embodiment, first, it is determined whether or not the viewpoint of the driver 51 detected in S1006 is at the center of the entire white light from the HUD device 1 (S1009). Further, it is determined whether or not the position in the depth direction of the viewpoint of the driver 51 is near the headrest, that is, whether or not the driver is seated at the correct position (S1010).
  • the warning display in S1012 is the first warning (first time) (S1013), and if the result of the determination in S1013 is the first time (“Yes”), the concave surface is displayed. Returning to the movement of the mirror 52 (S1004), the steps from S1004 are repeated. In that case, the warning display is returned to the white display.
  • the determination in S1013 when it is determined that the warning is already issued (“No”) instead of the first warning (first time), it is determined that the position of the driver is incorrect, and the concave mirror 52 is included. Is returned to the default position (S1014), a series of processes is completed (position adjustment is completed), and then the HUD normal display is performed.
  • the driver's viewpoint position detection operation (position adjustment) shown in FIG. 11 is basically the same as the operation shown in FIG. 10, but following the determination of whether or not the interior light is OFF (S1002). Then, it is further determined whether or not the signal from the illuminance sensor 105 is less than a predetermined illuminance (for example, less than 50 lux) (S1101), and if the result of the determination in S1101 is "Yes", , HUD device 1 makes the entire white display (S1003). On the other hand, when the result of the determination in S1002 or the determination of the illuminance in S1101 is “No”, the normal viewpoint position adjustment, which will be described in detail below, is performed while the interior light is on.
  • a predetermined illuminance for example, less than 50 lux
  • the signal from the illuminance sensor 105 is again below a predetermined lux (for example, 50 (Less than lux) is determined (S1102). If the result of the determination in S1102 is "Yes", the driver's viewpoint is detected: the process proceeds to S1006, while if "No" is determined, the normal viewpoint with the interior light turned on. Move to position adjustment.
  • a predetermined lux for example, 50 (Less than lux
  • the HUD device 1 can display the white position of the driver with sufficient accuracy even if the illuminance is insufficient.
  • FIG. 12 is a flowchart showing an example of the procedure of the normal viewpoint position adjustment.
  • the normal viewpoint position adjustment is started, it is determined whether or not the driver's viewpoint is detected (S1201). ), and if the result of the determination in S1201 is "Yes", the concave mirror 52 is moved according to the viewpoint of the driver who has detected it (S1202). After that, it is determined whether or not the position in the depth direction of the viewpoint of the driver 51 is near the headrest, that is, whether or not the driver is seated at the correct position (S1203), and the result of the determination in S1203 is “Yes”. If so, a series of position adjustments are terminated and the display shifts to the HUD normal display.
  • the HUD light generated by the HUD device 1 for performing the driver's viewpoint position detection operation is described as white light (all white), but , A driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera, etc., is selected in order to more accurately measure the distance from the viewpoint detecting device 6 to the driver's viewpoint.
  • DMS driver monitoring system
  • the present invention is not limited to this, and instead of white light, it is also possible to adopt whole monochromatic light of another color, such as yellow green, which is gentle to the human eye.
  • the HUD light is not limited to a horizontally long rectangular shape having a single color as a whole, and further, analysis of an image from the viewpoint detection device 6 such as a driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera (for example, analysis of movement amount), etc.
  • DMS driver monitoring system
  • in-vehicle camera for example, analysis of movement amount
  • the HUD device 1 is exclusively used for detecting the viewpoint position of the driver.
  • Driver monitoring system including an in-vehicle camera that operates with normal visible light by selectively utilizing the existing interior light provided in the vehicle 2 or the light source of the HUD device 1 without requiring the light source of The viewpoint position of the driver can be detected by the viewpoint detection device 6 such as DMS).
  • the on/off state of the interior light is monitored as vehicle information of a communication bus such as CAN provided in the vehicle, and when the interior light is on, light from the interior light is used, When the interior light is off, white light (all white) from the HUD device 1 is used.
  • a viewpoint detection device 6 or the like such as a driver monitoring system (DMS) including an in-vehicle camera that operates with visible light and is normally mounted in the device to confirm the position of the driver. It is possible to reliably detect the line-of-sight position of the driver who is the observer of the virtual image projection image without unnecessary generation of white light by the HUD device 1 that may give a glare to the visual sense. That is, it is possible to more reliably detect the line-of-sight position of the driver and control the virtual image projection image position, and a head-up display device that is practically and economically excellent is realized. ..
  • DMS driver monitoring system
  • the present invention can be used for a head-up display device that projects an image on a transparent glass plate or the like.

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Abstract

乗り物のウィンドシールドに映像を投射することで運転者に対して映像による虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、光源および表示素子を有して映像を形成する映像表示手段と、前記映像表示手段から出射された映像光をウィンドシールド上に投射して反射させることで前記虚像を前記乗り物の前方に表示する手段と、運転者の視点を検知する運転者視点検知手段と、前記運転者視点検知手段により検知した運転者の視点の情報に基づいて映像表示手段により投射される前記虚像の位置を移動する手段とを備え、前記運転者視点検知手段は、夜間等においては、室内灯、または、前記映像表示手段の光源の光を照明光として運転者の顔面に対して照射して運転者の視点を検知する。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置の技術に関し、特に、透明なガラス等に画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に適用して有効な技術に関するものである。
　例えば、自動車等の車両において、通常、車速やエンジン回転数等の情報は、ダッシュボード内の計器盤（インパネ）に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転者がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス（ウィンドシールド）等に投射して表示するヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ　Ｕｐ　Ｄｉｓｐｌａｙ、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）装置が知られている。
　このようなＨＵＤに関連する技術として、例えば、以下の特許文献１～３には、ＨＵＤと視点検出カメラを組み合わせた技術が開示されている。
　また、以下の特許文献４には、簡易な構成により、観察者の視点の位置に対応して虚像である投射画像の表示位置を変更するための技術が記載されている。
特開２０１６－０６８５７７号公報 特開２０１５－２１９６３１号公報 特開２０１４－１９９３８５号公報 特開２０１６－０１４８６１号公報
　上述した従来技術、特に、特許文献４に記載されたような従来技術では、観察者に対して画像光を効率よく向けるため、赤外線カメラ等の視点位置検出手段により運転者の視点位置を検出し、当該検出された視点位置に従って投射画像の表示位置を移動する旨が記載されている。しかしながら、その場合、当該視点位置検出手段として、運転中のドライバの姿勢や視線などを検知して安全運転をサポートするための通常のドライバモニタリングシステムに加えて、更に、赤外線の発生装置と赤外線カメラ等を運転席近傍の狭小な空間内に取り付ける必要が生じるため、装置のコスト上昇にも繋がってしまい、必ずしも最適なものではなかった。
　そこで本発明の目的は、赤外線などの専用の光源を利用せず、既存の室内灯やＨＵＤ装置の光源を利用して、通常の可視光で作動して運転者の位置を確認する視点検出装置によって虚像投射画像の観察者である運転者の視点位置を検出すると共に、ＨＵＤ装置による白色光を不要に発生することなく、好適な虚像投射画像の制御を行うことが可能な、実用的で経済性にも優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。
　本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、乗り物のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記映像による虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、光源および表示素子を有して前記映像を形成する映像表示手段と、前記映像表示手段から出射された映像光を前記ウィンドシールド上に投射して反射させることで前記虚像を前記乗り物の前方に表示する手段と、前記運転者の視点を検知する運転者視点検知手段と、前記運転者視点検知手段により検知した前記運転者の視点の情報に基づいて、前記映像表示手段により投射される前記虚像の位置を移動する手段と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置において、前記乗り物は、運転席の近傍に室内灯装置を備えており、前記運転者視点検知手段は、前記乗り物の所定の環境下において、前記室内灯装置の光、または、前記映像表示手段の光源の光を照明光として前記運転者の顔面に対して照射して前記運転者の視点を検知するヘッドアップディスプレイ装置が提供される。
　本発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。即ち、本発明の代表的な実施の形態によれば、夜間などの十分な可視光が得られない環境下においても運転者の視点位置を確実に確認して良好な虚像投射画像の制御が可能な実用的にも経済性にも優れたヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。
本発明の一実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の全体構成の一例を示した図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の実装形態の詳細構成を示した図である。 ヘッドアップディスプレイ装置のミラー駆動部の構成の例を示した展開図、組立図、全体図を含む図である。 ヘッドアップディスプレイ装置のミラー駆動部の動作の例を示した図である。 ヘッドアップディスプレイ装置におけるＨＵＤ装置の制御システムの一例を示すブロック図である。 ヘッドアップディスプレイ装置のＨＵＤ装置を構成する車両情報取得部の一例を示すブロック図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の視点検出装置の構成の一例を示すブロック図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の室内灯装置の構成の一例を示すブロック図である。 ヘッドアップディスプレイ装置による運転者の視点位置検出を説明する全体構成図である。 ヘッドアップディスプレイ装置における運転者の視点位置検出動作（位置調整）の詳細を示すフロー図である。 他の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置における運転者の視点位置検出動作（位置調整）の詳細を示すフロー図である。 図１０および図１１における通常視点位置調整の詳細を示すフロー図である。 運転者の視点位置検出の動作原理ついて説明する図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。また、以下に示す各実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置が自動車等の車両に設置される場合を例として説明するが、電車や航空機等の他の乗り物にも適用可能である。
　図１は、本発明の一実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の構成の一例について概要を示した図である。このＨＵＤ装置１は、図示しない筐体内に配置されて光源からの光を変調して投射する映像表示装置３０の光を、必要な光学素子４３を介し、更には、凹面ミラー５２により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射して観察者（運転者）の視点５へ入射することにより、所望の投射画像を観察者の視点の位置に対応して表示するものである。なお、この図では、異なる観察者（運転者）の視点５の位置（Ａ，Ｂ，Ｃ）に対応した凹面ミラー５２の回転位置、投射画像のウィンドシールド３（内面側）への投射位置、更には、それによって表示される虚像が、それぞれ、Ａ，Ｂ，Ｃにより示されている。
　また、図には、映像表示装置３０や凹面ミラー５２を含むＨＵＤ装置１を制御する制御部２０が、更には、運転者の視点等を含めた姿勢を監視するための車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６が示されている。また、図中の符号１２０は、運転席の近傍、より具体的には運転席上部の天井に取り付けられ、車両のドアの開閉に連動すると共に、運転者の必要に応じて点灯／消灯が可能な既存の室内灯を示しており、以下の説明からも明らかとなるが、この室内灯１２０は、その点灯中において運転者の視点位置検出用の光源としての役割も有している。
　なお、ここで、被投射部材はウィンドシールド３に限られず、映像が投射される部材であれば、コンバイナなど他の部材とすることも可能である。また、映像表示装置３０は、例えば、バックライト（光源）３１（図２）を有するプロジェクタやＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等により構成される。自発光型のＶＦＤ（Ｖａｃｕｕｍ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等であってもよく、或いは、投射装置によりスクリーンに映像を表示するものであってもよい。このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを２次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成してもよい。
　凹面ミラー５２は、例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有するミラー等により構成される。より具体的には、凹面ミラー５２の形状は、虚像の歪みを低減するために、例えば、その上部の領域（即ち、ここで反射した光線はウィンドシールド３の下方で反射するため、相対的に運転者の視点５との距離が短くなる）では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径を小さくする。一方、凹面ミラー５２の下部の領域（即ち、ここで反射した光線はウィンドシールド３の上方で反射するため、相対的に運転者の視点５との距離が長くなる）では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径を大きくする。映像表示装置３０を凹面ミラー５２の光軸に対して傾斜させて配置することで、像倍率の違いを補正して、発生する歪みそのものを低減するようにしてもよい。
　運転者は、視点５からウィンドシールド３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド３を通してその前方に虚像として映像を視認する。その際、凹面ミラー５２の角度を調整することで映像をウィンドシールド３に投射する位置を調整することにより、視点５の位置に対して、虚像の表示位置を上下方向に調整可能となっている。なお、虚像として表示する内容は特に限定されず、例えば、車両情報やナビゲーション情報、図示しないカメラ映像（監視カメラやアラウンドビュアー等）で撮影した前方の風景の映像などを適宜表示することができる。
　また、符号６は、ハンドルの一部に取り付けられ、例えば、通常の可視光下で運転者の視点や姿勢を検出する視点検出装置である。ただし、この車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６は、必ずしも、上述したようにハンドルの一部に取り付けられる必要はなく、運転者の視点等を検出が可能であればよく、例えば、ダッシュボードの一部、または、ウィンドシールド３の一部に取り付けられてもよい。
　図２には、ＨＵＤ装置１の詳細構造の一例が示されており、ここでは筐体が符号６１と６５で示され、ＨＵＤ装置１は映像表示装置３０と凹面ミラー５２と合わせて構成される。更に、ここでは、必要な光学素子としての歪み補正レンズ等が符号４３により示されている。
　また、本例では、図からも明らかなように、筐体６１、６５の内部には、側面に一対で形成された軸によって、凹面ミラー５２が、僅かな角度範囲で回動可能に配置されている。更には、下部の筐体６５の底部には、制御部等が実装されるメイン基板７０と共に、モータやワームギアやホイル等の移動機構からなるミラー駆動部４２がネジ等の着脱機構により取り付けられている。即ち、このミラー駆動部４２により、上述した凹面ミラー５２の傾斜角度を僅かな角度範囲で変化させることが可能となっている。
　図３は、凹面ミラー５２の傾斜角度を変化させるためのミラー駆動部４２の実装例について概要を示した図である。ここでは、ミラー駆動部４２は、図３（ａ）にも示すように、ケース４２１内に、少なくとも、高速回転から低速回転まで広い範囲でその回転速度が制御可能な電動モータ４２２、ワームギア４２３、当該モータの出力軸とワームギアの間に組み合わせた複数の歯車４２４を備えている。このミラー駆動部４２は、図３（ｂ）にも示すように、筺体の外周部、より具体的には、上述した光学部品保持外装ケース６５の下端部において、そのワームギア４２３が、一部の切欠き部を介して、凹面ミラー５２の下端部に形成されたワームホイル４１１と噛み合うように取り付けられる。図３（ｃ）は、接合側から見た図である。
　なお、上述したミラー駆動部４２の構成によれば、図４にも示すように、低速から高速までの広い範囲で回転制御が可能な電動モータ４２２の回転が、複数の歯車４２４を介して所望の回転速度／駆動力に変換されてワームギア４２３に伝達され、更に、凹面ミラー５２の下端部に形成されたワームホイル４１１により、凹面ミラー５２を、回転軸を中心に回転しながら前後方向に移動して（図の矢印を参照）、凹面ミラー５２を所望の傾斜角度に調整することができる。なお、この図では、複数の歯車４２４は、図示を容易にするため間隔をもって示されているが、実際には、これらは噛み合っていることは、当業者であれば当然であろう。
　続いて、ＨＵＤ装置１の制御部（１）（ＥＣＵ１）２０は、ＨＵＤ装置１の動作を制御する機能を有している。制御部（１）（ＥＣＵ１）２０は、例えば図５に示すように、車両情報取得部（１）２１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）（１）２２、不揮発性メモリ（１）２３、揮発性メモリ（１）２４、音声用インターフェース２５、表示用インターフェース２６、通信用インターフェース（１）２７などから構成される。なお、図において、当該ＣＰＵ（１）２２が不揮発性メモリ（１）２３に格納したソフトウェアを揮発性メモリ（１）２４によって実行する機能が音声データ生成部２２１、映像データ生成部２２２、歪み補正部２２３、光源調整部（１）２２４、ミラー調整部２２５、通信部（１）２２６のブロックによって示されている。音声データ生成部２２１で生成されたデータは、音声用インターフェース２５を介してスピーカ６０へ出力され、そして、映像データ生成部２２２で生成されたデータは、歪み補正部２２３で歪みを補正し、表示用インターフェース２６を介して映像表示部の映像表示装置３０へ出力される。なお、光源調整部（１）２２４からのデータは、直接、映像表示装置３０へ出力される。また、ミラー調整部２２５からのデータはミラー駆動部４２へ出力される。
　一方、ＣＰＵ（１）２２の通信部（１）２２６へは、車両２内に設けられた通信バス（ＣＡＮなど）３００からの各種の信号が通信用インターフェース（１）２７を介して入力される。即ち、制御部（１）（ＥＣＵ１）２０は、この図にも示すように、車両情報取得部（１）２１から取得した車両情報等に基づいて、虚像として表示する映像を、映像表示装置３０を駆動することにより形成し、そして、これをミラー駆動部４２により制御する凹面ミラー５２（図１）によって反射させることでウィンドシールド３（図１）に投射する。これと共に、上述したミラー駆動部４２により、凹面ミラー５２の傾斜角度の制御を行う。
　車両情報取得部（１）２１は、例えば、図６にも示すように、車速センサ１０１、シフトポジションセンサ１０２、ヘッドライトセンサ１０４、照度センサ１０５、色度センサ１０６、エンジン始動センサ１０９、加速度センサ１１０、ジャイロセンサ１１１、温度センサ１１２を含んでおり、更には、路車間通信用無線受信機１１３、車車間通信用無線受信機１１４、カメラ（車外）１１６、ＧＰＳ受信機１１７、ＶＩＣＳ受信機１１８等を有する。しかしながら、これらのデバイスは、必ずしも、全てを備えている必要はなく、或いは、更に他の種類のデバイスを備えていてもよい。加えて、これらの備えたデバイスによって取得できる車両情報は、適宜、用いることができる。このように、ＨＵＤ制御システムは、車両２（図２）の各部に設置された各種のセンサ等の情報取得デバイスからなり、車両２で生じた各種イベントを検知したり、所定の間隔で走行状況に係る各種パラメータの値を検知・取得したりすることで車両情報を取得して出力することができる。
　なお、車速センサ１０１は、車速を把握するために設けられており、そして、エンジン始動センサ１０９は、エンジンの始動を把握するためであり、エンジン始動時にシステムを開始する。カメラ（車外）は前方の車両や人物および障害物を検知するために設けられている。
　図７は、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６の構成の一例を示す。本例においては、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６は、温度センサ１１２やハンドル操舵角センサ６０２からの信号と共に、カメラ（視点検出用）１１５からの信号を入力して所定の演算処理を行う制御部（２）（ＥＣＵ２）６１０を備えており、この制御部（２）（ＥＣＵ２）６１０は、温度センサ１１２やハンドル操舵角センサ６０２からの信号を入力するための車両情報取得部（２）６１１、カメラ（視点検出用）１１５からの信号を入力するためのカメラ用インターフェース６１２、ＣＰＵ（２）６１３、不揮発性メモリ（２）６１４、揮発性メモリ（２）６１５、そして、通信用インターフェース（２）６１６等によって構成されている。
　ＣＰＵ（２）６１３の通信部（２）６１７は、通信用インターフェース（２）６１６を介して車両２内に設けられた通信バス（ＣＡＮなど）３００との通信を行うと共に、その映像解析部６１８は、不揮発性メモリ（２）６１４に格納したソフトウェアや揮発性メモリ（２）６１５を使用し、カメラ用インターフェース６１２を介してカメラ（視点検出用）１１５からの信号を入力して映像解析を行い、そして、カメラ制御部６１９によりカメラ（視点検出用）１１５を制御する。即ち、視点検出装置６を構成する制御部（２）（ＥＣＵ２）６１０は、カメラ（視点検出用）１１５を操作・制御すると同時に、当該カメラ（視点検出用）１１５からの映像信号を基にして運転者の視点位置を検出する。なお、その検出信号は、通信用インターフェース（２）６１６や上述した車両２内に設けられた通信バス（ＣＡＮなど）３００を介して、上述したＨＵＤ装置１の制御部（１）（ＥＣＵ１）２０（図５）へ送信される。
　なお、以上に述べたＨＵＤ装置１は、ハンドルの一部に取り付けられた車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６から運転者の視点５の情報を受け取り、凹面ミラー５２の傾斜角度を運転者の視点の位置に対応して制御し、車両２のウィンドシールド３に投射する虚像の位置を調整／制御することは言うまでもない。
　更に、図８には、車両２内において室内灯１２０の制御を行う室内灯装置７００のブロック図を示す。室内灯装置７００は、例えば、室内灯１２０の内部に設置されている。図８からも明らかなように、この室内灯装置７００は、車両２のドアの開閉に連動して室内灯のオン／オフを行うためにドアの開閉を検知するドア開閉センサ７１０からの信号を入力とすると共に、当該ドアの開閉とは独立に室内灯のオン／オフを行うためのスイッチ７２０、そして、これらセンサやスイッチからの信号に基づいて室内灯１２０（図１を参照）の光源１２１を制御する制御部（３）（ＥＣＵ３）７３０から構成されている。更に、この制御部（３）（ＥＣＵ３）７３０は、ドア開閉センサ７１０やスイッチ７２０からの信号を入力する車両情報取得部（３）７３１、ＣＰＵ（３）７３２、不揮発性メモリ（３）７３３、揮発性メモリ（３）７３４、通信用インターフェース（３）７３５を備えている。そして、ＣＰＵ（３）７３２は光源調整部（２）７３６などから構成されている。
　そして、ＣＰＵ（３）７３２は、通信用インターフェース（３）７３５を介して車両２内に設けられた通信バス（ＣＡＮなど）３００との通信を行うと共に、その光源調整部（２）７３６は、不揮発性メモリ（３）７３３に格納したソフトウェアや揮発性メモリ（３）７３４を使用して光源の状態を決定し、光源１２１を制御する。即ち、室内灯装置７００の制御部（３）（ＥＣＵ３）７３０は、ドアの開閉と共に、運転者によるスイッチ７２０のオン／オフに応答して車両２内の光源１２１を点灯／消灯する。加えて、この室内灯装置７００では、以下にも詳細に述べるように、その制御部（３）（ＥＣＵ３）７３０を構成するＣＰＵ（３）７３２は室内灯１２０の状態を監視しており、その状態（オン／オフ）を通信部（３）７３７により、通信用インターフェース（３）７３５を介して、車両情報として通信バス（ＣＡＮなど）３００へ出力する。
　＜運転者の視点位置検出＞
　続いて、ＨＵＤ装置１における運転者の視点位置検出について説明する。なお、本実施の形態では、運転者の視点位置検出を、別途、赤外線ＬＥＤ等の光源を設けることなしに、即ち、本来ＨＵＤ装置１を構成する主要な要素である映像表示装置３０の照射光を利用することにより、夜間や屋内駐車場のような暗い環境下においても検出を可能とするものであり、その全体構成を図９に示す。
　本実施の形態では、室内灯１２０の光を利用すると共に、この図からも明らかなように、ＨＵＤ装置１により白色光（全白）を発生し、当該白色光を運転者の視点位置検出のための照明光として選択的に利用する。即ち、虚像を運転者に対して表示するＨＵＤ装置１からの光（映像光）は、本来、運転者５１の視点に向けられており、そのため、当該ＨＵＤ装置１からの白色光は、運転者の眼を中心としてその近傍に向けて照射される。そこで、この照射される白色光を照明光として利用することによれば、別途、赤外線ＬＥＤ等の光源を使用することなしに、上述した車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６を利用して運転者の視点位置を検知することが可能となる。これによれば、別途、赤外線ＬＥＤ等の光源を必要としないことから、その構成部品の増大を抑制してより経済的な装置を実現することが可能となる。
　また、照明光としてＨＵＤ装置１による白色光を照射することから、後にも詳述するが、運転者が運転席に着座して運転を開始するタイミング（例えば、エンジンキーを挿入した場合等）で行うことが好ましい。また、夜間に限らず、昼間でも暗めの環境（屋内駐車場のような場所）であれば利用が可能である。他方、昼間の明るい環境下、または、室内灯の点灯下では、ＨＵＤ装置１による白色光を利用することなく、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６により運転者の視点位置を検知してもよく、更には、車外の明るさを検知するために設けられた照度センサ（図６の符号１０５を参照）からの検知信号に基づき、適宜、ＨＵＤ装置１による白色光を、その必要に応じて、点灯するようにしてもよい。
　加えて、実際の車両２では、室内灯１２０のオン／オフは、例えば、夜間などにおいては、車両２のドアの開閉に連動して行われることが多く、また、運転中においても、必要に応じて点灯が行われる。そこで、この点灯時の室内灯１２０の光を運転者の視点位置検出のための照明光として利用することも有効である。これによれば、別途赤外線ＬＥＤ等の専用の光源等を必要とせずに、運転者に眩しさを感じさせる可能性のあるＨＵＤ装置１による白色光を不要に発生することなく、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６を利用して運転者の視点位置を検知することが可能となる。なお、室内灯１２０のオン／オフ状態は、図８でも述べたように、室内灯装置７００の制御部（３）（ＥＣＵ３）７３０により車両情報として通信バス（ＣＡＮなど）３００へ出力されている。
　＜運転者の視点位置検出動作（位置調整）＞
　次に、上述したＨＵＤ装置１における運転者の視点位置検出動作（位置調整）の詳細について、図１０のフローチャートを参照しながら以下に説明する。なお、本発明の実施の形態になるＨＵＤ装置では、ＨＵＤ装置１により白色光（全白）を照射する（以下、「全白表示」や「ＨＵＤ光」とも言う）ことにより運転者の視点位置を検出し、その結果、ミラー駆動部４２（図３または４を参照）によって虚像表示する映像光の視点位置に対する方向を調整する。このことから、基本的には、車両が走行していないことを前提としており、例えば、車速センサ１０１（図６参照）からの車両の走行速度を監視しており、例えば、走行速度が所定の値に達したと判定された場合には、直ちに調整を中断してＨＵＤ装置の通常表示を行い、または、ＨＵＤ装置による表示はしないようにすることが好ましい。
　まず、図１０において、ＨＵＤ装置１による運転者５１の視点位置検出動作（位置調整）を開始すると、車両が始動状態であることを確認するため、例えば、エンジンキーの挿入に対応して、電源（イグニッション）がＯＮであるか否かを判定する（Ｓ１００１）。続いて、室内灯１２０がＯＦＦであるか否かを判定する（Ｓ１００２）。Ｓ１００２での判定の結果、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、ＨＵＤ装置１による表示を全白表示（「全面ホワイト表示」とも言う）にする（Ｓ１００３）。具体的には、演算処理部であるＣＰＵ（１）２２によって映像表示装置３０へ入力される映像信号を制御することにより、プロジェクタやＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等から投射されるＨＵＤ光を、全体が単一色で横長矩形状の、即ち、運転者である人間の顔の横幅に対応した表示光である、例えば、全白表示光に変更する。他方、Ｓ１００１の判定で「Ｎｏ」と判定された場合には、再び、同じ判定を繰り返すこととなる。また、Ｓ１００２の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、室内灯１２０の点灯下において、以下にもその詳細を説明する通常視点位置調整を行う。
　次に、全面ホワイト表示の状態で、ＨＵＤ装置１のミラー駆動部４２（図５）を駆動することにより、凹面ミラー５２を回転移動する（Ｓ１００４）。続いて、再度、室内灯１２０がＯＦＦであるか否かを判定し（Ｓ１００５）、Ｓ１００５の判定の、「Ｎｏ」と判定された場合には、通常視点位置調整を行うが、この回転移動は、運転者の顔面上の一定範囲を往復運動しながら、その後、運転者の視点を検出する（「Ｙｅｓ」と判定される）まで行う（Ｓ１００６）。即ち、ＨＵＤ装置１からの全面ホワイト表示は、図１３（ａ）にも示すように、通常、運転者５１の顔面上の眼球の近傍において行うように設定されている。そのため、凹面ミラー５２を一定範囲で往復して移動することによれば、図１３（ｂ）～（ｃ）に示すように、ＨＵＤ装置１の全面ホワイト表示を運転者５１の顔面上を移動しながら、最終的には、図１３（ｄ）に示すように、運転者５１の眼球の近傍に、確実に、照射することが可能となる。この時、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６により、運転者に当るＨＵＤ光を確認しながら、ＨＵＤ光が目の中心に来るように凹面ミラー５２を調整する（図１３（ｄ）の位置）ことが好ましいであろう。
　このことによれば、上述した車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６を利用しての運転者５１の視点位置の検出を確実に実行することが可能となる。他方、Ｓ１００６の運転者の視点を検出の判定の結果、「Ｎｏ」が所定の時間継続した場合、より具体的には、視点未検出時間が１０秒以上経過したか否かを判定し（Ｓ１００７）、その結果「Ｎｏ」の場合には、処理は、再度、ＨＵＤミラーの移動（Ｓ１００４）へ戻る。他方、「Ｙｅｓ」の場合、即ち、運転者の検出に失敗した場合には、凹面ミラー５２をデフォルト位置に戻し（Ｓ１００８）、一連の処理を終了（位置調整終了）する。そして、その後、ＨＵＤ通常表示へ移行する。なお、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６を利用しての運転者の視点位置の検出は、得られた運転者５１の顔面映像を画像分析により抽出することにより実現可能であることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
　また、Ｓ１００６の運転者の視点を検出の判定の結果、「Ｙｅｓ」の場合には、本実施の形態では、更に、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６により撮像された映像の画像分析により、運転席での運転者５１の着座状態を検知または判定して、その結果を表示する。即ち、本実施の形態では、まず、Ｓ１００６で検出した運転者５１の視点がＨＵＤ装置１からの全面白色光の中心にあるか否かを判定する（Ｓ１００９）。更に、運転者５１の視点の奥行方向の位置が、ヘッドレストの近くにあるか、即ち、正しい位置に着席しているか否かを判定する（Ｓ１０１０）。
　その後、Ｓ１００９およびＳ１０１０の判定の結果、いずれも「Ｙｅｓ」と判定された場合には、凹面ミラー５２の移動を停止し（Ｓ１０１１）、一連の処理を終了する。この時、ＨＵＤ装置１による全面ホワイト表示も、同時に、停止する。他方、Ｓ１００９の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、ＨＵＤミラーの移動（Ｓ１００４）へ戻り、更に、室内灯ＯＦＦの判定：Ｓ１００５、運転者の視点の検出：Ｓ１００６、視点がＨＵＤ光の中心かの判定：Ｓ１００９を繰り返す。
　一方、Ｓ１０１０の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、運転者５１が正しい位置に着席していないことを意味しており、ＨＵＤ装置１の表示を「正しい位置に着席して下さい」等、正しい位置に着席することを促す警告表示に、例えば、３秒間のような所定の期間だけ変更する（Ｓ１０１２）。なお、この状態では、たとえＨＵＤ装置１により警告を表示しても、見てもらえない可能性が高いことから、かかる場合には、ＨＵＤ装置１による表示に替えて、または、それに加えて、例えば、図５のスピーカ６０により、音声出力による警告をも行うことがより有効であろう。
　その後、更に、Ｓ１０１２での警告の表示が最初の警告（初回）であるか否かを判定し（Ｓ１０１３）、Ｓ１０１３の判定の結果、初回（「Ｙｅｓ」）と判定された場合には、凹面ミラー５２の移動（Ｓ１００４）へ戻ってＳ１００４からのステップを繰り返す。なお、その際には、警告表示を全面ホワイト表示に戻す。他方、Ｓ１０１３の判定の結果、最初の警告（初回）ではなく、警告は既に行われている（「Ｎｏ」）と判断された場合には、運転者の位置が不正であるとして、凹面ミラー５２をデフォルト位置に戻し（Ｓ１０１４）、一連の処理を終了し（位置調整終了）、その後、ＨＵＤ通常表示へと移行する。
　＜その他の実施の形態（照度センサ制御）＞
　なお、上述したように、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６からのカメラ画像のみで運転者の視点の位置を検知する場合、特に、夜間においては、室内灯の点灯時でも照度が不十分となり、十分な精度を得ることができない場合が生じる。そこで、運転者５１の視点の位置に加えて、照度センサ（図６の１０５）からの信号により照度が十分であるか否か（例えば、５０ルクス未満であるか否か）を判定し、その結果に基づいて運転者の視点位置検出動作を行うことが好ましく、図１１にはその詳細について述べる。
　なお、この図１１に示す運転者の視点位置検出動作（位置調整）は、基本的に図１０に示す動作と同様であるが、室内灯がＯＦＦであるか否かの判定（Ｓ１００２）に続いて、更に、照度センサ１０５からの信号が所定の照度未満（例えば、５０ルクス未満）であるか否かを判定し（Ｓ１１０１）、Ｓ１１０１の判定の結果、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、ＨＵＤ装置１による全面ホワイト表示にする（Ｓ１００３）。他方、Ｓ１００２での判定またはＳ１１０１での照度の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、室内灯の点灯下において、以下にもその詳細を述べる通常視点位置調整を行う。
　更に、図１１に示す運転者の視点位置検出動作（位置調整）では、その後の室内灯ＯＦＦの判定（Ｓ１００５）に続いて、再度、照度センサ１０５からの信号が所定のルクス未満（例えば、５０ルクス未満）であるか否かを判定する（Ｓ１１０２）。Ｓ１１０２の判定の結果、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、運転者の視点を検出：Ｓ１００６へ移行し、他方、「Ｎｏ」と判定された場合には、室内灯の点灯下における通常視点位置調整へ移行する。
　このように、本実施の形態に係る照度センサ制御を加えた運転者の視点位置検出動作では、照度が十分であるか否か（例えば、５０ルクス未満であるか否か）の判定を加えることにより、夜間における室内灯の点灯時にその照度が不十分な場合でも、ＨＵＤ装置１による全白表示により、運転者の視点位置を十分な精度で検出することが可能となる。
　＜通常視点位置調整＞
　続いて、以下には、図１０のフローにおいて室内灯がＯＦＦであるか否かの判定（Ｓ１００２やＳ１００５）の結果、「Ｎｏ」と判定された場合、更には、図１１のフローにおける照度の判定（Ｓ１１０１やＳ１１０２）の結果、「Ｎｏ」と判定された場合に実行される処理である、いわゆる、通常視点位置調整について述べる。
　図１２は、通常視点位置調整の手順の一例を示すフロー図であり、図からも明らかなように、通常視点位置調整が開始すると、運転者の視点を検出したか否かを判定し（Ｓ１２０１）、Ｓ１２０１の判定の結果、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、凹面ミラー５２を検出した運転者の視点に合わせて移動する（Ｓ１２０２）。その後、運転者５１の視点の奥行方向の位置が、ヘッドレストの近くにあるか、即ち、正しい位置に着席しているか否かを判定し（Ｓ１２０３）、Ｓ１２０３の判定の結果、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、一連の位置調整を終了してＨＵＤ通常表示へ移行する。
　一方、Ｓ１２０１の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、その視点未検出の時間が所定の時間（例えば、１０秒またはそれ以上）を経過したか否かを判定し（Ｓ１２０４）、Ｓ１２０４の判定の結果、「Ｙｅｓ」と判定された場合には、凹面ミラー５２をデフォルト位置に戻し（Ｓ１２０５）、その後、一連の位置調整を終了してＨＵＤ通常表示へ移行する。他方、Ｓ１２０４の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、Ｓ１２０１へ戻り、Ｓ１２０１以降の処理を繰り返す。
　また、Ｓ１２０３の判定の結果、「Ｎｏ」と判定された場合には、運転者５１が正しい位置に着席していないことから、ＨＵＤ装置１の表示を正しい位置に着席することを促す警告表示に変更する（Ｓ１２０６）。その後、警告表示の開始から所定の期間（例えば、３秒またはそれ以上）が経過したか否かを判定し（Ｓ１２０７）、Ｓ１２０７の判定の結果、「Ｙｅｓ」の場合には、凹面ミラー５２をデフォルト位置に戻し（Ｓ１２０８）、一連の処理（位置調整）を終了して、ＨＵＤ装置１の通常表示に移行する。他方、Ｓ１２０７の判定の結果、所定の期間（例えば、３秒またはそれ以上）が経過していない「Ｎｏ」の場合には、視点検出判定処理（Ｓ１２０１）へ戻って一連の処理を、再度、実行することとなる。
　なお、以上の説明では、運転者の視点位置検出動作（位置調整）を行うためにＨＵＤ装置１によって発生するＨＵＤ光については、これを白色光（全白）であるとして説明したが、これは、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６から運転者の視点までの距離をより正確に測るために選択されたものである。しかしながら、本発明では、これに限定されることなく、白色光に代えて、例えば、人間の眼にとって優しい黄緑等の他の色の全体単一色光を採用することも可能である。また、ＨＵＤ光を、全体が単一色の横長矩形状だけではなく、更に、車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６からの映像の分析（例えば、移動量の分析）等を考慮して、矩形形状の光内において、更に、縦横に横切る格子状のグリッド表示を加えることも可能であろう。
　以上に詳細に述べたように、本発明の実施の形態に係るＨＵＤ装置１によれば、昼間のような十分な外光が得られない状況下でも、運転者の視点位置検出のための専用の光源等を必要とせず、車両２内に設けられた既存の室内灯、または、ＨＵＤ装置１の光源を選択的に利用して、通常の可視光で作動する車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６による運転者の視点位置の検出が可能となる。より具体的には、室内灯のオン／オフ状態を車両内に設けられたＣＡＮ等の通信バスの車両情報として監視し、室内灯がオンの場合には当該室内灯からの光を利用し、室内灯がオフの場合には、ＨＵＤ装置１からの白色光（全白）を利用する。これにより、当該装置において通常に搭載される可視光で作動して運転者の位置を確認する車内カメラを含むドライバモニタリングシステム（ＤＭＳ）等の視点検出装置６等を利用することが可能となると共に、視覚に眩しさを与える可能性のあるＨＵＤ装置１による白色光を不要に発生することなく、虚像投射画像の観察者である運転者の視線位置を確実に検出することが可能となる。即ち、より好適に運転者の視線位置を確実に検出して虚像投射画像位置の制御を行うことが可能であり、かつ、実用的にも経済的にも優れたヘッドアップディスプレイ装置が実現される。
　以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、本実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　本発明は、透明なガラス板等に画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に利用可能である。
　１…ＨＵＤ装置、２…車両、３…ウィンドシールド、４…車両情報、５…運転者（視点）、６…視点検出装置、２０…制御部（１）、２１…車両情報取得部（１）、２２…ＣＰＵ（１）、２３…不揮発性メモリ（１）、２４…揮発性メモリ（１）、３０…映像表示装置、３１…バックライト（光源）、４２…ミラー駆動部、６０…スピーカ、１１５…カメラ（視点検出用）、１２０…室内灯、３００…通信バス（ＣＡＮなど）、７００…室内灯装置。

Claims (10)

  1. 　乗り物のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記映像による虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
    　光源および表示素子を有して前記映像を形成する映像表示手段と、
    　前記映像表示手段から出射された映像光を前記ウィンドシールド上に投射して反射させることで前記虚像を前記乗り物の前方に表示する手段と、
    　前記運転者の視点を検知する運転者視点検知手段と、
    　前記運転者視点検知手段により検知した前記運転者の視点の情報に基づいて、前記映像表示手段により投射される前記虚像の位置を移動する手段と、
    を備えたヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記乗り物は、運転席の近傍に室内灯装置を備えており、
    　前記運転者視点検知手段は、前記乗り物の所定の環境下において、前記室内灯装置の光、または、前記映像表示手段の光源の光を照明光として前記運転者の顔面に対して照射して前記運転者の視点を検知する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記乗り物の前記所定の環境とは、前記運転者視点検知手段による視点検知が前記乗り物の外光だけでは不可能な環境である、ヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記室内灯装置は、前記室内灯装置の状態を監視する室内灯状態監視手段を有しており、
    　前記運転者視点検知手段は、前記室内灯装置が消灯している場合に前記映像表示手段の光源の光を照明光として前記運転者の顔面に対して照射する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記室内灯状態監視手段は、監視した前記室内灯装置の状態を前記乗り物内に設けられた通信手段に出力する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  5. 　請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記運転者視点検知手段は、前記通信手段を介して前記室内灯装置の状態を入手する、ヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記映像表示手段の光源からの照明光は、全体が単一色の光からなる、ヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 　請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記映像表示手段の光源からの照明光は、白色光である、ヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 　請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記映像表示手段の光源からの照明光は、前記運転者の顔の横幅に対応した横幅を有する矩形形状の光である、ヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 　請求項６に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記映像表示手段は、前記光源からの照明光を前記運転者の顔に沿って上下に移動する手段を備えている、ヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 　請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
    　前記運転者視点検知手段は、更に、その検出結果を音声により警告する手段を備えている、ヘッドアップディスプレイ装置。
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