(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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バイナ部材に向けて反射し、前記利用者及び前記コンバ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。
【請求項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ィスプレイ装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記コンバイナ部材は、車両のウイ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。
【請求項７】
前記コンバイナ部材は、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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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。か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ップディスプレイ装置のコンバ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。
【特許文献１】特開平０８−１５６６４６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、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く、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的とする。
【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バイナ部材に向けて反射し、前記利用者及び前記コンバ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。
【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、前記コンバイナ部材は、車両のウインドシールドからなることを特徴とする。
【００１１】
また、前記コンバイナ部材は、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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（コンバイナ部材）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。
【００１７】
か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（ウインドシールド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、か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。
【００１８】
ハウジング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（ウインドシールドＷ側）を開口する開口部１ａが設けられる。
【００１９】
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、レンズアレイ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。  
【００２０】
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２ｃ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２０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。
【００２１】
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を照射することができる。
【００２２】
配線基板２ｃは、熱伝導性の高い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、より輝度むらのないような間隔が選択される。
【００２３】
放熱部材２ｄは、熱伝導性の高い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。
【００２４】
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（図示しない）及びこの演算結果に基づい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。
【００２５】
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）。
【００２６】
凹面鏡４は、ハウジング１内で開口部１ａ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）。
【００２７】
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ＬＥＤ５ａ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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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、か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い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。
【００３１】
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Ｒ１，Ｒ２を反射するコンバイナ部材が多層膜１０が形成されるウインドシールドＷからなる点である。かかる構成によっても本発明の効果を得ることが可能である。なお、１１は表示光Ｌ及び赤外線Ｒ１をウインドシールド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ができる。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】
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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】
【００３４】
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（コンバイナ部材）
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  ウインドシールド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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