JP4973921B2 - Head-up display device - Google Patents

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Description

本発明は、表示手段から発せられる可視光を回動可能に設けられるコンバイナ部材によっ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。   The present invention relates to a head-up display device in which visible light emitted from a display means is reflected toward a user by a turnable combiner member, and a display image is formed, and in particular, the position of a user's eye. The present invention relates to a structure for accurately calculating.

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。
特開平０８−１５６６４６号公報 特開２００５−１５３７２３号公報 Conventionally, as this type of head-up display device, for example, a device described in Patent Document 1 below is known. In such a head-up display device, a combiner or a reflecting member of the head-up display device can be used for photographing the user by arranging a photographing device for photographing the user on the optical axis of the head-up display device. In addition, the number of dedicated members required for imaging can be reduced, and the user's eye position can be calculated by photographing the user (particularly the user's face) with a simpler configuration. The calculation result of the user's eye position is used not only to adjust the position of the display image disclosed in Patent Document 1, but also to detect the user's line of sight or viewpoint, and to determine the state of the user such as looking aside or falling asleep. Is possible.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-156646 JP 2005-153723 A

ここで、ヘッドアップディスプレイ装置には、コンバイナ部材として回動可能な機構を有する専用の部材を設け、使用時には前記コンバイナ部材を起こして反射面を前記利用者に向け（以下、開いた状態という）、非使用時には前記コンバイナを倒す（以下、閉じた状態という）構成からなる、いわゆるポップアップ式のヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば特許文献２参照）。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、ポップアップ式のヘッドアップディスプレイに適用すると前記コンバイナ部材が閉じた状態では前記利用者を撮像することができないという点で改良の余地があった。   Here, the head-up display device is provided with a dedicated member having a rotatable mechanism as a combiner member, and when used, the combiner member is raised so that the reflecting surface faces the user (hereinafter referred to as an open state). A so-called pop-up type head-up display device is known which has a configuration in which the combiner is tilted when not in use (hereinafter referred to as a closed state) (see, for example, Patent Document 2). However, when the head-up display device described in Patent Document 1 described above is applied to a pop-up type head-up display, there is room for improvement in that the user cannot be imaged when the combiner member is closed. It was.

本発明は、前述した問題点に着目し、ポップアップ式のヘッドアップディスプレイ装置において、コンバイナ部材の開閉に係わらず利用者を撮像可能な構造を有す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。   The present invention focuses on the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a head-up display device having a structure capable of imaging a user regardless of opening and closing of a combiner member in a pop-up type head-up display device.

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回動可能に設けられるコンバイナ部材によっ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、前記利用者の顔部に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記コンバイナ部材が開いた状態である場合は前記利用者を反射した前記赤外線を前記コンバイナ部材を介して感受し、また、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合は前記利用者を反射した前記赤外線を前記コンバイナ部材を介さずに感受して前記利用者の顔部を撮像する撮像手段と、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、を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置である。   In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a head-up display device in which visible light emitted from a display means is reflected toward a user by a combiner member that is rotatably provided to form a display image. Infrared irradiation means for irradiating infrared rays toward the user's face, and when the combiner member is in an open state, the infrared rays reflected by the user are sensed through the combiner member, In addition, when the combiner member is in a closed state, the infrared rays reflected from the user are sensed without passing through the combiner member, and an imaging unit that images the face of the user, and imaging by the imaging unit An image processing means for calculating the position of the user's eye based on the image thus obtained is a head-up display device.

また、前記コンバイナ部材は前記赤外線を透過可能に形成され、前記撮像手段は、開いた状態の前記コンバイナ部材を介して前記利用者と対向する位置に設けられ、前記コンバイナ部材を透過した前記赤外線を感受することを特徴とする。 Further, the combiner member is formed so as to be able to transmit the infrared light, and the imaging means is provided at a position facing the user through the combiner member in an open state, and the infrared light transmitted through the combiner member is transmitted. It is characterized by feeling.

また、前記コンバイナ部材は前記赤外線を反射可能に形成され、前記コンバイナ部材が開いた状態である場合は前記撮像手段を前記コンバイナ部材にて反射される前記赤外線を感受可能な位置に配置し、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合は前記撮像手段を前記赤外線を前記コンバイナ部材を介さずに感受可能な位置に配置する配置調整手段を備えてなることを特徴とする。 Further, the combiner member is formed so as to be able to reflect the infrared rays, and when the combiner member is in an open state, the imaging means is disposed at a position where the infrared rays reflected by the combiner member can be sensed, When the combiner member is in a closed state, the image pickup unit is provided with an arrangement adjusting unit that arranges the infrared ray at a position where the infrared ray can be sensed without going through the combiner member.

また、前記赤外線照射手段は、前記撮像手段とともに前記配置調整手段によって移動可能に配設され、前記コンバイナ部材が開いた状態である場合は前記コンバイナ部材を介して前記赤外線を前記利用者に照射し、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合は前記コンバイナ部材を介さずに前記赤外線を前記利用者に照射してなることを特徴とする。 The infrared irradiation means is arranged to be movable by the arrangement adjusting means together with the imaging means, and when the combiner member is in an open state, the infrared ray is irradiated to the user via the combiner member. When the combiner member is in a closed state, the user is irradiated with the infrared light without passing through the combiner member.

また、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合に前記赤外線照射手段の前方に位置するように配設され、前記赤外線照射手段から発せられる前記赤外線を拡大させるレンズ部材を備えてなることを特徴とする。 In addition, when the combiner member is in a closed state, the combiner member is disposed so as to be positioned in front of the infrared irradiation unit, and includes a lens member that expands the infrared ray emitted from the infrared irradiation unit. To do.

また、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合に前記撮像手段の前方に位置するように配設され、前記利用者を反射した前記赤外線を前記撮像手段に向けて集光させるレンズ部材を備えてなることを特徴とする。 In addition, a lens member is provided so as to be positioned in front of the imaging unit when the combiner member is in a closed state, and condenses the infrared rays reflected from the user toward the imaging unit. It is characterized by becoming.

また、前記撮像手段は、それぞれ異なる方向から前記利用者を撮像するべく複数設けられてなることを特徴とする。 In addition, a plurality of the image pickup means are provided so as to pick up the user from different directions.

また、前記赤外線照射手段は、前記各撮像手段の間に位置するように配置させることを特徴とする。 Further, the infrared irradiation means is arranged so as to be positioned between the imaging means.

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。 Further, a light shielding member is disposed between the infrared irradiation unit and each imaging unit.

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。 The combiner member may be a concave mirror disposed on a dashboard of the vehicle.

本発明は、表示手段から発せられる可視光を回動可能に設けられる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、前記コンバイナ部材の開閉に係わらず利用者を撮像可能な構造を有する。   The present invention relates to a head-up display device in which visible light emitted from a display means is reflected toward a user by a combiner member rotatably provided to form a display image, and the combiner member can be opened and closed. Regardless, it has a structure that can image the user.

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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

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。   Hereinafter, a head-up display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

本発明の第一の実施形態たるヘッドアップディスプレイ装置は、図１〜４に示すように、ハウジング１と、表示手段２と、平面ミラー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。   As shown in FIGS. 1 to 4, the head-up display device according to the first embodiment of the present invention includes a housing 1, a display unit 2, a plane mirror 3, a concave mirror (combiner member) 4, and an infrared irradiation unit 5. The first imaging unit 6, the second imaging unit 7, and the image processing unit 8 are mainly configured.

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に示すように凹面鏡４が開いた状態においては、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１が凹面鏡４を介して（透過して）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を介して（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。また、ヘッドアップディスプレイ装置は、図３に示すように凹面鏡４が閉じた状態においては、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１が凹面鏡４を介さずに直接運転者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を介さずに直接第一，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凹面鏡４の開閉に係わらず運転者Ｄの撮像を行うことができる。 As shown in FIG. 1, such a head-up display device is configured such that display light (visible light) L emitted from the display means 2 is reflected by a concave mirror 4 and directed toward a driver (user) D so A virtual image (display image) V is formed so as to be located on the shield W side. Further, in such a head-up display device, when the concave mirror 4 is opened as shown in FIG. 2, the infrared ray R <b> 1 emitted from the infrared irradiation means 5 is directed (transmitted) to the driver D through the concave mirror 4. Further, the infrared ray R2 reflected from the driver D is irradiated (transmitted) through the concave mirror 4 to the first and second imaging means 6 and 7, so that the driver D (particularly the face) is imaged. It is what is done. Further, in the head-up display device, in the state where the concave mirror 4 is closed as shown in FIG. 3, the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 is directed directly to the driver D without passing through the concave mirror 4, and the driver The driver D (particularly the face) is imaged by directly irradiating the first and second imaging means 6 and 7 with the infrared ray R2 reflected from D without passing through the concave mirror 4. Therefore, the image of the driver D can be taken regardless of whether the concave mirror 4 of the head-up display device is opened or closed.

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。   The housing 1 is made of a light-shielding synthetic resin material, and is provided with an opening 1a that opens an upper portion (windshield W side) where the concave mirror 4 is disposed.

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。   The display means 2 is disposed in the housing 1 and includes a visible light LED 2a, a lens array 2b, a wiring board 2c, a heat dissipation member 2d, and a liquid crystal display element 2e.

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。   As the visible light LED 2a, for example, a chip LED can be applied and mounted on the surface of the wiring substrate 2c on the lens array 2b side. The visible LED 2a has a narrow directivity (20 to 30 degrees in the present embodiment), and is provided at a position corresponding to the spherical surface of the lens array 2b. In this case, two visible light LEDs 2a that emit white light are used.

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。   The lens array 2 b is made of a translucent synthetic resin material (for example, acrylic) and is provided in the housing 1. The lens array 2b is formed with a plurality of similarly convex spherical surfaces (convex portions) corresponding to each visible light LED 2a, and refracts the illumination light from the visible light LED 2a by this spherical surface to become a member to be illuminated. The visible light L without unevenness can be irradiated to the liquid crystal display element 2e.

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。   The wiring substrate 2c is preferably an aluminum substrate having high thermal conductivity, and is provided on the rear side of the liquid crystal display element 2e in the housing 1 so as to be parallel to the lens array 2b at a predetermined interval. The wiring board 2c mounts at least an electronic component such as the visible light LED 2a, and is provided with wiring for supplying power to the electronic component. Note that the predetermined interval differs depending on the directivity of the visible light LED 2a and the spherical shape of the lens array 2b, and is selected such that there is no luminance unevenness.

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。   The heat radiating member 2d is preferably a metal material having high thermal conductivity, and is disposed so as to be in contact with the wiring board 2c and partially exposed from the housing 1. The heat dissipation member 2d has a function of releasing heat generated by driving the visible light LED 2a to the outside.

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として平面ミラー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。   The liquid crystal display element 2e is configured such that a color filter having a red layer, a green layer, and a blue layer provided according to display pixels is disposed on the front surface of a liquid crystal cell in which liquid crystal is sealed in a pair of translucent substrates. . A polarizing film (polarizing member) is attached to the front and rear surfaces of the liquid crystal display element 2e. The liquid crystal display element 2e is provided in the housing 1, and is provided at a position where illumination light from the visible light LED 2a provided behind the liquid crystal display element 2e reaches via the lens array 2b. The illumination light transmitted through the liquid crystal display element 2e is emitted to the flat mirror 3 as display light L. The liquid crystal display element 2e includes, for example, an arithmetic circuit (not shown) that measures vehicle speed and engine speed based on output signals from a vehicle speed sensor and an engine rotation sensor provided in the vehicle, and liquid crystal that drives liquid crystal based on the calculation result Measurement values of the vehicle speed and the engine speed can be expressed as numerical values by a drive circuit (not shown). The liquid crystal display element 2e is a TFT type in the present embodiment, and full color display is possible.

平面ミラー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多層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。平面ミラー３の前記多層膜は、赤外線を透過し、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、平面ミラー３によって凹面鏡４に向かって反射される。   The flat mirror 3 is composed of a glass substrate and a multilayer film formed by vapor deposition on the glass substrate surface, and is provided at a predetermined angle with respect to the optical axis of the visible light LED 2a. The multilayer film of the plane mirror 3 has characteristics of transmitting infrared light and reflecting visible light and ultraviolet light. In other words, the display light L transmitted through the liquid crystal display element 2 e is reflected by the plane mirror 3 toward the concave mirror 4.

凹面鏡４は、少なくとも赤外線を透過し可視光を反射するように多層膜が形成されるものであり、ハウジング１内で開口部１ａに対応して設けられる。凹面鏡４は、液晶表示素子２ｅ及び平面ミラー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にて回動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、ヘッドアップディスプレイ装置を使用に応じて凹面鏡４を開閉することができる。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、開いた状態において赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１及び利用者Ｄによって反射された赤外線Ｒ２を透過する。   The concave mirror 4 is formed with a multilayer film so as to transmit at least infrared rays and reflect visible light, and is provided in the housing 1 corresponding to the opening 1a. The concave mirror 4 reflects the display light L projected through the liquid crystal display element 2e and the flat mirror 3 to the driver D side, and a motor (not shown) is provided so that the driver D can easily see the display light L. It is provided so as to be rotatable by an angle adjusting means 4a constituted by a gear or the like. The imaging position of the virtual image V can be adjusted by rotating the concave mirror 4 with the angle adjusting means 4a. Moreover, the concave mirror 4 can be opened and closed according to the use of the head-up display device. The concave mirror 4 is formed of a reflective surface having a predetermined curvature in order to enlarge and display the display light L. In addition, the concave mirror 4 transmits the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 and the infrared ray R2 reflected by the user D in the opened state.

赤外線照射手段５は、運転者Ｄに向けて赤外線Ｒ１を照射するものであり、開いた状態の凹面鏡４を介して運転者Ｄと対向するようにハウジング１内に窓部１ｂと対応するように配設される。赤外線照射手段５は、図４に示すように、赤外線を発する赤外線ＬＥＤ５ａと、回路基板５ｂと、放熱部材５ｃと、を有する。赤外線ＬＥＤ５ａから発せられる赤外線は凸レンズ９によって配光が制御され、運転者Ｄに向けて出射される。なお、回路基板５ｂ及び放熱部材５ｃ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。   The infrared irradiating means 5 irradiates the driver D with the infrared ray R1 and corresponds to the window 1b in the housing 1 so as to face the driver D through the opened concave mirror 4. Arranged. As shown in FIG. 4, the infrared irradiation means 5 includes an infrared LED 5a that emits infrared rays, a circuit board 5b, and a heat dissipation member 5c. The infrared rays emitted from the infrared LED 5a are controlled by the convex lens 9 and emitted toward the driver D. The circuit board 5b and the heat radiating member 5c are made of a metal material having high thermal conductivity in order to release the heat generated by driving the infrared LED 5a to the outside.

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、開いた状態の凹面鏡４を介して運転者Ｄ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内に窓部１ｂに対応するように配設される。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。また、第一，第二の撮像手段６，７に対向して凸レンズ９が配設されているため、入射される赤外線Ｒ２が第一，第二の撮像手段６，７に向けて集光され、第一，第二の撮像手段６，７による撮像範囲を拡大することが可能となっている。なお、凸レンズ９は、赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７それぞれに対応して別体に設けられるものであってもよい。   The first and second imaging means 6 and 7 are composed of a CCD camera or the like that senses infrared rays and captures an image (in this embodiment, a face image of the driver D), and the concave mirror 4 in an open state. And is disposed in the housing 1 so as to correspond to the window portion 1b so as to face the driver D through and surround the infrared irradiation means 5. By disposing the infrared irradiation means 5 so as to be positioned between the first and second imaging means 6 and 7, the distance between the first and second imaging means 6 and 7 can be increased, The detection accuracy of the eye position of the driver D, which will be described later, can be improved. Further, since the convex lens 9 is disposed facing the first and second imaging means 6 and 7, the incident infrared ray R2 is condensed toward the first and second imaging means 6 and 7. The imaging range by the first and second imaging means 6 and 7 can be expanded. The convex lens 9 may be provided separately corresponding to each of the infrared irradiation unit 5 and the first and second imaging units 6 and 7.

また、図４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１０が配設されている。遮光部材１０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は凸レンズ９と当接するように配置され、凸レンズ９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１０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。   Further, as shown in FIG. 4, a light shielding member 10 is disposed between the infrared irradiation means 5 and the first and second imaging means 6 and 7. The light shielding member 10 is made of, for example, a cylindrical metal material, and shields the infrared ray R1 so that the infrared ray R1 emitted from the infrared LED is not directly perceived by the first and second imaging means 6 and 7. is there. For this reason, the light shielding member 9 is disposed so as to contact the convex lens 9 and no gap is formed between the light shielding member 9 and the convex lens 9. By providing the light shielding member 10, it is possible to prevent the infrared LED 5 a from being directly imaged by the first and second imaging means 6 and 7, and the infrared irradiation means 5 is housed in the housing 1 to be specially attached. Thus, the driver D can be imaged satisfactorily while having a simple configuration that does not require.

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。   The image processing means 8 is disposed in the housing 1 and is electrically connected to the first and second imaging means 6 and 7. The image processing unit 8 receives the face image of the driver D captured in different directions from the first and second imaging units 6 and 7, and determines the position of the eye of the driver D from the plurality of face images. calculate. Thus, by calculating the eye position of the driver D based on face images from a plurality of different angles, it is possible to calculate the eye position with high accuracy even for the front-rear position of the vehicle. The calculation result of the eye position of the driver D is transmitted to a control means (not shown). The control means has a function of automatically adjusting the virtual image V so that the driver D can visually recognize it well by driving the angle adjusting means 4a based on the calculation result. The function using the calculation result of the eye position is not limited to the adjustment of the imaging position of the virtual image V described above.

以上のように、本発明の第一の実施形態たるヘッドアップディスプレイ装置は、赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７を開いた状態の凹面鏡４を介して運転者Ｄと対向する位置に配置し、さらに、凹面鏡４を赤外線を透過可能に形成することによって、凹面鏡４の開閉に係わらず、運転者Ｄの撮像が可能な構造を得ているものである。   As described above, the head-up display device according to the first embodiment of the present invention is connected to the driver D via the concave mirror 4 with the infrared irradiation means 5 and the first and second imaging means 6 and 7 open. By disposing the concave mirror 4 so as to be able to transmit infrared rays, it is possible to capture the image of the driver D regardless of whether the concave mirror 4 is opened or closed.

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、前述の第一の実施形態と同一または相当個所には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part same as the above-mentioned 1st embodiment, or an equivalent part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

本発明の第二の実施形態たるヘッドアップディスプレイ装置は、図５〜７に示すように、ハウジング１と、表示手段２と、平面ミラー１１と、凹面鏡（コンバイナ部材）１２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、配置調整手段１３と、によって主に構成されている。   As shown in FIGS. 5 to 7, the head-up display device according to the second embodiment of the present invention includes a housing 1, a display unit 2, a plane mirror 11, a concave mirror (combiner member) 12, and an infrared irradiation unit 5. The first imaging unit 6, the second imaging unit 7, the image processing unit 8, and the arrangement adjustment unit 13 are mainly configured.

かかるヘッドアップディスプレイ装置は、図５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が平面ミラー１１及び凹面鏡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６に示すように凹面鏡１２が開いた状態においては、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１が平面ミラー１１及び凹面鏡１２を介して（反射して）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１２及び平面ミラー１１を介して（反射して）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。また、ヘッドアップディスプレイ装置は、図７に示すように凹面鏡１２が閉じた状態においては、配置調整手段１３によって赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７の配置位置が移動されることによって、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１が凹面鏡１２を介さずに直接運転者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１２を介さずに直接第一，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凹面鏡１２の開閉に係わらず運転者Ｄの撮像を行うことができる。   In such a head-up display device, as shown in FIG. 5, the display light (visible light) L emitted from the display means 2 is reflected by the plane mirror 11 and the concave mirror 4 and directed to the driver (user) D. A virtual image (display image) V is formed so as to be positioned in front of the vehicle (wind shield W side). Further, in the head-up display device, as shown in FIG. 6, in the state where the concave mirror 12 is opened, the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 is reflected (reflected) through the plane mirror 11 and the concave mirror 12. Infrared ray R2 directed to D and reflected from driver D is applied to (reflects) first and second imaging means 6 and 7 through concave mirror 12 and plane mirror 11 to cause driver D. (Especially the face) is imaged. Further, in the head-up display device, when the concave mirror 12 is closed as shown in FIG. 7, the arrangement position of the infrared irradiation means 5 and the first and second imaging means 6 and 7 is moved by the arrangement adjusting means 13. Thus, the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 is directed directly to the driver D without passing through the concave mirror 12, and the infrared ray R2 reflected from the driver D is directly passed through the concave mirror 12 directly to the first and the second. The driver D (particularly the face) is imaged by irradiating the second imaging means 6 and 7. Therefore, the image of the driver D can be taken regardless of whether the concave mirror 12 of the head-up display device is opened or closed.

平面ミラー１１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多層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。平面ミラー１１の前記多層膜は、赤外線のうち少なくとも赤外線照射手段５から発せられ第一，第二の撮像手段６，７で感受される波長，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及び赤外線照射手段５から発せられた赤外線Ｒ１は、平面ミラー３によって凹面鏡１２に向かって反射され、凹面鏡１２によって反射される赤外線Ｒ２は第一，第二の撮像手段６，７に向かって反射される。 The flat mirror 11 is composed of a glass substrate and a multilayer film formed on the glass substrate surface by vapor deposition, and is provided at a predetermined angle with respect to the optical axis of the visible light LED 2a. The multilayer film of the plane mirror 11 has a characteristic of reflecting wavelengths, visible rays, and ultraviolet rays emitted from at least the infrared irradiation means 5 of infrared rays and sensed by the first and second imaging means 6 and 7. . That is, the display light L transmitted through the liquid crystal display element 2e and the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 are reflected by the plane mirror 3 toward the concave mirror 12, and the infrared ray R2 reflected by the concave mirror 12 is first and second. Reflected toward the second imaging means 6, 7.

凹面鏡１２は、少なくとも赤外線及び可視光を反射するように多層膜が形成されるものであり、ハウジング１内で開口部１ａに対応して設けられる。凹面鏡１２は、液晶表示素子２ｅ及び平面ミラー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１２ａにて回動可能に設けられている。角度調整手段１２ａにて凹面鏡１２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、ヘッドアップディスプレイ装置を使用に応じて凹面鏡１２を開閉することができる。また、凹面鏡１２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１２は、開いた状態において赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１及び利用者Ｄによって反射された赤外線Ｒ２を平面ミラー１１に向けて反射する。   The concave mirror 12 is formed with a multilayer film so as to reflect at least infrared rays and visible light, and is provided in the housing 1 corresponding to the opening 1a. The concave mirror 12 reflects the display light L projected through the liquid crystal display element 2e and the flat mirror 3 to the driver D side, and a motor (not shown) is provided so that the driver D can easily see the display light L. It is provided so as to be rotatable by an angle adjusting means 12a composed of a gear or the like. The imaging position of the virtual image V can be adjusted by rotating the concave mirror 12 with the angle adjusting means 12a. Moreover, the concave mirror 12 can be opened and closed according to the use of the head-up display device. The concave mirror 12 is formed of a reflective surface having a predetermined curvature in order to display the display light L in an enlarged manner. The concave mirror 12 reflects the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 and the infrared ray R2 reflected by the user D toward the plane mirror 11 in the open state.

配置調整手段１３は、複数の回転軸及びアーム部を有するとともに赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７が配設されるものであり、凹面鏡１２と機械的に接続され凹面鏡１２の開閉動作に連動して赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７を移動させ、その配置位置を調整可能とするものである。すなわち、配置調整手段１３は、凹面鏡１２が開いた状態である場合には、赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７を平面ミラー１１と対向する位置に配置することで、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１を平面ミラー１１及び凹面鏡１２を介して（反射して）運転者Ｄに照射可能とし、また、運転者Ｄによって反射される赤外線Ｒ２を凹面鏡１２及び平面ミラー１１を介して（反射して）第一，第二の撮像手段６，７に照射可能としている。また、配置調整手段１３は、凹面鏡１２が閉じた状態である場合には、赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７をハウジング１に設けられる窓部１ｂに対応するとともに運転者Ｄと対向する位置に配置することで、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１を平面ミラー１１及び凹面鏡１２を介さずに運転者Ｄに照射可能とし、また、運転者Ｄによって反射される赤外線Ｒ２を凹面鏡１２及び平面ミラー１１を介さずに第一，第二の撮像手段６，７に照射可能としている。   The arrangement adjusting means 13 has a plurality of rotating shafts and arm portions, and is provided with the infrared irradiation means 5 and the first and second imaging means 6 and 7, and is mechanically connected to the concave mirror 12 and is connected to the concave mirror. The infrared irradiating means 5 and the first and second imaging means 6 and 7 are moved in conjunction with the opening / closing operation of 12, and the arrangement position thereof can be adjusted. That is, when the concave mirror 12 is in an open state, the arrangement adjusting unit 13 arranges the infrared irradiation unit 5 and the first and second imaging units 6 and 7 at positions facing the plane mirror 11. Infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 can be irradiated to the driver D via the plane mirror 11 and the concave mirror 12 (reflected), and the infrared ray R2 reflected by the driver D can be irradiated to the concave mirror 12 and the plane mirror 11. It is possible to irradiate the first and second imaging means 6 and 7 via (reflect). Further, when the concave mirror 12 is in the closed state, the arrangement adjusting unit 13 corresponds to the infrared irradiation unit 5 and the first and second imaging units 6 and 7 corresponding to the window 1b provided in the housing 1 and is operated. By disposing at a position facing the driver D, the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 can be irradiated to the driver D without passing through the plane mirror 11 and the concave mirror 12, and the infrared ray reflected by the driver D is also reflected. R2 can be irradiated to the first and second imaging means 6 and 7 without passing through the concave mirror 12 and the plane mirror 11.

また、ハウジング１内には、凹面鏡１２が閉じた状態において赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７の前方に位置するように凸レンズ９が固定配設されている。凹面鏡１２が閉じた状態における凸レンズ９と赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７との位置関係については図４に図示される通りである。凸レンズ９を凹面鏡１２が閉じた状態の赤外線照射手段５及び第一，第二の撮像手段６，７の配置位置に対応して配設することによって、凹面鏡１２を介さない場合であっても、赤外線照射手段５から発せられる赤外線Ｒ１を拡大し、また、運転者Ｄから反射される赤外線Ｒ２を第一，第二の撮像手段６，７に向けて集光することができるため、凹面鏡１２の開閉によって撮像可能範囲が極端に異なることを抑制することができ、運転者Ｄの撮像に関する機能性を向上させることが可能となる。   A convex lens 9 is fixedly disposed in the housing 1 so as to be positioned in front of the infrared irradiation means 5 and the first and second imaging means 6 and 7 in a state where the concave mirror 12 is closed. The positional relationship between the convex lens 9, the infrared irradiation means 5, and the first and second imaging means 6 and 7 in a state where the concave mirror 12 is closed is as shown in FIG. Even if the concave lens 12 is not interposed by disposing the convex lens 9 corresponding to the arrangement positions of the infrared irradiation means 5 and the first and second imaging means 6 and 7 with the concave mirror 12 closed, Since the infrared ray R1 emitted from the infrared irradiation means 5 can be enlarged and the infrared ray R2 reflected from the driver D can be condensed toward the first and second imaging means 6 and 7, the concave mirror 12 It is possible to prevent the imageable range from being extremely different by opening and closing, and it is possible to improve the functionality related to the imaging of the driver D.

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。   The present invention relates to a structure for accurately calculating the position of the user's eyes, and the calculation result of the position of the user's eyes includes not only the position adjustment of the display image of the present embodiment but also the user's line of sight or It can be used to determine the user's state such as detection of a viewpoint, looking aside or falling asleep.

本発明の第一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。1 is an overview diagram of a head-up display device according to a first embodiment of the present invention. 同上ヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。It is a general-view figure of a head up display device same as the above. 同上ヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。It is a general-view figure of a head up display device same as the above. 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。It is a figure which shows the infrared irradiation means and 1st, 2nd imaging means of a head-up display apparatus same as the above. 本発明の第二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。It is a general-view figure of the head-up display apparatus which is 2nd embodiment of this invention. 同上ヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。It is a general-view figure of a head up display device same as the above. 同上ヘッドアップディスプレイ装置の概観図である。It is a general-view figure of a head up display device same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

１ ハウジング
２ 表示手段
３，１１ 平面ミラー
４，１２ 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 凸レンズ（レンズ部材）
１０ 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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Display means 3,11 Plane mirror 4,12 Concave mirror (combiner member)
5 Infrared irradiation means 6 First imaging means 7 Second imaging means 8 Image processing means 9 Convex lens (lens member)
10 Shading member D Driver (user)
L Display light (visible light)
R1 infrared R2 infrared V virtual image (display image)
W Windshield

Claims (10)

表示手段から発せられる可視光を回動可能に設けられるコンバイナ部材によっ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、
前記利用者の顔部に向けて赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記コンバイナ部材が開いた状態である場合は前記利用者を反射した前記赤外線を前記コンバイナ部材を介して感受し、また、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合は前記利用者を反射した前記赤外線を前記コンバイナ部材を介さずに感受して前記利用者の顔部を撮像する撮像手段と、
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、
を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device in which visible light emitted from a display means is reflected toward a user by a combiner member provided rotatably, and a display image is formed.
Infrared irradiation means for irradiating infrared rays toward the user's face;
When the combiner member is in an open state, the infrared light reflected by the user is sensed through the combiner member, and when the combiner member is in a closed state, the infrared light reflected by the user is received. Imaging means for sensing the user's face without sensing through the combiner member;
Image processing means for calculating the position of the user's eye based on the image picked up by the image pickup means;
A head-up display device comprising: 前記コンバイナ部材は前記赤外線を透過可能に形成され、
前記撮像手段は、開いた状態の前記コンバイナ部材を介して前記利用者と対向する位置に設けられ、前記コンバイナ部材を透過した前記赤外線を感受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。 The combiner member is formed to transmit the infrared light,
2. The head-up according to claim 1, wherein the imaging unit is provided at a position facing the user via the combiner member in an open state, and senses the infrared light transmitted through the combiner member. Display device. 前記コンバイナ部材は前記赤外線を反射可能に形成され、
前記コンバイナ部材が開いた状態である場合は前記撮像手段を前記コンバイナ部材にて反射される前記赤外線を感受可能な位置に配置し、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合は前記撮像手段を前記赤外線を前記コンバイナ部材を介さずに感受可能な位置に配置する配置調整手段を備え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。 The combiner member is formed to reflect the infrared rays,
When the combiner member is in an open state, the imaging means is disposed at a position where the infrared rays reflected by the combiner member can be sensed. When the combiner member is in a closed state, the imaging means is The head-up display device according to claim 1, further comprising an arrangement adjusting unit that arranges infrared rays at a position where the infrared rays can be sensed without using the combiner member. 前記赤外線照射手段は、前記撮像手段とともに前記配置調整手段によって移動可能に配設され、前記コンバイナ部材が開いた状態である場合は前記コンバイナ部材を介して前記赤外線を前記利用者に照射し、前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合は前記コンバイナ部材を介さずに前記赤外線を前記利用者に照射し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。 The infrared irradiation means is arranged so as to be movable by the arrangement adjusting means together with the imaging means, and when the combiner member is in an open state, the infrared ray is irradiated to the user via the combiner member, The head-up display device according to claim 3, wherein when the combiner member is in a closed state, the user is irradiated with the infrared light without going through the combiner member. 前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合に前記赤外線照射手段の前方に位置するように配設され、前記赤外線照射手段から発せられる前記赤外線を拡大させるレンズ部材を備えてなることを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 A lens member is provided so as to be positioned in front of the infrared irradiation means when the combiner member is in a closed state, and expands the infrared rays emitted from the infrared irradiation means. Item 5. The head-up display device according to Item 4. 前記コンバイナ部材が閉じた状態である場合に前記撮像手段の前方に位置するように配設され、前記利用者を反射した前記赤外線を前記撮像手段に向けて集光させるレンズ部材を備えてなることを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 When the combiner member is in a closed state, a lens member is provided so as to be positioned in front of the imaging unit and collects the infrared rays reflected from the user toward the imaging unit. The head-up display device according to claim 4. 前記撮像手段は、それぞれ異なる方向から前記利用者を撮像するべく複数設けら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。 The head-up display device according to claim 1, wherein a plurality of the imaging units are provided so as to capture the user from different directions. 前記赤外線照射手段は、前記各撮像手段の間に位置するように配置させることを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 7, wherein the infrared irradiation unit is disposed so as to be positioned between the imaging units. 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８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 9. The head-up display device according to claim 8, wherein a light shielding member is disposed between the infrared irradiation unit and each of the imaging units. 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。 The head-up display device according to claim 1, wherein the combiner member is a concave mirror disposed on a dashboard of a vehicle.
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