(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-05-22
(45)【発行日】2024-05-30
(54)【発明の名称】車両用表示装置
(51)【国際特許分類】
B60K 35/235 20240101AFI20240523BHJP
G02B 27/01 20060101ALI20240523BHJP
【ＦＩ】
B60K35/235
G02B27/01
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020164316
(22)【出願日】2020-09-30
(65)【公開番号】P2022056520
(43)【公開日】2022-04-11
【審査請求日】2023-07-20
(73)【特許権者】
【識別番号】000231512
【氏名又は名称】日本精機株式会社
(72)【発明者】
【氏名】濱田 一成
(72)【発明者】
【氏名】猪坂 雄治
(72)【発明者】
【氏名】秦 誠
(72)【発明者】
【氏名】笠原 毅
(72)【発明者】
【氏名】高橋 悠樹
【審査官】角田 貴章
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－１３２００５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第１０７４７３１４（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１１－１５２８８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｋ ３５／００－３７／２０
Ｇ０１Ｃ ２１／００－２１／３６
２３／００－２５／００
Ｇ０２Ｂ ２７／００－３０／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表示光投影手段からの表示光を反射鏡で反射させて反射透光部材に投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するとともに、車両の利用者に対し、赤外光照射手段からの赤外光を照射し、前記利用者を撮像手段で撮像する車両用表示装置であって、
前記表示光投影手段、前記反射鏡及び前記撮像手段を収容する筐体を備え、
前記撮像手段は、前記筐体において前記反射鏡に対して前記反射透光部材の側と反対側でなく、且つ、前記反射鏡から前記反射透光部材までの表示光の光路と重ならない位置に設けられ、
さらに前記撮像手段は、前記筐体において前記車両の車幅方向中央側に設けられていることを特徴とする車両用表示装置。
【請求項2】
表示光投影手段からの表示光を反射鏡で反射させて反射透光部材に投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するとともに、車両の利用者に対し、赤外光照射手段からの赤外光を照射し、前記利用者を撮像手段で撮像する車両用表示装置であって、
前記表示光投影手段、前記赤外光照射手段、前記反射鏡及び前記撮像手段を収容する筐体を備え、
前記赤外光照射手段は、前記筐体において前記反射鏡に対して前記反射透光部材の側と反対側でなく、且つ、前記反射鏡から前記反射透光部材までの表示光の光路と重ならない位置に設けられ、
前記撮像手段は、前記筐体において前記車両の車幅方向一端側に設けられ、前記赤外光照射手段は、前記筐体において前記車両の車幅方向他端側に設けられていることを特徴とする車両用表示装置。
【請求項3】
前記撮像手段の光軸の前記反射透光部材との交点は、前記表示光の中心光路の前記反射透光部材における反射点よりも上方に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用表示装置。
【請求項4】
前記筐体には、前記撮像手段に対して前記反射透光部材の側に可視光を遮光して赤外光を透過させる遮蔽部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両用表示装置。
【請求項5】
前記筐体には、前記表示光投影手段からの表示光、前記赤外光照射手段からの赤外光及び前記利用者で反射されて前記撮像手段が受光する赤外光が透過する透光部材が設けられ、前記透光部材の板面に垂直な垂直面と、前記垂直面に直交し所定の鋭角値にて前記板面と交差する平面と、が重なる部位に前記赤外光照射手段の光軸が位置し、前記撮像手段は前記平面と前記透光部材との間の領域に設けられていることを特徴とする請求項１、請求項３、請求項４のいずれか１項に記載の車両用表示装置。
【請求項6】
前記赤外光照射手段と前記撮像手段との間には、赤外光を遮光する遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の車両用表示装置。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両のフロントウインドシールドやコンバイナ等に虚像を表示するとともに、利用者を撮像可能なヘッドアップディスプレイ装置等の車両用表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
車両のフロントウインドシールドやコンバイナ等の反射透光部材を透過する実景（車両前方の風景）に重ねて、その反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するヘッドアップディスプレイ装置は、車両の運転者等の利用者の視線移動を極力抑えつつ、利用者が所望する情報を虚像により提供することによって、安全で快適な車両運行に寄与する。
【0003】
また、ヘッドアップディスプレイ装置には、利用者に赤外光を照射して利用者を撮像し、その撮像画像に基づいて利用者の状態把握に供するものがある。
【0004】
例えば特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置は、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もので、利用者に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、表示手段から発せられる可視光をコンバイナ部材に向けて反射し、利用者及びコンバイナ部材にて反射される赤外線を透過するミラー部材と、ミラー部材を透過する赤外線を感受して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、撮像手段によって撮像された画像に基づいて利用者の目の位置を算出する画像処理手段とを備え、利用者の目の位置を精度良く算出することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】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】
【0006】
ところで、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置のように、撮像手段を反射鏡（ミラー部材）の裏側（反射鏡に対して利用者及びコンバイナ部材の側と反対側）に設置する場合には、反射鏡が可視光を反射して赤外光を透過させるものでなければならず、その製造コストが高額になるという問題があった。
【0007】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、反射鏡が赤外光を透過させる必要がない車両用表示装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明は、表示光投影手段からの表示光を反射鏡で反射させて反射透光部材に投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するとともに、車両の利用者に対し、赤外光照射手段からの赤外光を照射し、前記利用者を撮像手段で撮像する車両用表示装置であって、前記表示光投影手段、前記反射鏡及び前記撮像手段を収容する筐体を備え、前記撮像手段は、前記筐体において前記反射鏡に対して前記反射透光部材の側と反対側でなく、且つ、前記反射鏡から前記反射透光部材までの表示光の光路と重ならない位置に設けられて、さらに前記撮像手段は、前記筐体において前記車両の車幅方向中央側に設けられていることを特徴とする。
【0009】
また、本発明は、表示光投影手段からの表示光を反射鏡で反射させて反射透光部材に投影し、前記反射透光部材を透過する実景に重ねて前記反射透光部材に反射された表示光により虚像を生成して表示するとともに、車両の利用者に対し、赤外光照射手段からの赤外光を照射し、前記利用者を撮像手段で撮像する車両用表示装置であって、前記表示光投影手段、前記赤外光照射手段、前記反射鏡及び前記撮像手段を収容する筐体を備え、前記赤外光照射手段は、前記筐体において前記反射鏡に対して前記反射透光部材の側と反対側でなく、且つ、前記反射鏡から前記反射透光部材までの表示光の光路と重ならない位置に設けられ、前記撮像手段は、前記筐体において前記車両の車幅方向一端側に設けられ、前記赤外光照射手段は、前記筐体において前記車両の車幅方向他端側に設けられていることを特徴とする。
【0010】
また、前記撮像手段の光軸の前記反射透光部材との交点は、前記表示光の中心光路の前記反射透光部材における反射点よりも上方に位置してもよい。
【0011】
前記筐体には、前記撮像手段に対して前記反射透光部材の側に可視光を遮光して赤外光を透過させる遮蔽部材が設けられてもよい。
【0012】
あるいは、前記筐体には、前記表示光投影手段からの表示光、前記赤外光照射手段からの赤外光及び前記利用者で反射されて前記撮像手段が受光する赤外光が透過する透光部材が設けられ、前記透光部材の板面に垂直な垂直面と、前記垂直面に直交し所定の鋭角値にて前記板面と交差する平面と、が重なる部位に前記赤外光照射手段の光軸が位置し、前記撮像手段は前記平面と前記透光部材との間の領域に設けられてもよい。
【0014】
前記赤外光照射手段と前記撮像手段との間には、赤外光を遮光する遮光部材が設けられてもよい。
【発明の効果】
【0015】
本発明によれば、車両用表示装置において反射鏡が赤外光を透過させる必要がないという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】発明を実施するための形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が設けられた車両を示す説明図である。
【図6】発明を実施するための形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の他の例を平面視で示す説明図である。
【図8】発明を実施するための形態に係るヘッドアップディスプレイ装置のさらに他の例を平面視で示す説明図である。
【図13】遮光板が短い構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
【0018】
図１に示すように、本実施の形態に係る車両用表示装置としてのヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）１は、車両２のフロントウインドシールド３の下方にあるインストルメントパネル４の内部に設けられ、フロントウインドシールド３の一部に可視光である表示光Ｌ１を投影する。表示光Ｌ１は、フロントウインドシールド３に反射されて虚像Ｖを生成し、ステアリングホイール５の後方の図示を略す運転席に座る運転者Ｄにフロントウインドシールド３を透過する実景に重ねて虚像Ｖを視認させる。
【0019】
また、ＨＵＤ１は、運転者Ｄの状態をモニターするＤＭＳ（ドライバーモニタリングシステム）の機能を持ち、運転者Ｄに赤外光Ｌ２を投影して運転者Ｄを撮像する。
【0020】
詳細には、ＨＵＤ１は、黒色のＡＢＳ樹脂等により成形されて外光の侵入が防止されたハウジング６に覆われて外部と区画され、ハウジング６にはポリカーボネート等からなる透明なカバーガラス（透明部材）７が取り付けられた開口部８が形成されている。ハウジング６の内部には、表示器ユニット９と、平面鏡１０と、凹面鏡１１と、赤外光照射ユニット１２と、カメラ１３と、不可視部としての遮蔽片１４とが保持・収容されている。
【0021】
表示器ユニット９は、光源及び液晶パネル等からなる表示器１５が設けられ、表示器１５から可視光である映像光（表示光Ｌ１）を投影表示する。平面鏡１０は、平面部分を有するように成形されたガラスにアルミニウム等の金属や誘電体多層膜を蒸着してなり、可視光を単純に反射する。凹面鏡１１は、凹面部分を有するように成形されたポリカーボネート等の樹脂にアルミニウム等の金属を蒸着してなり、可視光を拡大して反射する。
【0022】
赤外光照射ユニット１２は、図２及び図３に示すように、ハウジング６においてカバーガラス７の下方で車両２の車幅方向中央側に設けられ、発光ダイオードからなる光源が発する赤外光（近赤外線）を遮蔽片１４及びカバーガラス７を通してフロントウインドシールド３に向けて照射する。
【0023】
一方、カメラ１３は、ハウジング６においてカバーガラス７の下方で車両２の車幅方向中央側、且つ、赤外光照射ユニット１２の前方に設けられ、赤外照射ユニット１２から照射される波長帯の赤外光に感度を有する撮像素子、及び、赤外光を透過してその撮像素子に結像させ得るレンズを備えて近赤外線画像を撮影する。
【0024】
赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３は、いずれも、平面鏡１０の裏側（平面鏡１０に対してフロントウインドシールド３の側と反対側）でなく、且つ、平面鏡１０からフロントウインドシールド３までの表示光Ｌ１の光路Ｐ１と重ならない位置に設けられ、カメラ１３の光軸Ｏ３（カメラ１３の中心光路で、この光路上にある点がカメラ画角の中心に撮像される。なお、光軸Ｏ３は、設計上定まっているアイポイントの中心に向かうように設置され、アイボックス（虚像が視認される範囲）全体がカメラ画角に収まっていれば、その向きは限定されない。）のフロントウインドシールド３との交点ｘが、表示光Ｌ１の光路Ｐ１の中心Ｏ１（表示光Ｌ１の中心光路で、この光路を通る光が虚像Ｖの中心を生成する。）のフロントウインドシールド３における反射点ｙよりも上方に位置する。
【0025】
また、カメラ１３は、図４に示すように、赤外光照射ユニット１２の光軸Ｏ２を含みカバーガラス７に垂直な垂直面Ｓ１に直交する平面Ｓ２とカバーガラス７との間の領域Ｒに設けられている。一般に、赤外光照射ユニット１２の光軸Ｏ２は、赤外光照射ユニット１２から後方かつ上方に延びるので、平面Ｓ２がカバーガラス７と交わる角度θは９０°以下で、この角度θの範囲が領域Ｒとなる。
【0026】
また、本例の場合、ここでの詳細図示は省略するが、ハウジング６は、車幅方向と略直交（交差）する一対の周壁部を有しており、これら一対の周壁部のうち車両を左右に２等分する仮想中心ラインに近い側に位置する一周壁部（一方の周壁部）のやや内側となるハウジング６の空所に赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３を設けた構成としている。なお、ここでのハウジング６は、４つの周壁部を備え、図１で図示された概ね車幅方向に沿う２つの周壁部は、前記一対の周壁部の各々の端部同士を繋ぐ立壁として構成される。
【0027】
遮蔽片１４は、可視光を遮光して赤外光を透過させるもので、ハウジング５において、赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３の上方、すなわち、赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３に対してフロントウインドシールド３の側に設けられている。
【0028】
ＨＵＤ１において、表示器ユニット９からの表示光Ｌ１は、平面鏡１０で反射され、次いで、凹面鏡１１で拡大して反射され、カバーガラス７を通過してフロントウインドシールド３に投影される。フロントウインドシールド３に投影された表示光Ｌ１は、運転者Ｄの側に拡大して反射され、虚像Ｖを生成してフロントウインドシールド３を透過する実景に重ねて運転者Ｄに表示する。
【0029】
一方、赤外光照射ユニット１２からの赤外光Ｌ２は、遮蔽片１４及びカバーガラス７を通過してフロントウインドシールド３に投影され、フロントウインドシールド３で運転者Ｄの側に反射されて運転者Ｄを照射する。そして、運転者Ｄに反射されると赤外光Ｌ２の一部は逆の経路を辿り、カバーガラス７及び遮蔽片１４を通過してカメラ１３に入射した赤外光Ｌ２により運転者Ｄが撮像される。この撮像は、虚像Ｖの表示中、定期的又は不定期的に行われ、その撮像画像に基づいて運転者Ｄのモニタリングが行われる。
【0030】
本実施の形態に係るＨＵＤ１は、表示器ユニット９からの表示光Ｌ１を平面鏡１０で反射させてフロントウインドシールド３に投影し、フロントウインドシールド３を透過する実景に重ねてフロントウインドシールド３に反射された表示光Ｌ１により虚像Ｖを生成して表示するとともに、車両２の運転者Ｄに対し、赤外光照射ユニット１２からの赤外光Ｌ２を照射し、運転者Ｄをカメラ１３で撮像するもので、表示器ユニット９、平面鏡１０及びカメラ１３を備えるとともに、表示器ユニット９、平面鏡１０及びカメラ１３を収容するハウジング６を備え、カメラ１３は、ハウジング６において平面鏡１０に対してフロントウインドシールド３の側と反対側でなく、且つ、平面鏡１０からフロントウインドシールド３までの表示光Ｌ１の光路Ｐと重ならない位置に設けられているので、カメラ１３が受光する赤外光Ｌ２の光路Ｐ２（図３参照）上にない平面鏡１０が、赤外光Ｌ２を透過させる必要がなく、その製造コストを抑制することができる。
【0031】
ここでは、カメラ１３は、ハウジング６において車両２の車幅方向中央側に設けられているので、車両２のサイドウインドからの外光が入り難く、カメラ１３に強い外光が入って運転者Ｄのモニターに支障を来たす可能性を低減させることができる。
【0032】
また、カメラ１３の光軸Ｏ３のフロントウインドシールド３との交点ｘが、表示光Ｌ１の光路Ｐ１の中心Ｏ１のフロントウインドシールド３における反射点ｙ（一般に、運転者Ｄが見下ろした位置にある。）よりも上方に位置するので、カメラ１３が受光する赤外光Ｌ２の光路Ｐ２がインストルメントパネル４及びステアリングホイール５に遮られずに、カメラ１３により運転者Ｄの顔を正面に近い角度から撮像することができる。
【0033】
ハウジング６には、カメラ１３に対してフロントウインドシールド３の側に、可視光を遮光して赤外光を透過させる遮蔽片１４が設けられているので、ＨＵＤ１の外観上、カバーガラス７を透して見えるはずのカメラ１３が遮蔽片１４により隠蔽され、ＨＵＤ１の商品性を向上させることができる。
【0034】
さらに、ハウジング６には、表示器ユニット９からの表示光Ｌ１、赤外光照射ユニット１２からの赤外光Ｌ２及び運転者Ｄで反射されてカメラ１３が受光する赤外光Ｌ２が透過するカバーガラス７が設けられ、カメラ１３は、ハウジング６において、赤外光照射ユニット１２の光軸Ｏ２を含み垂直面Ｓ１に直交する平面Ｓ２とカバーガラス７との間の領域Ｒに設けられているので、図５（ａ）に示すように、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入りにくい角度となり、撮像画像において照明光による迷光の発生を抑制することができる（図５及び後述の図７、図９乃至図１３において、αは赤外光照射ユニット１２の照射範囲、βはカメラ１３の画角を示し、カメラ１３が領域Ｒになければ、図５（ｂ）に示すように、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入りやすい。）。
【0035】
図６は、赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３が、ハウジング６において車両２の車幅方向中央側で前後ではなく左右に配置（並設）された例を示す。カメラ１３は、図７（ａ）に示すように、赤外光照射ユニット１２の光軸Ｏ２を含み垂直面に直交する平面とカバーガラス７との間の領域Ｒに設けられているので、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入りにくい角度となり、撮像画像において照明光による迷光の発生をやはり抑制することができる（カメラ１３が領域Ｒになければ、図７（ｂ）に示すように、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入りやすい。）。
【0036】
図８は、カメラ１３がハウジング６において車両２の車幅方向一端側（中央側）に設けられ、赤外光照射ユニット１２がハウジング６において車両２の車幅方向他端側（外側）に設けられた例を示す。カメラ１３は、図９に示すように、赤外光照射ユニット１２から離れて設けられているので、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入りにくく、撮像画像において照明光による迷光の発生を抑制することができる。
【0037】
なお、赤外光照射ユニット１２とカメラ１３との間には、図１０乃至図１２に示すように、赤外光Ｌ２を遮光する遮光板１６が設けられてもよい。ここで、図１０は図５（ａ）に対応し、図１１は図７（ａ）に対応するが、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２が、遮光板１６に遮られてカメラ１３に入りにくくなれば、赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３の配置は、図５（ｂ）や図７（ｂ）に示すようなものであってもよい。
【0038】
一方、図１２は図９に対応し、もともと離れた位置にある赤外光照射ユニット１２及びカメラ１３のそれぞれに隣接して遮光板１６が設けられているから、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入るおそれを一層排することができる。
【0039】
遮光板１６については、必ずしもカバーガラス７と接触していなくてもよいが、遮光板１６が短いと、図１３に示すように、赤外光照射ユニット１２から出射してカバーガラス７で反射された赤外光Ｌ２がカメラ１３に入りやすくなるから、遮光板１６はカバーガラス７から見て赤外光照射ユニット１２の出射面（赤外光Ｌ２の出射面）より遠くまで延伸していることが望ましく、カメラ１３の入射面（赤外光Ｌ２の入射面）より遠くまで延伸していることが望ましい。つまり、遮光板１６は、カバーガラス７から赤外光照射ユニット１２やカメラ１３の背後側まで立壁形状をなすように延伸していることが望ましい。
【0040】
以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。
【0041】
例えば、上記実施の形態では、車両のフロントウインドシールドを反射透光部材として表示光を投影したが、フロントウインドシールドに代えてコンバイナを用いてもよい。
【0042】
また、赤外光照射ユニット及びカメラの配置も上記に限定されるものではなく、カメラがハウジングに収容されていれば、赤外光照射ユニットはハウジングの外部（例えば車両のハンドルの奥にあるステアリングコラム上）に設けてもよい。さらに、カバーガラスは、透明ではなく暗色（半透過性）の部材により構成されていてもよい。
【符号の説明】
【0043】
１ ヘッドアップディスプレイ装置（車両用表示装置）
２ 車両
３ フロントウインドシールド（反射透光部材）
６ 筐体（ハウジング）
７ カバーガラス（透光部材）
９ 表示光投影手段（表示器ユニット）
１０ 平面鏡（反射鏡）
１２ 赤外光照射ユニット（赤外光照射手段）
１３ カメラ（撮像手段）
１４ 遮蔽片（遮蔽部材）
１６ 遮光板（遮光部材）
Ｄ 運転者（利用者）
Ｌ１ 表示光
Ｌ２ 赤外光
Ｏ２ 光軸（赤外光照射手段の光軸）
Ｏ３ 光軸（撮像手段の光軸）
Ｐ１ 光路
Ｒ 領域
Ｓ１ 垂直面
Ｓ２ 平面
Ｖ 虚像
ｘ 交点
ｙ 反射点
２ 車両
３ フロントウインドシールド（反射透光部材）
６ 筐体（ハウジング）
７ カバーガラス（透光部材）
９ 表示光投影手段（表示器ユニット）
１０ 平面鏡（反射鏡）
１２ 赤外光照射ユニット（赤外光照射手段）
１３ カメラ（撮像手段）
１４ 遮蔽片（遮蔽部材）
１６ 遮光板（遮光部材）
Ｄ 運転者（利用者）
Ｌ１ 表示光
Ｌ２ 赤外光
Ｏ２ 光軸（赤外光照射手段の光軸）
Ｏ３ 光軸（撮像手段の光軸）
Ｐ１ 光路
Ｒ 領域
Ｓ１ 垂直面
Ｓ２ 平面
Ｖ 虚像
ｘ 交点
ｙ 反射点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】