(57)【要約】      （修正有）【課題】運転者に表示する表示像の虚像の位置を運転者の顔の向きや視線方向に合わせるヘッドアップディスプレイ装置。【解決手段】表示器５に表示した表示像をフロントウィンドウシールド６の反射面に照射して、運転者８に該表示像の虚像１３ａを表示する虚像表示部と、表示器５に並設された赤外線照射器９から格子形状の基準格子をフロントウィンドウシールド６の反射面に照射して、運転者８の顔に反射基準格子１２を投影する投影表示部と、投影表示部によって運転者８の顔に投影された反射基準格子１２を撮像する検出部と、検出部によって撮像された画像から運転者８の顔の向きまたは視線方向を検出する顔検出部を備え、虚像表示部は、顔検出部で検出された運転者８の顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に表示像の虚像１３ａを表示することとした。【選択図】図３
2010125910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示器に表示した表示像をフロントウィンドウシールドの反射面に照射して、運転者の顔に向けて反射させることにより、該運転者に該表示像の虚像を表示する虚像表示部と、
前記表示器に並設された照射器から格子形状の基準格子をフロントウィンドウシールドの反射面に照射して、運転者の顔に向けて反射させることにより、該運転者の顔に基準格子を投影する投影表示部と、
前記投影表示部によって運転者の顔に投影された基準格子を撮像する検出部と、
前記検出部によって撮像された画像から運転者の顔の向きまたは視線方向を検出する顔検出部を備え、
前記虚像表示部は、前記顔検出部で検出された運転者の顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に前記表示像の虚像を表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記フロントウィンドウシールドの反射面の設計湾曲形状を非球面多項式の設定値に置き換えて記憶する形状記憶部と、
前記形状記憶部の設定値が反映された基準格子を記憶する基準格子記憶部と、
前記形状記憶部の設定値を補正可能な補正部を備え、
前記ヘッドアップディスプレイ装置の初期設定時において、前記投影表示部は、前記運転者の顔に相当する位置に配置され、且つ、理想格子形状の基準格子が描画された観測面に対して、前記基準格子記憶部の基準格子を投影すると同時に、前記検出部は該観測面を撮像し、
前記補正部は、前記検出部で撮像された画像により、観測面に投影された基準格子と該観測面の理想格子形状の基準格子とを比較して、これらが一致するように前記形状記憶部の設定値を補正し、
前記基準格子記憶部は、前記補正部で補正された設定値が反映された基準格子を記憶し、
前記ヘッドアップディスプレイ装置の初期設定後において、前記投影表示部は、前記基準格子記憶部に記憶された基準格子を運転者の顔に投影し、
前記虚像表示部は、前記補正された形状記憶部の設定値が反映された表示像の虚像を表示することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヘッドアップディスプレイ装置として特許文献１記載の技術が知られている。
また、人の顔の形状を検出する方法として特許文献２の記載の技術が知られている。
この発明によれば、照射器から格子形状の基準格子を人の顔に投影して、この投影された表示像から顔の形状を検出するようにしている。
【特許文献１】特開平６−２１５３００号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の発明において、表示像の虚像の位置を運転者の顔の向きや視線方向に合わせて視認性の向上等を図る場合には、以下に列記するような問題点があった。
即ち、照射器は運転者の顔の略正面から照射する必要があるが、例えば、照射器をインストパネル上に設置すると、光路、設置位置、意匠性、運転者の視界等の確保が困難となる。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、光路、設置位置、意匠性、運転者の視界等の確保を実現しつつ、運転者に表示する表示像の虚像の位置を運転者の顔の向きや視線方向に合わせることにより、視認性の向上等を図ることができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明では、表示器に表示した表示像をフロントウィンドウシールドの反射面に照射して、運転者の顔に向けて反射させることにより、該運転者に該表示像の虚像を表示する虚像表示部と、上記表示器に並設された照射器から格子形状の基準格子をフロントウィンドウシールドの反射面に照射して、運転者の顔に向けて反射させることにより、該運転者の顔に基準格子を投影する投影表示部と、上記投影表示部によって運転者の顔に投影された基準格子を撮像する検出部と、上記検出部によって撮像された画像から運転者の顔の向きまたは視線方向を検出する顔検出部を備え、上記虚像表示部は、上記顔検出部で検出された運転者の顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に上記表示像の虚像を表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明では、表示器に並設された照射器から格子形状の基準格子をフロントウィンドウシールドの反射面に照射して、運転者の顔に向けて反射させることにより、該運転者の顔に基準格子を投影する投影表示部を備える。
そして、検出部によって運転者の顔に投影された基準格子を撮像し、虚像表示部が検出部で得られた画像から運転者の顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に表示像の虚像を表示する。
これにより、光路、設置位置、意匠性、運転者の視界等の確保を実現しつつ、運転者に表示する表示像の虚像の位置を運転者の顔の向きや視線方向に合わせることにより、視認性の向上等を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１のヘッドアップディスプレイ装置を説明する全体図、図２は実施例１のＨＵＤユニットのシステム構成図、図３、４は実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の作用を説明する図、図５は実施例１の表示板の正面図である。
図６は実施例１の補正プログラムを説明するフローチャート図、図７は実施例１の実施例１の表示板の正面図であり、反射基準格子の位置ずれを説明する図、図８は実施例１の表示プログラムを説明するフローチャート図、図９は虚像表示の一例を説明する図である。
【０００９】
先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１では、ヘッドアップディスプレイユニット２（以下、ＨＵＤユニット２と称す）と、このＨＵＤユニット２と電気的に接続された赤外線カメラ３等が備えられている。
【００１０】
ＨＵＤユニット２は、車両のインストパネル４に上方へ向けて開口された開口部４ａに臨んだ状態で表示器５の表示画面５ａが設けられると共に、この表示画面５ａはフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに向けて傾斜した状態で設置されている。
また、表示器５の表示画面５ａは、図示しない光源によってフロントウィンドウシールド６側に投光されている。
これにより、表示画面５ａに表示した表示像をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに対して照射可能に設けられている。
なお、実施例１では反射面６ａを所定面積範囲Ｘ１に限定しているが、この限りではない。
また、フロントウィンドウシールド６にコンバイナを設けて反射面６ａとしても良い。
赤外線カメラ３は、ステアリングコラム７の上部に固定され、運転者８の顔に向けて配置されている。
【００１１】
次に、ＨＵＤユニット２について詳述する。
ＨＵＤユニット２には、表示器５の表示画面５ａに並設して赤外線照射器９が設けられている。
この赤外線照射器９は、複数のＬＥＤによるレーザー光により格子形状の基準格子をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに対して照射可能に設けられている。
このレーザー光の波長は不可視領域に設定されている。なお、フーリエ変換ホログラムを利用しても良い。
図２に示すように、ＨＵＤユニット２には、ＣＰＵ２ａ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ２ｂ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ２ｃ（Random Access Memory）が備えられている。
さらに、投影表示部２ｄと、虚像表示部２ｅと、補正フィルタ部２ｆと、表示器用ＶＲＡＭ２ｇと、赤外線照射器用ＶＲＡＭ２ｈと、検出部２ｉと、顔検出部２ｊと、形状記憶部２ｋと、基準格子記憶部２ｍ等が備えられている。
また、ＣＰＵ２ａがＲＯＭ２ｂに記憶された後述の補正プログラムを実行することにより、補正部２ｎとしての機能を備えるようになっている。
【００１２】
その他、ＨＵＤユニット２は、前述した表示器５、赤外線照射器９、及び赤外線カメラ３の他、表示器５に表示する方法や内容に関連する各種機器及び各種センサ２ｏに電気的に接続されて通信可能に構成されている。
【００１３】
図３に示すように、投影表示部２ｄは、赤外線照射器用ＶＲＡＭ２ｈに記憶された格子形状の基準格子を赤外線照射器９に出力する。
これにより、赤外線照射器９は、基準格子をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射した後、運転者８の顔に向けて反射させて、運転者８の顔に反射基準格子１２を投影する。
なお、赤外線照射器９の光路を矢印線で示す。
検出部２ｉは、運転者８の顔に投影された反射基準格子１２を赤外線カメラ３で撮像する。
顔検出部２ｊは、検出部２ｉで得られた画像から運転者８の顔の向きと視線方向を検出する。
【００１４】
一方、虚像表示部２ｅは、補正フィルタ部２ｆを介して表示器用ＶＲＡＭ２ｇに一時的に記憶された表示像を表示器５に出力する。
これにより、表示器５は、表示像をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射した後、運転者８の顔に向けて反射させることにより、運転者８に表示像の虚像１３ａを顔検出部２ｊで検出された顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に表示できるようになっている。
【００１５】
形状記憶部２ｋは、フロントウィンドウシールド６の反射面６ａの設計湾曲形状を非球面多項式の設定値に置き換えて記憶している。
即ち、この非球面多項式により、反射面６ａの形状を特定できるようになっている。
【００１６】
次に、作用を説明する。
<ヘッドアップディスプレイ装置の初期設定時について>
ヘッドアップディスプレイ装置１の初期設定時には、先ず、図４に示すように、運転者８の顔に相当する位置に観測面１０ａを有する表示板１０を配置する。
この表示板１０の観測面１０ａには、図５に示すような格子形状の理想基準格子１１が描画されている。
【００１７】
次に、ＣＰＵ２ａがＲＯＭ２ｂに記憶された補正プログラムを読み出して実行する。
図６に示すように、補正プログラムのステップＳ１では、先ず、投影表示部２ｄが、基準格子記憶部２ｍに予め記憶された基準格子を赤外線照射器用ＶＲＡＭ２ｈに一時的に記憶させた後、この基準格子を赤外線照射器９から出力する。
これにより、赤外線照射器９は基準格子をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射させて、観測面１０ａに投影する（図４参照）。
【００１８】
この際、基準格子記憶部２ｍに予め記憶されている基準格子は、反射面６ａの湾曲形状に起因する基準格子の歪みを考慮した形状に予め設定されている。
しかしながら、現状のフロントウィンドウシールド６の反射面６ａは、設計上の反射面とは異なり、製造寸法誤差や組み付け誤差が発生している。
即ち、フロントウィンドウシールド６の反射面６ａは個々に面全体として異なる非球面多項式の設定値が成立しており、各個体毎（各車両毎）にそれぞれ異なる誤差が発生している。
従って、図７に示すように、フロントウィンドウシールド６の観測面１０ａに投影された反射基準格子１２は、前述した誤差の分だけ観測面１０ａの理想基準格子１１に対して位置ずれすることとなる。
【００１９】
次に、ステップＳ２では、検出部２ｉが赤外線カメラ３を介して観測面１０ａを撮像した後、ステップＳ３に移行する（図４参照）。
【００２０】
次に、ステップＳ３では、補正部２ｎが検出部２ｉにより得られた画像から観測面１０ａの反射基準格子１２が、観測面１０ａの理想基準格子１１に一致するように形状記憶部２ｋの設定値を補正した後、ステップＳ４に移行する。
この際、補正部２ｎは両基準格子11,12において、それぞれ対応する格子形状の直交する交点同士の差異を比較し、これらが一致するように補正する。
具体的には、補正部２ｎは形状記憶部２ｋの設定値、即ち、非球面多項式の変数をある程度の値の範囲で変更することにより、両基準格子11,12の差異が小さく収束していくように非球面多項式を徐々に変更する。
そして、両基準格子11,12の差異が十分に小さな値になった時点での非球面多項式の設定値を実際のフロントウィンドウシールド６の非球面多項式の設定値として置き換える。
【００２１】
次に、ステップＳ４では、ステップＳ３で補正された非球面多項式の設定値が反映された補正後の基準格子を基準格子記憶部２ｍに記憶して補正プログラムを終了する。
【００２２】
<ヘッドアップディスプレイ装置の初期設定後について>
ヘッドアップディスプレイ装置１の初期設定後には、ＣＰＵ２ａがＲＯＭ２ｂに記憶された表示プログラムを読み出して実行する。
【００２３】
図８に示すように、表示プログラムのステップＳ１０では、先ず、投影表示部２ｄが図６のステップＳ４で説明した基準格子記憶部２ｍに記憶されている補正後の基準格子を赤外線照射器９から出力させた後、ステップＳ１１に移行する。
この結果、赤外線照射器９は、図３に示すように、基準格子をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射して、運転者８の顔に向けて反射させることにより、運転者８の顔に反射基準格子１２を投影する。
この際、反射基準格子１２には現状のフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに応じた非球面多項式の設定値が反映されているため、フロントウィンドウシールド６の固体別による誤差に起因して、反射基準格子１２の格子形状が歪む虞がない。
【００２４】
次に、ステップＳ２０では、検出部２ｉが赤外線カメラ３を介して運転者８の顔に投影された反射基準格子１２を撮像した後、ステップＳ３０に移行する。
【００２５】
次に、ステップＳ３０では、顔検出部２ｊが、検出部２ｉにより得られた画像から運転者８の顔の向きまたは視線方向を検出した後、ステップＳ４０に移行する。
顔検出部２ｊは、運転者８の顔の凹凸により湾曲した反射基準格子１２の湾曲形状により運転者８の顔の向きまたは視線方向を検出する。
この際、前述したように、反射基準格子１２はフロントウィンドウシールド６の固体別による誤差に起因した歪みが発生しないため、運転者８の顔の向きまたは視線方向を高精度に検出できる。
【００２６】
次に、ステップＳ４０では、虚像表示部２ｅが、表示器５から表示像を出力して表示プログラムを終了する。
この結果、表示器５は、表示像をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射して、運転者８の顔に向けて反射させることにより、運転者８に表示像の虚像１３ａを顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に表示する（図３参照）。
この際、虚像表示部２ｅは、補正フィルタ部２ｆを介して現状のフロントウィンドウシールド６の反射面６ａの非球面多項式の設定値を表示像の歪み補正分に反映させた後、虚像表示用ＶＲＡＭ２ｃに一時的に記憶して、表示器５に出力させている。
従って、フロントウィンドウシールド６の固体別による誤差に起因して、運転者８に虚像１３ａが歪んで見えるのを防止できる。
【００２７】
なお、表示像の形状、大きさ、表示位置、種類（記号や文字、内容）、表示方法（表示タイミング、表示時間、表示間隔）等は適宜設定できる。
例えば、図９に示すように、各種機器及び各種センサ２ｏを速度センサ（車輪速センサ）とした場合には、運転者８の顔の向きまたは視線方向に合わせて速度表示を表示像１３として虚像１３ａの表示を行う。
或いは、各種機器及び各種センサ２ｏを、車両前方に向けて設けられた可視光カメラと、この可視光カメラで得られた映像を解析して障害物の有無を判断する障害物検出部で構成した場合には、運転者８の顔の向きまたは視線方向に合わせて、且つ、障害物の周囲に合わせて一点鎖線の枠等を表示像１３として虚像１３ａの表示を行う。
【００２８】
なお、投影元となる当初の表示像１３上の成す点と修正後の非球面多項式の反射面６ａで反射させることで得られる虚像１３ａとで計算結果としてズレが生じる場合は投影元の点位置を虚像１３ａ面で、基準格子の交点と誤差が十分に小さい範囲に収束するまで、位置の変更を行う。
同様に映像を成す残りの各交点で位置調整を行い、全体として調整後の映像各点からなる形状を修正された基準格子の基準形状とする。
【００２９】
<光路、設置位置、意匠性、運転者の視界等の確保について>
このように構成されたヘッドアップディスプレイ装置１では、前述したように赤外線照射器９が表示器５の表示画面５ａに並設されている。
これにより、赤外線照射器９をＨＵＤユニット２と共にインストパネル４内に収容でき、設置位置を容易に確保できる。
加えて、運転者８からは視認できないため、運転者８の視界を確保できる上、意匠性を確保できる。
【００３０】
また、赤外線照射器９はフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに基準格子を照射して、運転者８に向かって反射させている。
これにより、遮蔽物を回避する必要がなく光路を容易に確保できる。
加えて、運転者８の顔の正面から基準格子を投影でき、好適となる。
【００３１】
次に、効果を説明する。
以下、実施例１の効果を請求項１、２に対応する（１）、（２）共に記載する。
（１）表示器５に表示した表示像１３をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射して、運転者８の顔に向けて反射させることにより、運転者８に該表示像１３の虚像１３ａを表示する虚像表示部２ｅと、表示器５に並設された赤外線照射器９から格子形状の基準格子をフロントウィンドウシールド６の反射面６ａに照射して、運転者８の顔に向けて反射させることにより、運転者８の顔に反射基準格子１２を投影する投影表示部２ｄと、投影表示部２ｄによって運転者８の顔に投影された反射基準格子１２を撮像する検出部２ｉと、検出部２ｉによって撮像された画像から運転者８の顔の向きまたは視線方向を検出する顔検出部２ｊを備え、虚像表示部２ｅは、顔検出部２ｊで検出された運転者８の顔の向きまたは視線方向に合わせた位置に表示像１３の虚像１３ａを表示することとした。
【００３２】
これにより、光路、設置位置、意匠性、運転者８の視界等の確保を実現しつつ、運転者８に表示する表示像１３の虚像１３ａの位置を運転者８の顔の向きや視線方向に合わせることにより、視認性の向上等を図ることができる。
【００３３】
（２）フロントウィンドウシールド６の反射面６ａの設計湾曲形状を非球面多項式の設定値に置き換えて記憶する形状記憶部２ｋと、形状記憶部２ｋの設定値が反映された基準格子を記憶する基準格子記憶部２ｍと、形状記憶部２ｋの設定値を補正可能な補正部２ｎを備え、ヘッドアップディスプレイ装置１の初期設定時において、投影表示部２ｄは、運転者８の顔に相当する位置に配置され、且つ、理想格子形状の理想基準格子１１が描画された観測面１０ａに対して、基準格子記憶部２ｍの基準格子を投影すると同時に、検出部２ｉは該観測面１０ａを撮像し、補正部２ｎは、検出部２ｉで撮像された画像により、観測面１０ａに投影された反射基準格子１２と該観測面１０ａの理想格子形状の理想基準格子１１とを比較して、該反射基準格子１２が理想基準格子１１に一致するように形状記憶部２ｋの設定値を補正し、基準格子記憶部２ｍは、補正部２ｎで補正された設定値が反映された基準格子を記憶し、ヘッドアップディスプレイ装置１の初期設定後において、投影表示部２ｄは、基準格子記憶部２ｍに記憶された基準格子を運転者８の顔に投影し、虚像表示部２ｅは、補正された形状記憶部２ｋの設定値が反映された表示像１３の虚像１３ａを表示することとした。
【００３４】
これにより、フロントウィンドウシールド６の個体別による誤差に対応でき、顔の向きまたは視線方向を高精度に検出できると同時に、虚像１３ａの歪みを無くして良好な視認性を確保できる。
【００３５】
以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１では、計測面１０ａに投影する基準格子と、運転者８の顔に投影する基準格子を同一形状としたが、この限りではなく、異なるようにすることもできる。
即ち、計測面１０ａに投影する反射基準格子１１の編み目が小さい程、理想基準格子１１と比較する交点の数が多くなるため、高精度に歪みを補正できる。
また、運転者８の顔に投影する反射基準格子１１の編み目が小さい程、顔の向きや視線方向を高精度に検出できる。
しかしながら、実際上は、これらの処理にあまり負担が掛かると初期設定に掛かる時間と、虚像表示に掛かる時間がそれぞれ増大してしまうため、これらのバランスを考慮してそれぞれ設定する。
【００３６】
また、実施例１では、ＨＵＤユニット２の各部をユニット化して処理を集中させたが、各部毎に分散したユニットを設けても良い。
また、格子形状は複数の平行線で構成しても良く、この際、両基準格子11,12の位置ずれの補正は一方向とする。
【００３７】
また、赤外線照射器９と赤外線カメラ３は、これらの組み合わせに限らず、不可視領域の波長の光で基準格子を出力して、この投影された基準格子を検出できる構成の組み合わせであれば良い。
【００３８】
さらに、例えば、検出する運転者の顔向きについて、実施例では虚像表示に用いることを説明したが、顔向きの検出によって、よそ見を判定し、警報等を行うものであってもよい。この場合には、運転に集中することを促し、より良好な状態で運転できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１のヘッドアップディスプレイ装置を説明する全体図である。
【図２】実施例１のＨＵＤユニットのシステム構成図である。
【図３】実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の作用を説明する図である。
【図４】実施例１のヘッドアップディスプレイ装置の作用を説明する図である。
【図５】実施例１の表示板の正面図である。
【図６】実施例１の補正プログラムを説明するフローチャート図である。
【図７】実施例１の実施例１の表示板の正面図であり、反射基準格子の位置ずれを説明する図である。
【図８】実施例１の表示プログラムを説明するフローチャート図である。
【図９】虚像表示の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ヘッドアップディスプレイ装置
２  ヘッドアップディスプレイユニット（ＨＵＤユニット）
２ａ  ＣＰＵ
２ｂ  ＲＯＭ
２ｃ  ＲＡＭ
２ｄ  投影表示部
２ｅ  虚像表示部
２ｆ  補正フィルタ部
２ｇ  表示器用ＶＲＡＭ
２ｈ  赤外線照射器用ＶＲＡＭ
２ｉ  検出部
２ｊ  顔検出部
２ｋ  形状記憶部
２ｍ  基準格子記憶部
２ｎ  補正部
２ｏ  各種機器及び各種センサ
３  赤外線カメラ
４  インストパネル
４ａ  開口部
５  表示器
５ａ  表示画面
６  フロントウィンドウシールド
６ａ  反射面
７  ステアリングコラム
８  運転者
９  赤外線照射器
１０  表示板
１０ａ  観測面
１１  理想基準格子
１２  反射基準格子
１３  表示像
１３ａ  虚像
【図１】
2010125910.tif 000003
【図２】
2010125910.tif 000004
【図３】
2010125910.tif 000005
【図４】
2010125910.tif 000006
【図５】
2010125910.tif 000007
【図６】
2010125910.tif 000008
【図７】
2010125910.tif 000009
【図８】
2010125910.tif 000010
【図９】
2010125910.tif 000011