CN102791509B

CN102791509B - 图像位置调节装置

Info

Publication number: CN102791509B
Application number: CN201080065221.7A
Authority: CN
Inventors: 古賀光
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2015-02-25
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: US8878843B2; JP5267727B2; JPWO2011111201A1; CN102791509A; US20130044138A1; EP2546087A4; WO2011111201A1; EP2546087B1; EP2546087A1

Abstract

本发明涉及一种图像位置调节装置（1），其目的在于实现小型化，所述图像位置调节装置（1）具备：光源部（3），其射出可见光以及红外光；可动冷镜（12），其使可见光反射，并且使红外光透射；第二扫描镜（13），其使透射过可动冷镜（12）的红外光反射；前挡风玻璃（F），其通过可动冷镜（12）所反射的可见光而显示图像；第一图像处理部（5），其利用将被第二扫描镜（13）反射的红外光向驾驶员（D）反射而得到的反射光，来对驾驶员（D）进行摄像，从而对驾驶员（D）的视线位置进行检测，所述图像位置调节装置（1）根据第一图像处理部（5）所检测出的视线位置，而对图像的位置进行调节。

Description

图像位置调节装置

技术领域

本发明涉及一种根据使用者的视线位置而对图像的位置进行调节的图像位置调节装置。

背景技术

在现有技术中，作为根据使用者的视线位置而对图像的位置进行调节的图像位置调节装置，例如已知专利文献1中所记载的装置。在专利文献1中记载了如下的装置，即，在将图像映出在驾驶员的视野内的HUD（Head UpDisplay：平视显示器）装置中，具备：可见光光源，其射出图像显示用的可见光；红外光光源，其射出红外光；视线位置检测单元，其通过红外光而对驾驶员的视线位置进行检测，并且，所述图像位置调节装置根据所检测出的驾驶员的视线位置而对图像的位置进行调节。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-155720号公报

发明内容

发明所要解决的课题

另外，由于前文所述的这种具备图像位置调节功能的HUD装置被设置在车辆的车厢内，因此对应于装置的大小从而车厢内的空间将会被缩窄。因此，希望实现装置的进一步小型化。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够实现小型化的图像位置调节装置。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明所涉及的图像位置调节装置的特征在于，具备：光源部，其射出可见光以及红外光；第一可动反射单元，其使可见光反射，并且使红外光透射；第二可动反射单元，其使透射过第一可动反射单元的红外光反射；显示单元，其通过第一可动反射单元所反射的可见光而显示图像；视线位置检测单元，其利用将被第二可动反射单元反射的红外光向使用者反射而得到的反射光，来对使用者进行摄像，从而对使用者的视线位置进行检测，所述图像位置调节装置根据视线位置检测单元所检测出的视线位置，而对图像的位置进行调节。

根据本发明所涉及的图像位置调节装置，由于能够对使用者进行摄像而检测出视线位置，并根据视线位置而将图像的位置调节为易于观察的位置，因此能够实现对于使用者的便利性的提高。并且，在该图像位置调节装置中，通过设定为如下的结构，即，从同一个光源部射出被用于图像显示的可见光、和被用于使用者的视线位置的检测的红外光的结构，从而与将图像显示用的可见光光源部和视线位置检测用的红外光光源部分别设置在不同的位置的情况相比，能够实现装置的小型化。

此外，优选为，在本发明所涉及的图像位置调节装置中，红外光为激光。

根据该图像位置调节装置，由于通过与白炽光等相比不易受到干扰光的影响的激光来对视线位置进行检测，从而能够抑制误检测的发生，因此，能够实现视线位置的检测中的可靠性的提高。

此外，优选为，在本发明所涉及的图像位置调节装置中，还具备第三可动反射单元，所述第三可动反射单元使可见光以及红外光朝向第一可动反射单元反射。

根据该图像位置调节装置，由于红外光通过第三可动反射单元以及第二可动反射单元而被双重反射，因此能够将红外光的投射范围扩大至与第三可动反射单元的可动范围以及第二可动反射单元的可动范围相对应的较广范围内。因此，根据该图像位置调节装置，由于针对使用者的、红外光的投射范围被扩大，因此能够在较广范围内对使用者进行摄像，从而能够实现使用者的视线位置的检测中的可靠性的提高。

发明效果

根据本发明能够实现图像位置调节装置的小型化。

附图说明

图1为表示本发明所涉及的HUD装置的第一实施方式的图。

图2为用于对驾驶员的三维图像信息的取得进行说明的图。

图3为表示第一实施方式所涉及的HUD装置的控制的流程的流程图。

图4为表示本发明所涉及的HUD装置的第二实施方式的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，对在各图中相同或相当的部分标记相同的符号，并省略重复说明。

[第一实施方式]

如图1所示，第一实施方式所涉及的HUD（Head Up Display）装置1为，将车速信息以及道路形状信息等的图像G在驾驶员D的视野内显示在前挡风玻璃F上的装置。HUD装置1具有作为对图像G的位置进行调节的图像位置调节装置的功能。HUD装置1被设置在车辆的仪表板内部。

HUD装置1具备：光源部2、光学系统3以及CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体）传感器4。而且，HUD装置1具备：第一图像处理部5、第二图像处理部6、控制部7以及驱动部8。

光源部2具有射出激光L的激光光源。在激光L中，包括可见光RGB以及红外光IR的波长成分。从光源部2射出的激光L经由光学系统3而被投射在前挡风玻璃F上。前挡风玻璃F作为权利要求中所记载的显示单元而发挥功能。

光学系统3由固定镜10、第一扫描镜11、可动冷镜12、以及第二扫描镜13构成。固定镜10使从光源部2射出的激光L朝向第一扫描镜11反射。

第一扫描镜11为，使被固定镜10反射的激光L朝向可动冷镜12反射的平面镜。第一扫描镜11具有与其反射面平行且相互正交的两个旋转轴L1、L2。第一扫描镜11通过以旋转轴L1、L2为中心而进行旋转来改变反射角度，从而实施激光L的扫描。第一扫描镜11以被反射至可动冷镜12的激光L的可见光RGB描绘出二维图像G的方式来实施扫描。第一扫描镜11作为权利要求中所记载的第三可动反射单元而发挥功能。

可动冷镜12为，使可见光RGB朝向前挡风玻璃F反射，并且使红外光IR透射的平板状的冷镜。可动冷镜12具有与其反射面平行的旋转轴M。可动冷镜12通过以旋转轴M作为中心而进行摇动来改变反射角度，从而对通过可见光RGB而被投影在前挡风玻璃F上的图像G的上下方向（图1中的箭头标记A方向）上的位置进行调节。可动冷镜12作为权利要求中所记载的第一可动反射单元而发挥功能。

第二扫描镜13为，使透射过可动冷镜12的红外光IR朝向前挡风玻璃F反射的平面镜。第二扫描镜13被配置在可动冷镜12的背面侧。第二扫描镜13具有与其反射面平行且相互正交的两个旋转轴N1、N2。第二扫描镜13通过以旋转轴N1、N2为中心而进行转动来改变反射角度，从而使红外光IR的投射范围扩大。图1中的虚线R表示红外光IR的投射范围。第二扫描镜13作为权利要求中所记载的第二可动反射单元而发挥功能。

被第二扫描镜13所反射的红外光IR再次被前挡风玻璃F反射，从而被朝向驾驶员D投射。被朝向驾驶员D投射的红外光IR的一部分在驾驶员D的表面被反射而成为反射光，进而在前挡风玻璃F处被反射而返回至第二扫描镜13侧。

CMOS传感器4为，对红外光IR进行检测的摄像元件。CMOS传感器4被配置在仪表板的内部且第二扫描镜13的附近。此外，CMOS传感器4与第一图像处理部5电连接。CMOS传感器4通过对在驾驶员D的表面被反射的红外光IR（反射光）进行检测，从而实施对驾驶员D的摄像。CMOS传感器4将摄像获得的与驾驶员D有关的信息作为摄像信号而向第一图像处理部5输出。

第一图像处理部5通过图像处理而对驾驶员D的视线位置进行检测。此处，参照附图而对第一图像处理部5中的驾驶员D的视线位置的检测进行说明。如图1以及图2所示，第一图像处理部5与CMOS传感器4以及控制部7电连接。第一图像处理部5根据从控制部7输入的发光信号，而取得光源部2中的激光L、即红外光IR的发光正时t₀。此外，第一图像处理部5根据CMOS传感器4的摄像信号，而取得红外光IR的受光正时t₁。而且，第一图像处理部5根据红外光IR的发光正时t₀和受光正时t₁之间的差Δt，从而对深度方向（相对于驾驶员D的红外光IR的行进方向）上的图像信息进行计算。第一图像处理部5根据CMOS传感器4的摄像信号中所包含的驾驶员D的二维图像信息、和所计算出的深度方向上的图像信息，从而取得驾驶员D的三维图像信息。第一图像处理部5根据驾驶员D的三维图像信息，而对驾驶员D的视线位置进行检测。驾驶员D的视线位置例如根据驾驶员D的面部的朝向而进行检测。第一图像处理部5将与检测出的驾驶员D的视线位置有关的信息作为视线位置信号而向控制部7输出。

第二图像处理部6生成被投影到前挡风玻璃F上的图像内容。第二图像处理部6与未图示的车辆控制用ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）电连接，并根据从车辆控制用ECU输入的车速信息以及道路形状信息来生成图像内容。第二图像处理部6将与所生成的图像内容相关的图像信号向控制部7以及驱动部8输出。

控制部7实施对HUD装置1的综合控制。控制部7与第一图像处理部5、第二图像处理部6以及驱动部8电连接。控制部7通过驱动部8而实施光源部2的光的射出控制。此外，控制部7与第一扫描镜11、可动冷镜12以及第二扫描镜13电连接。控制部7实施第一扫描镜11、可动冷镜12以及第二扫描镜13的驱动控制。控制部7根据第二图像处理部6的图像信号，来实施镜11～13的驱动控制。此外，控制部7与通过驱动部8而实施的光源部2的光的射出控制同步地实施镜11～13的驱动控制。

控制部7根据第一图像处理部5的视线位置信号，而对是否需要实施图像G的位置调节进行判断。当控制部7判断为，为了置于对驾驶员D而言易于观察的位置而需要实施图像G的位置调节时，实施用于追随驾驶员D的视线位置而使图像G的位置移动的追随运算。控制部7通过根据追随运算的结果而使可动冷镜12驱动，从而对被投影到前挡风玻璃F上的图像G的位置进行调节。此外，控制部7根据第一图像处理部5的视线位置信号而对投射禁止区域进行设定，所述投射禁止区域为，用于使光不直接射入到驾驶员D的眼睛中的区域。

驱动部8根据控制部7的控制信号以及第二图像处理部6的图像信号，来实施光源部2的驱动控制。驱动部8实施与光源部2的射出开始和停止有关的射出控制以及激光的调制控制。驱动部8以使激光不被投射在控制部7所设定的投射禁止区域内的方式而进行控制。

接下来，参照附图对第一实施方式所涉及的HUD装置1的控制的流程进行说明。

如图3所示，首先，在该HUD装置1中，通过驱动部8而从光源部2射出激光L（S1）。此时，当预先设定有投射禁止区域时，驱动部8以使激光不被投射在投射禁止区域内的方式而进行控制。控制部7根据激光L的射出而实施第一扫描镜11以及第二扫描镜13的驱动控制（S2）。由此，激光L被第一扫描镜11扫描，被扫描的激光L中的、被可动冷镜12反射的可见光RGB到达前挡风玻璃F，从而投影出图像（S3）。

另一方面，红外光IR通过第二扫描镜13的驱动而使投射范围被扩大，从而在前挡风玻璃F处被反射之后，以较大范围被投射至驾驶员D。被投射至驾驶员D的红外光IR的一部分在驾驶员D的表面上被反射而到达前挡风玻璃F，进而在前挡风玻璃F处被反射而被CMOS传感器4检测到。第一图像处理部5根据控制部7的发光信号以及CMOS传感器4的摄像信号，而取得驾驶员D的三维图像信息。第一图像处理部5对驾驶员D的视线位置进行检测（S4）。

之后，控制部7根据第一图像处理部5的视线位置信号，而对是否需要调节图像的位置进行判断（S5）。在控制部7判断为不需要调节图像的位置时，结束处理并返回至S1，并继续实施图像G的投影。

当控制部7判断为需要调节图像的位置时，实施用于追随于驾驶员D的视线位置而使图像G的位置移动的追随运算（S6）。控制部7通过根据追随运算的结果而使可动冷镜12驱动，从而对被投影在前挡风玻璃F上的图像G的位置进行调节（S7）。接下来，控制部7根据第一图像处理部5的视线位置信号，而对投射禁止区域进行设定（S8），所述投射禁止区域为，用于使光不直接射入到驾驶员D的眼睛中的区域。之后，结束处理并返回至S1。

接下来，对上述的第一实施方式所涉及的HUD装置1的作用效果进行说明。

根据第一实施方式所涉及的HUD装置1，由于能够利用红外光IR而对驾驶员D进行摄像从而对视线位置进行检测，并根据该视线位置而将图像G的位置调节至易于观察的位置，因此能够实现对于驾驶员D的便利性的提高。而且，通过设定为如下结构，即，从同一个光源部2射出被用于图像显示的可见光RGB、和被用于视线位置的检测的红外光IR的结构，从而与将图像显示用的可见光光源部和视线位置检测用的红外光光源部设置在不同的位置的情况相比，能够实现装置的小型化。

此外，由于在HUD装置1中，射出红外光IR的光源部2中采用激光光源，并通过与白炽光等相比不易受到干扰光的影响的激光而对视线位置进行检测，因此能够抑制视线位置的误检测的发生，从而能够实现视线位置的检测中的可靠性的提高。

而且，根据该HUD装置1，由于红外光IR通过第一扫描镜11和第二扫描镜13而被双重反射，因此能够将红外光IR的投射范围扩大至与第一扫描镜11的可动范围以及第二扫描镜13的可动范围相应的较广范围。由此，由于在该HUD装置1中，能够对驾驶员D进行摄像的范围被大幅扩大，因此还能够对驾驶员的姿势等进行识别，从而能够避免驾驶员的视线位置的误检测的发生。而且，由于在该HUD装置1中，根据驾驶员D的三维图像信息而对驾驶员D的视线位置进行检测，因此与根据二维图像信息而对视线位置进行检测的情况相比，能够获得可靠性更高的检测结果。因此，根据该HUD装置1，能够实现驾驶员D的视线位置的检测中的可靠性的提高。

此外，由于在该HUD装置1中，通过红外光IR而对驾驶员D能够进行摄像的范围被大幅扩大，因此即使将驾驶员的眼睛附近设定为投射禁止区域而禁止红外光IR的投射，也能够根据驾驶员的姿势以及面部的朝向而高精度地对视线位置进行检测。因此，根据该HUD装置1，能够避免由于红外光IR被投射在驾驶员的眼睛中而导致对驾驶员造成不适感的情况。

此外，根据该HUD装置1，由于能够将包括CMOS传感器4在内的结构部件全部收纳于仪表板的内部等，因此有利于车厢内的设计性的提高以及小型化。

[第二实施方式]

如图4所示，第二实施方式所涉及的HUD装置20，与第一实施方式所涉及的HUD装置1相比，光源部以及驱动部的结构和CMOS传感器的位置有所不同。

第二实施方式所涉及的HUD装置20的光源部30具有IR光源31、BL光源32以及RED光源33这三个激光光源。IR光源31为，射出红外光的激光光源。IR光源31与第一驱动部21电连接。从IR光源31射出的红外光通过非线性光学晶体34而被分为红外光IR和绿光GR。

通过非线性光学晶体34而被分出的红外光IR通过热镜35而被朝向第一光调制器37反射。热镜35使红外光IR反射并使绿光GR透射。第一光调制器37为，实施红外光IR的调制以及红外光IR的射出和停止之间的切换的装置。从第一光调制器37射出的红外光IR通过第一全反射镜39而被朝向固定镜10反射。

另一方面，通过非线性光学晶体34而被分出的绿光GR透射过热镜35并通过第二全反射镜36而被朝向第二光调制器38反射。第二光调制器38为，实施绿光GR的调制以及绿光GR的射出和停止之间的切换的装置。从第二光调制器38射出的绿光GR通过第二冷镜40而被朝向固定镜10反射。第二冷镜40被配置在第一全反射镜39和固定镜10之间。通过第一全反射镜39而被反射的红外光IR在透射过第二冷镜40之后与绿光GR合波。即，透射过第二冷镜40的红外光IR和被第二冷镜40反射的绿光GR在同一条光路上行进。

BL光源32为，射出蓝光BL的激光光源。BL光源32与第二驱动部22电连接。从BL光源32出射的蓝光BL通过蓝光用镜41而被朝向固定镜10反射。蓝光用镜41被配置在第二冷镜40和固定镜10之间。蓝光用镜41使蓝光BL反射并且使红外光IR以及绿光GR透射。通过第二蓝光用镜41而被反射的蓝光BL在透射过蓝光用镜41之后与红外光IR以及绿光GR合波。

RED光源33为，射出红光RED的激光光源。RED光源33与第三驱动部23电连接。从RED光源33射出的红光RED通过红光用镜42而被朝向固定镜10反射。红光用镜42被配置在第二冷镜40和固定镜10之间。红光用镜42使红光RED反射并且使红外光IR、蓝光BL以及绿光GR透射。通过红光用镜42而被反射的红光RED在透射过红光用镜42之后与红外光IR、蓝光BL以及绿光GR合波。

在以上述方式构成的光源部30中，使红外光IR和可见光RGB（红光RED、蓝光BL以及绿光GR）合波，从而射出包括红外光IR以及可见光RGB的激光L。激光L的可见光RGB的波长为，通过由第一驱动部21、第二驱动部22以及第三驱动部23而实施的各个光源31～33的控制、以及光调制器37、38中的红外光IR以及绿光GR的射出和停止之间的切换而被决定。例如，在可见光RGB的波长的控制中，当不需要绿光GR的射出时，能够不使IR光源31停止而通过利用第二光调制器38来停止绿光GR的射出，从而在射出了视线检测用的红外光IR的状态下，实现可见光RGB的波长控制。

第二实施方式所涉及的CMOS传感器24被配置在车厢内的后视镜附近。换言之，CMOS传感器24被配置在驾驶员D的前侧且斜上方的位置处。被配置在这种位置处的CMOS传感器24通过对在驾驶员D的表面被反射的红外光IR直接进行检测，从而实施驾驶员D的摄像。

根据上述的第二实施方式所涉及的HUD装置20，除了装置整体未被收纳于仪表板的内部之外，能够获得与第一实施方式所涉及的HUD装置1大致相同的效果。此外，根据该HUD装置20，由于通过非线性光学晶体34而将IR光源31的光分为红外光IR和绿光GR。因此与分别设置红外光用的光源和绿光用的光源的情况相比，能够减少光源的数量。而且，由于在该HUD装置20中，CMOS传感器24直接对在驾驶员D的表面被反射的红外光IR进行检测，因此能够高精度地实施对驾驶员D的摄像，从而能够实现驾驶员D的视线位置的检测中的可靠性的提高。

本发明并不限定于上述的实施方式。

例如，光源部的结构并不限定于上述的结构。光源部所具有的光源并不限定于激光光源，也可以采用LED（Light Emitting Diode：发光二极管）以及提高了指向性的白色灯泡等来作为光源。此外，并非必须取得驾驶员D的三维图像信息、也可以采用如下方式，即，根据二维图像而对驾驶员D的视线位置进行检测。

产业上的可利用性

本发明能够应用于根据使用者的视线位置而对图像的位置进行调节的图像位置调节装置。

符号说明

1、20…HUD装置（图像位置调节装置）；2、30…光源部；3…光学系统；4、24…CMOS传感器；5…第一图像处理部（视线位置检测单元）；6…第二图像处理部；7…控制部；8…驱动部；10…固定镜；11…第一扫描镜（第三可动反射单元）；12…可动冷镜（第一可动反射单元）；13…第二扫描镜（第二可动反射单元）；D…驾驶员（使用者）；F…前挡风玻璃（显示单元）；L…激光GR…绿光；BL…蓝光；RED…红光；RGB…可见光。

Claims

1.一种图像位置调节装置，其特征在于，

具备：

光源部，其射出可见光以及红外光；

第一可动反射单元，其使所述可见光反射，并且使所述红外光透射；

第二可动反射单元，其使透射过所述第一可动反射单元的所述红外光反射；

显示单元，其通过所述第一可动反射单元所反射的所述可见光而显示图像；

视线位置检测单元，其利用将被所述第二可动反射单元反射的所述红外光向使用者反射而得到的反射光，来对所述使用者进行摄像，从而对所述使用者的视线位置进行检测，

所述视线位置检测单元具有取得所述使用者的二维图像信息的摄像元件，且根据所述红外光的发光时刻和所述反射光的受光时刻之间的差而对所述使用者的深度方向上的图像信息进行计算，并根据所述使用者的深度方向上的图像信息和由所述摄像元件所取得的所述使用者的二维图像信息而取得所述使用者的三维图像信息，并根据所述使用者的三维图像信息而对所述使用者的视线位置进行检测，

所述图像位置调节装置根据所述视线位置检测单元所检测出的所述视线位置，而对所述图像的位置进行调节。

2.如权利要求1所述的图像位置调节装置，其特征在于，

所述红外光为激光。

3.如权利要求1或2所述的图像位置调节装置，其特征在于，

所述图像位置调节装置通过根据所述视线位置检测单元所检测出的所述视线位置而对所述第一可动反射单元的反射角度进行变更，从而对所述图像的位置进行调节。

4.如权利要求1或2所述的图像位置调节装置，其特征在于，

还具备第三可动反射单元，所述第三可动反射单元使所述可见光以及所述红外光朝向所述第一可动反射单元反射。