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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022055107
(43)【公開日】2022-04-07
(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置
(51)【国際特許分類】
B60K 35/00 20060101AFI20220331BHJP
G02B 27/01 20060101ALI20220331BHJP
G03B 15/00 20210101ALI20220331BHJP
G03B 15/02 20210101ALI20220331BHJP
B60R 11/02 20060101ALI20220331BHJP
H04N 5/225 20060101ALI20220331BHJP
H04N 5/232 20060101ALI20220331BHJP
【ＦＩ】
B60K35/00 A
G02B27/01
G03B15/00 Q
G03B15/00 D
G03B15/02 F
G03B15/02 J
G03B15/02 M
G03B15/02 P
B60R11/02 C
H04N5/225 100
H04N5/232 190
H04N5/225 600
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020162503
(22)【出願日】2020-09-28
(71)【出願人】
【識別番号】000231512
【氏名又は名称】日本精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100195648
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 悠太
(74)【代理人】
【識別番号】100175019
【弁理士】
【氏名又は名称】白井 健朗
(74)【代理人】
【識別番号】100104329
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 卓治
(72)【発明者】
【氏名】猪坂 雄治
(72)【発明者】
【氏名】濱田 一成
【テーマコード（参考）】
2H199
3D020
3D344
5C122
【Ｆターム（参考）】
2H199DA03
2H199DA13
2H199DA15
2H199DA28
2H199DA30
2H199DA33
2H199DA41
3D020BA04
3D020BA20
3D020BC03
3D020BD03
3D020BE03
3D344AA16
3D344AB01
3D344AC07
3D344AC13
3D344AC25
3D344AD02
5C122DA14
5C122DA16
5C122EA66
5C122FB11
5C122FH11
5C122FH14
5C122FK23
5C122GE04
5C122GE11
5C122GG04
5C122HA29
(57)【要約】
【課題】ユーザの顔が有する所望の特徴部位を良好に撮像することができるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置を提供する。
【解決手段】ＨＵＤ装置１００は、画像を表す可視光である表示光Ｌを発する表示部１０と、表示光Ｌを反射してウインドシールド２へ導く反射部２０と、ウインドシールド２で反射した表示光Ｌによる画像の虚像Ｖを視認するユーザＵの顔を赤外線ＩＲに基づいて撮像する赤外線カメラ４０と、反射部２０で反射した表示光Ｌを通過させる通過口６１を有する筐体６０と、を備える。反射部２０は、表示光Ｌを反射する一方で赤外線ＩＲを透過する赤外線透過ミラーを含む。赤外線カメラ４０は、赤外線透過ミラーの背後に設けられ、そのカメラ光軸Ｒｏが、ユーザＵが虚像Ｖを視認可能な範囲であるアイボックスＥの中心よりも下方を通る状態で顔を撮像する。
【選択図】図１
【解決手段】ＨＵＤ装置１００は、画像を表す可視光である表示光Ｌを発する表示部１０と、表示光Ｌを反射してウインドシールド２へ導く反射部２０と、ウインドシールド２で反射した表示光Ｌによる画像の虚像Ｖを視認するユーザＵの顔を赤外線ＩＲに基づいて撮像する赤外線カメラ４０と、反射部２０で反射した表示光Ｌを通過させる通過口６１を有する筐体６０と、を備える。反射部２０は、表示光Ｌを反射する一方で赤外線ＩＲを透過する赤外線透過ミラーを含む。赤外線カメラ４０は、赤外線透過ミラーの背後に設けられ、そのカメラ光軸Ｒｏが、ユーザＵが虚像Ｖを視認可能な範囲であるアイボックスＥの中心よりも下方を通る状態で顔を撮像する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画像を表す可視光である表示光を発する表示部と、
前記表示光を反射して透光部材へ導く反射部と、
前記透光部材で反射した前記表示光による前記画像の虚像を視認するユーザの顔を、前記顔に照射される赤外線に基づいて撮像する赤外線カメラと、
前記反射部で反射した前記表示光を前記透光部材に向けて通過させる通過口を有するとともに、前記表示部、前記反射部及び前記赤外線カメラを収容する筐体と、を備え、
前記反射部は、前記表示光を反射する一方で前記赤外線を透過する赤外線透過ミラーを含み、
前記赤外線カメラは、前記赤外線透過ミラーの背後に設けられ、その光軸が、前記ユーザが前記虚像を視認可能な範囲であるアイボックスの中心よりも下方を通る状態で前記顔を撮像する、
ヘッドアップディスプレイ装置。
前記表示光を反射して透光部材へ導く反射部と、
前記透光部材で反射した前記表示光による前記画像の虚像を視認するユーザの顔を、前記顔に照射される赤外線に基づいて撮像する赤外線カメラと、
前記反射部で反射した前記表示光を前記透光部材に向けて通過させる通過口を有するとともに、前記表示部、前記反射部及び前記赤外線カメラを収容する筐体と、を備え、
前記反射部は、前記表示光を反射する一方で前記赤外線を透過する赤外線透過ミラーを含み、
前記赤外線カメラは、前記赤外線透過ミラーの背後に設けられ、その光軸が、前記ユーザが前記虚像を視認可能な範囲であるアイボックスの中心よりも下方を通る状態で前記顔を撮像する、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項2】
前記赤外線カメラが前記顔を撮像して得られるデータに基づいて前記ユーザの視点位置を推定する推定手段を備え、
前記赤外線カメラが前記顔を撮像する際の画角は、前記推定手段が前記視点位置を推定する際に必要な前記顔の部位であって、予め定められた複数の特徴部位を包含する範囲を撮像可能に設定される、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記赤外線カメラが前記顔を撮像する際の画角は、前記推定手段が前記視点位置を推定する際に必要な前記顔の部位であって、予め定められた複数の特徴部位を包含する範囲を撮像可能に設定される、
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】
前記赤外線カメラが前記顔を撮像する際の前記光軸は、前記複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位と最も下に位置する部位との中間部を通る状態に設定される、
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】
前記反射部は、前記表示光を前記透光部材に向けて反射する凹面鏡と、前記表示部が発した前記表示光を前記凹面鏡に向けて反射する反射鏡と、を有し、
前記反射鏡が前記赤外線透過ミラーであり、
前記推定手段が推定した前記視点位置に応じて前記凹面鏡を回転駆動することで、前記凹面鏡の回転に応じて変化する前記アイボックスの位置を調整する回転駆動手段を備える、
請求項２又は３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記反射鏡が前記赤外線透過ミラーであり、
前記推定手段が推定した前記視点位置に応じて前記凹面鏡を回転駆動することで、前記凹面鏡の回転に応じて変化する前記アイボックスの位置を調整する回転駆動手段を備える、
請求項２又は３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項5】
前記反射部は、前記表示光を前記透光部材に向けて反射する凹面鏡と、前記表示部が発した前記表示光を前記凹面鏡に向けて反射する反射鏡と、を有し、
前記凹面鏡が前記赤外線透過ミラーであり、
前記推定手段が推定した前記視点位置に応じて前記凹面鏡を回転駆動することで、前記凹面鏡の回転に応じて変化する前記アイボックスの位置を調整する回転駆動手段を備え、
前記赤外線カメラは、前記回転駆動手段によって前記凹面鏡と共に回転駆動される、
請求項２又は３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記凹面鏡が前記赤外線透過ミラーであり、
前記推定手段が推定した前記視点位置に応じて前記凹面鏡を回転駆動することで、前記凹面鏡の回転に応じて変化する前記アイボックスの位置を調整する回転駆動手段を備え、
前記赤外線カメラは、前記回転駆動手段によって前記凹面鏡と共に回転駆動される、
請求項２又は３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項6】
前記赤外線透過ミラーの背後に設けられ、前記顔に前記赤外線を照射する赤外線照射部を備える、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
請求項１乃至５のいずれか１項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、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
画像を表す可視光である表示光を透光部材に放射し、当該画像の虚像をユーザに視認させるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置が知られている。
【0003】
例えば、特許文献１には、表示光を発する表示部と、表示光を反射して透光部材（同文献のコンバイナ部材に相当）へ導くコールドミラーと、コールドミラーの背後に設けられた赤外線カメラと、これら各部を収容する筐体と、を備えるＨＵＤ装置が記載されている。この赤外線カメラは、ユーザの顔に照射された赤外線に基づいて当該顔を撮像する。この赤外線は、表示光と逆の進路でコールドミラーを透過して赤外線カメラに到達する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８－１２６９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１のＨＵＤ装置の構成では、赤外線カメラは、上述した赤外線の進路に起因してユーザの眼を中心とした範囲を撮像する。このため、例えば、ユーザの視点位置を推定する際に必要な顔の特徴部位（眉、顎など）を赤外線カメラが良好に撮像できない虞がある。
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ユーザの顔が有する所望の特徴部位を良好に撮像す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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
画像を表す可視光である表示光を発する表示部と、
前記表示光を反射して透光部材へ導く反射部と、
前記透光部材で反射した前記表示光による前記画像の虚像を視認するユーザの顔を、前記顔に照射される赤外線に基づいて撮像する赤外線カメラと、
前記反射部で反射した前記表示光を前記透光部材に向けて通過させる通過口を有するとともに、前記表示部、前記反射部及び前記赤外線カメラを収容する筐体と、を備え、
前記反射部は、前記表示光を反射する一方で前記赤外線を透過する赤外線透過ミラーを含み、
前記赤外線カメラは、前記赤外線透過ミラーの背後に設けられ、その光軸が、前記ユーザが前記虚像を視認可能な範囲であるアイボックスの中心よりも下方を通る状態で前記顔を撮像する。
画像を表す可視光である表示光を発する表示部と、
前記表示光を反射して透光部材へ導く反射部と、
前記透光部材で反射した前記表示光による前記画像の虚像を視認するユーザの顔を、前記顔に照射される赤外線に基づいて撮像する赤外線カメラと、
前記反射部で反射した前記表示光を前記透光部材に向けて通過させる通過口を有するとともに、前記表示部、前記反射部及び前記赤外線カメラを収容する筐体と、を備え、
前記反射部は、前記表示光を反射する一方で前記赤外線を透過する赤外線透過ミラーを含み、
前記赤外線カメラは、前記赤外線透過ミラーの背後に設けられ、その光軸が、前記ユーザが前記虚像を視認可能な範囲であるアイボックスの中心よりも下方を通る状態で前記顔を撮像する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、ユーザの顔が有する所望の特徴部位を良好に撮像することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の概略構成図。
【図2】同上実施形態に係るＨＵＤ装置の制御構成を示すブロック図。
【図3】同上実施形態に係るアイボックスに対するカメラ光軸の関係を説明するための図。
【図4】同上実施形態に係るアイボックスに対するカメラ光軸の関係を説明するための図。
【図5】同上実施形態に係る赤外線カメラの撮像範囲を説明するための図。
【図6】変形例に係るＨＵＤ装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【0011】
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１００は、図１に示すように、車両のダッシュボード１（インストルメントパネル）の内部に設けられ、車両のウインドシールド２に向けて画像を表す可視光である表示光Ｌを放射する。ウインドシールド２で反射した表示光Ｌは、主に車両の運転者であるユーザＵに向かう。ユーザＵは、視点をアイボックスＥ内におくことで、ウインドシールド２の前方に表示光Ｌが表す画像の虚像Ｖを視認することができる。虚像Ｖは、車両に関する各種情報（以下、車両情報と言う。）を表示する。なお、車両情報は、車両自体の情報のみならず、車両の外部情報も含む。
【0012】
【0013】
表示部１０は、画像を表示することで、その画像を表す表示光Ｌを発する。表示部１０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）１１と、図示しない構成としてＬＣＤ１１を背後から照明するバックライトと、を有する。ＬＣＤ１１は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型のものである。バックライトは、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、導光部材等から構成されている。
【0014】
反射部２０は、表示光Ｌを反射してウインドシールド２（透光部材の一例）へ導く構成であり、反射鏡２１と、凹面鏡２２と、を有する。
【0015】
反射鏡２１は、例えば平面鏡からなり、表示部１０からの表示光Ｌを凹面鏡２２に向けて反射する。この実施形態に係る反射鏡２１は、可視光である表示光Ｌを反射する一方で、後述の赤外線ＩＲを透過するコールドミラー（赤外線透過ミラーの一例）からなる。なお、反射鏡２１は、平面鏡に限られず、凹面鏡、自由曲面鏡などであってもよい。また、赤外線透過ミラーは、可視光である表示光Ｌを反射する一方で、後述の赤外線ＩＲを透過する機能を有していれば、コールドミラー以外の光学部材であってもよい。
【0016】
凹面鏡２２は、反射鏡２１からの表示光ＬをＨＵＤ装置１００の外部に位置するウインドシールド２に向けて反射する。凹面鏡２２は、図示しないホルダに保持され、筐体６０に対して軸線ＡＸを中心に回転可能に設けられている。
【0017】
回転駆動部３０は、凹面鏡２２を、軸線ＡＸを中心に回転駆動する構成である。回転駆動部３０は、例えば、制御装置８０の制御によって駆動されるモータと、モータの回転動力を凹面鏡２２に伝達するギヤとを備える公知の機構によって構成される。
【0018】
赤外線カメラ４０は、公知の赤外線撮像素子を有するカメラであり、赤外線透過ミラーである反射鏡２１の背後に設けられている。赤外線照射部５０は、制御装置８０の制御により赤外線ＩＲを発するものであり、例えば赤外線ＬＥＤから構成される。この実施形態では、赤外線照射部５０は、赤外線カメラ４０と一体の機器として構成されている。したがって、赤外線照射部５０も反射鏡２１の背後に位置する。赤外線照射部５０が発した赤外光ＩＲは、反射鏡２１を透過した後、凹面鏡２２、ウインドシールド２の順で反射してユーザＵの顔に到達する光路を辿り、ユーザＵの顔に照射される。ユーザＵの顔に照射され、当該顔で反射した赤外光ＩＲは、前記光路を逆向きに辿り、赤外線カメラ４０に入射する。赤外線カメラ４０は、入射した赤外線ＩＲに基づき撮像したユーザＵの顔の画像を示す撮像データを制御装置８０に伝送する。
【0019】
なお、赤外線照射部５０は、ユーザＵの顔に赤外線ＩＲを照射することができれば、その配置及び構成は任意である。例えば、赤外線照射部５０は、筐体６０の外部に設けられていてもよい。また、赤外線照射部５０は、ＨＵＤ装置１００の構成でなくともよい。また、ユーザＵの顔に照射される赤外線ＩＲは太陽光等の外光によるものであってもよく、赤外線照射部５０を省略することも可能である。
【0020】
図３、図４に示すように、赤外線カメラ４０の光軸であるカメラ光軸Ｒｏは、アイボックスＥの中心Ｅｏよりも下方の下方位置Ｐを通る状態（以下、カメラ光軸調整状態と言う。）に設定されている。そして、当該状態で、赤外線カメラ４０は、ユーザＵの顔を撮像する。なお、ここで言う下方とは、車両の上下方向（ユーザＵにとっての上下方向と同義）に従う。
アイボックスＥは、ユーザＵが虚像Ｖを視認可能な範囲であり、表示部１０の画像表示領域（具体的には、ＬＣＤ１１の画像表示面）の大きさや、反射部２０、ウインドシールド２によって構成される光学系に基づいて予め設定される。車両におけるアイボックスＥの位置及び範囲は、公知の光学シミュレーションソフトによって予め算出可能である。アイボックスＥの中心Ｅｏは、ＨＵＤ装置１００における光学系を通過する光束としての表示光Ｌの中心光線、つまり、表示光Ｌの光軸（以下、表示光軸Ｌｏと言う。）と一致する。図３では、表示光軸Ｌｏが延びる方向から見たアイボックスＥ（所謂、Ｎｏｍｉｎａｌ Ｅｙe Ｂｏｘ）を表している。また、図４は、側面視のユーザＵと共に、後述の撮像範囲Ｒ等を模式的に示したものである。
アイボックスＥの中心Ｅｏの位置は、通常は、後述する制御装置８０による凹面鏡２２の回転位置制御によってユーザＵの視点位置に合わせられるため、ユーザＵの視点位置と概ね一致すると想定することができる。ここで、後述のようにユーザＵの視点位置を推定する際に必要となる顔の特徴部位は額よりも下方に存在するため、カメラ光軸ＲｏがアイボックスＥの中心Ｅｏを通る状態では、赤外線カメラ４０の画角によっては、当該特徴部位を赤外線カメラ４０によって撮像できないおそれがある。一方、この実施形態に係るＨＵＤ装置１００によれば、カメラ光軸ＲｏがアイボックスＥの中心Ｅｏよりも下方を通る状態に設定されることで、赤外線カメラ４０によって、ユーザＵの視点位置を推定する際に必要となる顔の特徴部位をバランスよく撮像することができる。
アイボックスＥは、ユーザＵが虚像Ｖを視認可能な範囲であり、表示部１０の画像表示領域（具体的には、ＬＣＤ１１の画像表示面）の大きさや、反射部２０、ウインドシールド２によって構成される光学系に基づいて予め設定される。車両におけるアイボックスＥの位置及び範囲は、公知の光学シミュレーションソフトによって予め算出可能である。アイボックスＥの中心Ｅｏは、ＨＵＤ装置１００における光学系を通過する光束としての表示光Ｌの中心光線、つまり、表示光Ｌの光軸（以下、表示光軸Ｌｏと言う。）と一致する。図３では、表示光軸Ｌｏが延びる方向から見たアイボックスＥ（所謂、Ｎｏｍｉｎａｌ Ｅｙe Ｂｏｘ）を表している。また、図４は、側面視のユーザＵと共に、後述の撮像範囲Ｒ等を模式的に示したものである。
アイボックスＥの中心Ｅｏの位置は、通常は、後述する制御装置８０による凹面鏡２２の回転位置制御によってユーザＵの視点位置に合わせられるため、ユーザＵの視点位置と概ね一致すると想定することができる。ここで、後述のようにユーザＵの視点位置を推定する際に必要となる顔の特徴部位は額よりも下方に存在するため、カメラ光軸ＲｏがアイボックスＥの中心Ｅｏを通る状態では、赤外線カメラ４０の画角によっては、当該特徴部位を赤外線カメラ４０によって撮像できないおそれがある。一方、この実施形態に係るＨＵＤ装置１００によれば、カメラ光軸ＲｏがアイボックスＥの中心Ｅｏよりも下方を通る状態に設定されることで、赤外線カメラ４０によって、ユーザＵの視点位置を推定する際に必要となる顔の特徴部位をバランスよく撮像することができる。
【0021】
また、図５に示すように、赤外線カメラ４０がユーザＵの顔を撮像する際の画角は、ユーザＵの視点位置を推定する際に必要な顔の部位であって、予め定められた複数の特徴部位を包含する範囲（以下、撮像範囲Ｒと言う。）を撮像可能に設定される。一例として、予め定められた複数の特徴部位は、例えば、右眉Ｆ１、左眉Ｆ２、唇Ｆ３である。実際には、ユーザＵの顔は撮像範囲Ｒに対して動くが、撮像範囲Ｒは、車両内におけるユーザＵの顔の位置及び領域を想定して予め定められる。前述の通り、アイボックスＥの中心Ｅｏの位置はユーザＵの視点位置と概ね一致すると考えることができる。これを利用して、例えば、アイボックスＥに対するユーザＵの顔の標準モデルの位置を実験やシミュレーションにより定め、当該顔の標準モデルにおける右眉Ｆ１、左眉Ｆ２、唇Ｆ３等の複数の特徴部位を包含する範囲を撮像範囲Ｒとして予め定めることができる。つまり、ＨＵＤ装置１００の光学系から定まるアイボックスＥの範囲を基準として、複数の特徴部位を包含する撮像範囲Ｒを設定することができる。この撮像範囲Ｒにより、視点位置の推定に不要な箇所が撮像されることを抑制できるとともに、ユーザＵの視点位置を推定する際に必要な複数の特徴部位を適切に撮像することができる。なお、複数の特徴部位は、後述のように、右眉Ｆ１、左眉Ｆ２、唇Ｆ３以外の部位を含んでいてもよい。
【0022】
また、赤外線カメラ４０がユーザＵの顔を撮像する際のカメラ光軸Ｒｏは、複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位と最も下に位置する部位との中間部を通る状態に設定されることが好ましい。こうすれば、必要最小限のカメラ画角により、ユーザＵの視点位置を推定する際に必要な複数の特徴部位を適切に撮像することができるためである。
図５に示す例では、複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位は右眉Ｆ１又は左眉Ｆ２であり、最も下に位置する部位は唇Ｆ３である。この例では、顔を正面から見た場合での、右眉Ｆ１又は左眉Ｆ２と唇Ｆ３との上下方向における中間部にカメラ光軸Ｒｏが通る（換言すれば、中間部に前述の下方位置Ｐを設定する）ようにすればよい。一例として、具体的には、右眉Ｆ１の特徴点Ｐ１又は左眉Ｆ２の特徴点Ｐ２と、唇Ｆ３の特徴点Ｐ３との上下方向における中点にカメラ光軸Ｒｏを設定することができる。図５は、特徴点Ｐ１又は特徴点Ｐ２と特徴点Ｐ３との上下方向における間隔が長さｈで二等分される位置を通るようにカメラ光軸Ｒｏが設定された例を示している。なお、特徴点Ｐ１～Ｐ３は、後述の視点位置推定によって各特徴部位の代表点として特定可能であるが、このようにカメラ光軸Ｒｏの位置を定める際には、前述した顔の標準モデルに基づいて予め定めた特徴点Ｐ１～Ｐ３を用いればよい。また、中間部は、厳密に前記の中点に限られるものでなく、複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位と最も下に位置する部位とに基づいて定めることが可能な位置であればよく、前記の中点から所定量だけずれた位置であってもよい。
図５に示す例では、複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位は右眉Ｆ１又は左眉Ｆ２であり、最も下に位置する部位は唇Ｆ３である。この例では、顔を正面から見た場合での、右眉Ｆ１又は左眉Ｆ２と唇Ｆ３との上下方向における中間部にカメラ光軸Ｒｏが通る（換言すれば、中間部に前述の下方位置Ｐを設定する）ようにすればよい。一例として、具体的には、右眉Ｆ１の特徴点Ｐ１又は左眉Ｆ２の特徴点Ｐ２と、唇Ｆ３の特徴点Ｐ３との上下方向における中点にカメラ光軸Ｒｏを設定することができる。図５は、特徴点Ｐ１又は特徴点Ｐ２と特徴点Ｐ３との上下方向における間隔が長さｈで二等分される位置を通るようにカメラ光軸Ｒｏが設定された例を示している。なお、特徴点Ｐ１～Ｐ３は、後述の視点位置推定によって各特徴部位の代表点として特定可能であるが、このようにカメラ光軸Ｒｏの位置を定める際には、前述した顔の標準モデルに基づいて予め定めた特徴点Ｐ１～Ｐ３を用いればよい。また、中間部は、厳密に前記の中点に限られるものでなく、複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位と最も下に位置する部位とに基づいて定めることが可能な位置であればよく、前記の中点から所定量だけずれた位置であってもよい。
【0023】
図１に戻って、筐体６０は、金属又は樹脂から箱状に形成され、ダッシュボード１に固定される。筐体６０は、表示部１０、反射部２０、回転駆動部３０、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０を収容する。筐体６０は、反射部２０（具体的には、凹面鏡２２）で反射した表示光Ｌをウインドシールド２に向けて通過させる通過口６１を有する。通過口６１は、ウインドシールド２に向かって開口している。
【0024】
カバーガラス７０は、表示光Ｌ及び赤外線ＩＲのいずれもが透過可能な部材であり、通過口６１を塞ぐ態様で筐体６０に固定されている。
【0025】
図２に示す制御装置８０は、ＨＵＤ装置１００の全体動作を制御するマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成される制御部８１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される記憶部８２と、を備える。記憶部８２のＲＯＭには、後述の視点位置を推定する処理、凹面鏡２２の回転位置を調整する処理などを実行するための動作プログラムが記憶されている。また、記憶部８２のＲＯＭには、表示部１０の表示画像を生成するための画像パーツデータが記憶されている。また、制御装置８０は、図示しない構成として、表示部１０、回転駆動部３０、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０のそれぞれを駆動するための駆動回路、他の構成と通信を行うための入出力回路等を備える。なお、制御装置８０は、後述の機能を充足する限りにおいては、その構成や配置は任意である。例えば、制御装置８０は、互いに通信する複数のコンピュータによって実現されてもよい。
【0026】
制御部８１は、図２に示すように、主な機能として、表示制御部８１ａと、調整部８１ｂと、推定部８１ｃを備える。
【0027】
表示制御部８１ａは、車両の各部を制御する図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）などのシステムと通信を行い、車両情報を示す画像を表示部１０に表示させる。
【0028】
調整部８１ｂは、後述のように推定部８１ｃが推定したユーザの視点位置Ｐｅ（図５参照）に応じて、回転駆動部３０を介して凹面鏡２２を回転駆動することで、凹面鏡２２の回転に応じて変化するアイボックスＥの位置を調整する。
ここで、凹面鏡２２が軸線ＡＸを中心として時計周り（図１での時計周り。以下同様。）に回転すると、虚像ＶとアイボックスＥを結ぶ線分は、図１に示す共役軸線ＢＸを中心に反時計回り（図１での反時計周り。以下同様。）に回転する。一方、凹面鏡２２が軸線ＡＸを中心として反時計周りに回転すると、虚像ＶとアイボックスＥを結ぶ線分は、共役軸線ＢＸを中心に時計周りに回転する。つまり、凹面鏡２２が時計周りに回転すると当該回転前よりもアイボックスＥは上方に移動し、凹面鏡２２が反時計回りに回転すると当該回転前よりもアイボックスＥは下方に移動する。この原理を利用して、調整部８１ｂは、後述の推定部８１ｃが推定した視点位置ＰｅにアイボックスＥの中心Ｅｏがくるように、凹面鏡２２の軸線ＡＸを中心とした回転位置を調整する。なお、共役軸線ＢＸは、軸線ＡＸをウインドシールド２における表示光Ｌ（具体的には、前述の表示光軸Ｌｏを通る光線）の入射点に対して、ユーザＵから見てウインドシールド２の前方側に折り返した位置にある仮想の軸線である。つまり、共役軸線ＢＸは、軸線ＡＸと光学的に共役関係にある。したがって、共役軸線ＢＸは、凹面鏡２２を軸線ＡＸ周りに回転させた場合における、ウインドシールド２で反射してユーザＵに向かう表示光Ｌの光路の回転軸線となる。
ここで、凹面鏡２２が軸線ＡＸを中心として時計周り（図１での時計周り。以下同様。）に回転すると、虚像ＶとアイボックスＥを結ぶ線分は、図１に示す共役軸線ＢＸを中心に反時計回り（図１での反時計周り。以下同様。）に回転する。一方、凹面鏡２２が軸線ＡＸを中心として反時計周りに回転すると、虚像ＶとアイボックスＥを結ぶ線分は、共役軸線ＢＸを中心に時計周りに回転する。つまり、凹面鏡２２が時計周りに回転すると当該回転前よりもアイボックスＥは上方に移動し、凹面鏡２２が反時計回りに回転すると当該回転前よりもアイボックスＥは下方に移動する。この原理を利用して、調整部８１ｂは、後述の推定部８１ｃが推定した視点位置ＰｅにアイボックスＥの中心Ｅｏがくるように、凹面鏡２２の軸線ＡＸを中心とした回転位置を調整する。なお、共役軸線ＢＸは、軸線ＡＸをウインドシールド２における表示光Ｌ（具体的には、前述の表示光軸Ｌｏを通る光線）の入射点に対して、ユーザＵから見てウインドシールド２の前方側に折り返した位置にある仮想の軸線である。つまり、共役軸線ＢＸは、軸線ＡＸと光学的に共役関係にある。したがって、共役軸線ＢＸは、凹面鏡２２を軸線ＡＸ周りに回転させた場合における、ウインドシールド２で反射してユーザＵに向かう表示光Ｌの光路の回転軸線となる。
【0029】
この実施形態では、赤外線透過ミラーである反射鏡２１の背後に赤外線カメラ４０が配置されているため、凹面鏡２２の回転に応じて、表示光軸Ｌｏと同様にカメラ光軸Ｒｏも移動する。したがって、凹面鏡２２が回転しても、アイボックスＥの中心Ｅｏとカメラ光軸Ｒｏの相対的位置関係（つまり、前述のカメラ光軸調整状態）は保たれたままである。このように、調整部８１ｂは、回転駆動部３０を介して凹面鏡２２を回転駆動することにより、アイボックスＥが移動したとしても前述のカメラ光軸調整状態を保つことができる。このため、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。なお、調整部８１ｂは、図示しない操作手段からの入力操作に応じて凹面鏡２２の回転位置を調整してもよい。当該操作手段は、例えばタッチパネル、プッシュボタン等であればよい。
【0030】
推定部８１ｃは、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０を駆動し、赤外線カメラ４０からユーザＵの顔の画像を示す撮像データを取得する。例えば、推定部８１ｃは、赤外線カメラ４０から所定周期で送信される撮像データの周期毎の差分を演算し、ユーザＵの顔における部位として、予め定められた複数の特徴部位（例えば図５に示す右眉Ｆ１、左眉Ｆ２、唇Ｆ３）を特定する。そして、推定部８１ｃは、特定した複数の特徴部位に基づいて、各特徴部位の代表点を示す特徴点Ｐ１～Ｐ３の座標情報を抽出する。そして、推定部８１ｃは、特徴点Ｐ１～Ｐ３に基づき、図５に示すユーザＵの視点位置Ｐｅを推定する。視点位置Ｐｅの演算アルゴリズムは、抽出した特定点Ｐ１～Ｐ３に対する位置として演算可能に予め記憶部８２のＲＯＭに記憶されている。なお、前述のように複数の特徴部位をどのように定めるかは任意である。例えば、予め定められた複数の特徴部位に右眼と左眼の少なくともいずれかの特徴部位が含まれ、推定部８１ｃは、当該特徴部位に基づいて、視点位置Ｐｅを特徴点として直接演算することもできる。また、推定部８１ｃによる特徴部位の特定手法や特徴点の抽出手法は任意であり、公知の手法を用いることができる。例えば、パターンマッチング法や、ＨＯＧ（Histogram of Oriented Gradients）、ＳＩＦＴ（Scale-Invariant Feature Transform）、ＬＢＰ（Local Binary Pattern）、Ｈａａｒ－Ｌｉｋｅなどの特徴点算出手法を用いることができる。本実施形態に係るＨＵＤ装置１００の説明は以上である。
【0031】
（変形例）
図６に示すように、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０の配置を変形してもよい。この変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、凹面鏡２２が赤外線透過ミラーとして構成される。そして、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０は、凹面鏡２２の背後に設けられている。具体的には、変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、凹面鏡２２を保持するホルダ２２ａに、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０が固定されている。そして、回転駆動部３０によってホルダ２２ａ及び凹面鏡２２が軸線ＡＸ周りに回転すると、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０も凹面鏡２２と共に軸線ＡＸ周りに回転する。なお、変形例に係るＨＵＤ装置１０１における赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０の配置以外の構成は、前述の実施形態の構成と同様である。
変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、赤外線照射部５０が発した赤外光ＩＲは、凹面鏡２２を透過した後、ウインドシールド２で反射してユーザＵの顔に到達する光路を辿り、ユーザＵの顔に照射される。ユーザＵの顔に照射され、当該顔で反射した赤外光ＩＲは、前記光路を逆向きに辿り、赤外線カメラ４０に入射する。
変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、赤外線透過ミラーである凹面鏡２２の背後に赤外線カメラ４０が配置されているため、凹面鏡２２の回転に応じて、表示光軸Ｌｏと同様にカメラ光軸Ｒｏも移動する。したがって、凹面鏡２２が回転しても、アイボックスＥの中心Ｅｏとカメラ光軸Ｒｏの相対的位置関係（つまり、前述のカメラ光軸調整状態）は保たれたままである。このように、変形例に係るＨＵＤ装置１０１の構成においても、回転駆動部３０を介して凹面鏡２２を回転駆動することにより、アイボックスＥが移動したとしても前述のカメラ光軸調整状態を保つことができる。このため、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。なお、前記実施形態と同様に赤外線照射部５０の配置は任意であり、赤外線照射部５０を省略することもできる。
図６に示すように、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０の配置を変形してもよい。この変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、凹面鏡２２が赤外線透過ミラーとして構成される。そして、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０は、凹面鏡２２の背後に設けられている。具体的には、変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、凹面鏡２２を保持するホルダ２２ａに、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０が固定されている。そして、回転駆動部３０によってホルダ２２ａ及び凹面鏡２２が軸線ＡＸ周りに回転すると、赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０も凹面鏡２２と共に軸線ＡＸ周りに回転する。なお、変形例に係るＨＵＤ装置１０１における赤外線カメラ４０及び赤外線照射部５０の配置以外の構成は、前述の実施形態の構成と同様である。
変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、赤外線照射部５０が発した赤外光ＩＲは、凹面鏡２２を透過した後、ウインドシールド２で反射してユーザＵの顔に到達する光路を辿り、ユーザＵの顔に照射される。ユーザＵの顔に照射され、当該顔で反射した赤外光ＩＲは、前記光路を逆向きに辿り、赤外線カメラ４０に入射する。
変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、赤外線透過ミラーである凹面鏡２２の背後に赤外線カメラ４０が配置されているため、凹面鏡２２の回転に応じて、表示光軸Ｌｏと同様にカメラ光軸Ｒｏも移動する。したがって、凹面鏡２２が回転しても、アイボックスＥの中心Ｅｏとカメラ光軸Ｒｏの相対的位置関係（つまり、前述のカメラ光軸調整状態）は保たれたままである。このように、変形例に係るＨＵＤ装置１０１の構成においても、回転駆動部３０を介して凹面鏡２２を回転駆動することにより、アイボックスＥが移動したとしても前述のカメラ光軸調整状態を保つことができる。このため、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。なお、前記実施形態と同様に赤外線照射部５０の配置は任意であり、赤外線照射部５０を省略することもできる。
【0032】
なお、本発明は以上の実施形態、変形例及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。
【0033】
以上の実施形態及び変形例では、回転駆動部３０を利用してカメラ光軸Ｒｏを調整する例を示したが、ＨＵＤ装置１００，１０１は、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整するカメラ光軸調整手段を備えていてもよい。カメラ光軸調整手段は、赤外線カメラ４０に備えられていてもよいし、筐体６０内に配置されたミラー、プリズム、液晶素子等の光学部材であってもよい。例えば、カメラ光軸調整手段は、アイボックスＥを通るカメラ光軸Ｒｏの位置を上下方向に調整可能であればよい。そして、赤外線カメラ４０は、カメラ光軸調整手段によってカメラ光軸ＲｏがアイボックスＥの中心Ｅｏよりも下方を通る状態に設定された後にユーザＵの顔を撮像すればよい。
【0034】
表示光Ｌが放射される透光部材は、ウインドシールド２に限られず、ＨＵＤ装置１００，１０１に専用のコンバイナであってもよい。また、ＨＵＤ装置１００，１０１内における光学系の構成は、表示部１０からの表示光Ｌを透光部材に放射することができれば任意であり、表示光Ｌを反射するミラーの枚数、形状及び配置は適宜変更することができる。
【0035】
以上では、ＬＣＤ１１を用いた表示部１０について説明したが、表示部１０の構成は限定されず、任意である。例えば、表示部１０は、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）を用いたものであってもよい。また、表示部１０は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と、ＤＭＤによる反射光を受けて画像を表示する透過型スクリーンを備えるものであってもよい。
【0036】
ＨＵＤ装置１００，１０１が搭載される乗り物の種類は、車両に限定されず任意であり、農耕機械、建設機械、航空機、船舶などであってもよい。
【0037】
（１）以上に説明したＨＵＤ装置１００，１０１において、反射部２０は、表示光Ｌを反射する一方で赤外線ＩＲを透過する赤外線透過ミラーを含む。そして、赤外線カメラ４０は、赤外線透過ミラーの背後に設けられ、その光軸（カメラ光軸Ｒｏ）が、アイボックスＥの中心Ｅｏよりも下方を通る状態でユーザＵの顔を撮像する。
この構成によれば、ユーザＵの顔が有する所望の特徴部位を良好に撮像することができる。
この構成によれば、ユーザＵの顔が有する所望の特徴部位を良好に撮像することができる。
【0038】
（２）ＨＵＤ装置１００，１０１は、赤外線カメラ４０がユーザＵの顔を撮像して得られるデータに基づいてユーザＵの視点位置Ｐｅを推定する推定部８１ｃ（推定手段の一例）を備える。赤外線カメラ４０がユーザＵの顔を撮像する際の画角は、推定部８１ｃが視点位置Ｐｅを推定する際に必要な顔の部位であって、予め定められた複数の特徴部位を包含する範囲（撮像範囲Ｒ）を撮像可能に設定される。
この構成によれば、前述のように、視点位置Ｐｅの推定に不要な箇所が撮像されることを抑制できるとともに、ユーザＵの視点位置Ｐｅを推定する際に必要な複数の特徴部位を適切に撮像することができる。
この構成によれば、前述のように、視点位置Ｐｅの推定に不要な箇所が撮像されることを抑制できるとともに、ユーザＵの視点位置Ｐｅを推定する際に必要な複数の特徴部位を適切に撮像することができる。
【0039】
（３）また、赤外線カメラ４０が顔を撮像する際の光軸（カメラ光軸Ｒｏ）は、複数の特徴部位のうち最も上に位置する部位と最も下に位置する部位との中間部を通る状態に設定されることが好ましい。
こうすれば、前述のように、必要最小限のカメラ画角により、ユーザＵの視点位置Ｐｅを推定する際に必要な複数の特徴部位を適切に撮像することができる。
こうすれば、前述のように、必要最小限のカメラ画角により、ユーザＵの視点位置Ｐｅを推定する際に必要な複数の特徴部位を適切に撮像することができる。
【0040】
（４）上記実施形態に係るＨＵＤ装置１００では、反射鏡２１が赤外線透過ミラーであり、回転駆動手段（例えば、回転駆動部３０及び調整部８１ｂ）は、推定部８１ｃが推定した視点位置Ｐｅに応じて凹面鏡２２を回転駆動することで、凹面鏡２２の回転に応じて変化するアイボックスＥの位置を調整する。
この構成によれば、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。
この構成によれば、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。
【0041】
（５）上記変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、凹面鏡２２が赤外線透過ミラーであり、回転駆動手段（例えば、回転駆動部３０及び調整部８１ｂ）は、推定部８１ｃが推定した視点位置Ｐｅに応じて凹面鏡２２を回転駆動することで、凹面鏡２２の回転に応じて変化するアイボックスＥの位置を調整する。そして、変形例に係るＨＵＤ装置１０１では、赤外線カメラ４０は、回転駆動手段によって凹面鏡２２と共に回転駆動される。
この構成によれば、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。
この構成によれば、カメラ光軸Ｒｏを専用に調整する機構を省略することができる。
【0042】
（６）ＨＵＤ装置１００，１０１は、赤外線透過ミラーの背後に設けられ、ユーザＵの顔に赤外線を照射する赤外線照射部５０を備えていてもよい。
こうすれば、ユーザＵの顔を示す撮像データを適切に得ることができる。
こうすれば、ユーザＵの顔を示す撮像データを適切に得ることができる。
【0043】
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
【符号の説明】
【0044】
１００，１０１…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
１０…表示部、１１…ＬＣＤ
２０…反射部、２１…反射鏡、２２…凹面鏡
３０…回転駆動部
４０…赤外線カメラ
５０…赤外線照射部
６０…筐体、６１…通過口
７０…カバーガラス
８０…制御装置
８１…制御部、８１ａ…表示制御部、８１ｂ…調整部、８１ｃ…推定部
８２…記憶部
１…ダッシュボード、２…ウインドシールド
Ｖ…虚像、Ｌ…表示光、Ｌｏ…表示光軸
Ｅ…アイボックス、Ｅｏ…中心
Ｒ…撮像範囲、Ｒｏ…カメラ光軸、Ｐ…下方位置
ＩＲ…赤外線、ＡＸ…軸線、ＢＸ…共役軸線
Ｆ１…右眉、Ｆ２…左眉、Ｆ３…唇、Ｐ１～Ｐ３…特徴点、Ｐｅ…視点位置
１０…表示部、１１…ＬＣＤ
２０…反射部、２１…反射鏡、２２…凹面鏡
３０…回転駆動部
４０…赤外線カメラ
５０…赤外線照射部
６０…筐体、６１…通過口
７０…カバーガラス
８０…制御装置
８１…制御部、８１ａ…表示制御部、８１ｂ…調整部、８１ｃ…推定部
８２…記憶部
１…ダッシュボード、２…ウインドシールド
Ｖ…虚像、Ｌ…表示光、Ｌｏ…表示光軸
Ｅ…アイボックス、Ｅｏ…中心
Ｒ…撮像範囲、Ｒｏ…カメラ光軸、Ｐ…下方位置
ＩＲ…赤外線、ＡＸ…軸線、ＢＸ…共役軸線
Ｆ１…右眉、Ｆ２…左眉、Ｆ３…唇、Ｐ１～Ｐ３…特徴点、Ｐｅ…視点位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
