DE112017004616T5

DE112017004616T5 - Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE112017004616T5
Application number: DE112017004616.5T
Authority: DE
Inventors: Ken'ichi Kasazumi; Kosuke Kubota; Masahito OGATA; Toshiya Mori
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: PANASONIC AUTOMOTIVE SYSTEMS CO., LTD., YOKOHA, JP
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-07-18
Also published as: US20190196187A1; JP2018045103A; US11125994B2; JP6569999B2; WO2018051912A1

Abstract

Eine Anzeigevorrichtung, die ein virtuelles Bild mit einer Form anzeigt, die bei der Betrachtung durch einen Benutzer einem zu überlagerndem Objekt folgt, ist geschaffen. Ein optisches System, das in der Anzeigevorrichtung enthalten ist und ein virtuelles Bild anzeigt, das dreidimensional ist, enthält einen Laser, der Laserlicht emittiert, einen MEMS-Abtaster, der mit dem Laserlicht eine Abtastung durchführt, einen Bildschirm, der auf einer Oberfläche des Bildschirms ein Bild ausbildet, indem der MEMS-Abtaster die Oberfläche mit dem Laserlicht abtastet, eine Projektionseinheit, die ein virtuelles Bild erzeugt, indem das ausgebildete Bild auf ein Anzeigemedium projiziert wird, und eine Antriebseinheit, die den mit dem Laserlicht abgetasteten Bildschirm in einem vorgegebenen Abschnitt entlang eines optischen Wegs des optischen Systems in einem vorgegebenen Zyklus hin- und herbewegt. Der MEMS-Abtaster ändert eine vertikale Bewegungsgeschwindigkeit einer Abtastlinie entsprechend einer Form eines Objekts, das in einem Hintergrund enthalten ist und mit dem virtuellen Bild überlagert wird, während die Abtastung mit dem Laserlicht in einem Abtastzyklus durchgeführt wird, der mit einem Zyklus der Hin- und Herbewegung synchronisiert ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung.
Technischer Hintergrund
Ein Head-up-Display (nachfolgend auch als HUD abgekürzt) ist als eine Anzeigevorrichtung bekannt. Das HUD projiziert ein Bild auf ein lichtdurchlässiges Anzeigemedium und präsentiert dieses Bild einem Benutzer, während dieses Bild einem Objekt überlagert wird, das durch das Anzeigemedium gesehen werden kann. Damit kann sogenannte erweiterte Realität (Augmented Reality, AR) realisiert werden.
Einige Fahrzeug-HUDs präsentieren einem Fahrer Fahrassistenzinformationen oder andere Informationen als ein virtuelles Bild, das sich vor einer Windschutzscheibe befindet und betrachtet wird, während es einer tatsächlichen Szene überlagert ist.
Ein in PTL 1 beschriebenes HUD bewegt einen Bildschirm, der zum Ausbilden eines Bilds mit Licht abgetastet wird, entlang einer Richtung einer optischen Achse, um eine Anzeigeposition eines virtuellen Bilds zu ändern (die Anzeigeposition ist eine Position eines von einem Fahrer wahrgenommenen virtuellen Bilds - im Folgenden wird ein Abstand zu dieser Position als „Anzeigeabstand“ bezeichnet). Ein in PTL 2 beschriebenes HUD verwendet die Perspektive, um einem virtuellen Bild, das einem Fahrer präsentiert werden soll, einen Tiefeneindruck zu verleihen.
Liste der Anführungen
Patentliteratur

PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentoffenlegung Nr. 2009-150947
PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentoffenlegung Nr. 2010-221830

Zusammenfassung der Erfindung
Mit dem in PTL 1 oder PTL 2 beschriebenen HUD ist es jedoch schwierig, ein virtuelles Bild mit einem kontinuierlichen Tiefeneindruck und weiterhin ein virtuelles Bild, das einen Höhenunterschied darstellt, beispielsweise ein virtuelles Bild einer Grafik mit einer Form, die Wellungen einer Straßenoberfläche folgt, anzuzeigen.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Anzeigevorrichtung zur Darstellung eines virtuellen Bilds mit einer Form, die einem zu überlagernden Objekt folgt, wenn es von einem Benutzer einschließlich eines Fahrers betrachtet wird.
Eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Anzeigevorrichtung mit einem optischen System zum Anzeigen eines virtuellen Bilds, das dreidimensional ist, mit Hilfe eines Anzeigemediums, das durchsichtig ist. Das optische System enthält einen Laser, einen MEMS-Abtaster (Micro Electro Mechanical System Scanner), einen Bildschirm, eine Projektionseinheit und eine Antriebseinheit. Der Laser emittiert Laserlicht. Der MEMS-Abtaster empfängt und reflektiert das Laserlicht und führt mit dem reflektierten Laserlicht eine Abtastung durch. Der MEMS-Abtaster tastet den Bildschirm mit dem Laserlicht ab, um auf einer Oberfläche des Bildschirms ein Bild auszubilden. Die Projektionseinheit projiziert das Bild, das auf der Oberfläche des Bildschirms ausgebildet wird, auf das Anzeigemedium, um ein virtuelles Bild zu erzeugen, das von einem Benutzer wahrgenommen wird. Die Antriebseinheit bewegt den mit dem Laserlicht abgetasteten Bildschirm in einem vorgegebenen Abschnitt entlang eines optischen Wegs des optischen Systems in einem vorgegebenen Zyklus hin und her. Der MEMS-Abtaster führt die Abtastung mit dem Laserlicht durch wiederholte Rasterabtastung des Bildschirms mit dem Laserlicht in einem Abtastzyklus durch, der mit dem oben erwähnten vorgegebenen Zyklus synchronisiert ist. Bei der Rasterabtastung wird eine vertikale Bewegungsgeschwindigkeit einer Abtastlinie entsprechend einer Form eines Objekts geändert, das in einem Hintergrund enthalten ist und bei der Betrachtung durch den Benutzer mit dem virtuellen Bild überlagert wird.
Es ist anzumerken, dass diese umfassenden, speziellen Aspekte durch ein System, ein Verfahren, einen integrierten Schaltkreis, ein Computerprogramm oder einen computerlesbaren Aufzeichnungsdatenträger wie etwa ein Compact Disc Read-Only Memory (CD-ROM) oder durch eine Kombination des Systems, des Verfahrens, des integrierten Schaltkreises, des Computerprogramms und des Aufzeichnungsdatenträgers umgesetzt sein können.
Die Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein virtuelles Bild mit einer Form anzeigen, die bei der Betrachtung durch einen Benutzer einem zu überlagernden Objekt folgt.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht eines Gebrauchsbeispiels einer Anzeigevorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
2 ist eine Ansicht eines Beispiels eines Bereichs, in welchen die Anzeigevorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform ein Bild projiziert.
3 ist eine Ansicht eines Beispiels der Überlagerung eines virtuellen Bilds, das durch die Anzeigevorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform erzeugt wird, auf einer Szene vor einem Fahrzeug.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Anordnung der Anzeigevorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform darstellt.
5 ist eine Ansicht zur Beschreibung einer Szene, bei der die Anzeigevorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform einen anderen Anzeigemodus des virtuellen Bilds umsetzt.
6A ist eine Ansicht eines Beispiels des Aussehens eines virtuellen Bilds mit einer Form, die nicht einem zu überlagernden Hintergrundobjekt folgt.
6B ist eine Ansicht eines Beispiels des Aussehens eines virtuellen Bilds mit einer Form, die dem zu überlagernden Hintergrundobjekt folgt.
7A ist ein Diagramm eines Beispiels einer Aktion eines Abtasters und einer Aktion eines Bildschirms, die in einem synchronisierten Zyklus durchgeführt werden.
7B ist ein Diagramm eines anderen Beispiels der Aktion des Abtasters und der Aktion des Bildschirms, die in dem synchronisierten Zyklus durchgeführt werden.
8A ist eine Ansicht eines Beispiels einer vertikalen Bewegungsbahn einer Abtastlinie, wenn das virtuelle Bild mit der Form, die nicht dem zu überlagernden Hintergrundobjekt folgt, angezeigt wird.
8B ist eine Ansicht eines Beispiels der vertikalen Bewegungsbahn der Abtastlinie, wenn das virtuelle Bild mit der Form, die dem zu überlagernden Hintergrundobjekt folgt, angezeigt wird.

Beschreibung der Ausführungsform
(Der vorliegenden Erfindung zugrundeliegendes Wissen)
Die Erfinder der vorliegenden Anwendung haben festgestellt, dass die folgenden Probleme bei den Anzeigevorrichtungen auftreten, die in dem Abschnitt „Technischer Hintergrund“ beschrieben sind.
Um einem Benutzer virtuelle Bilder zu präsentieren, deren Anzeigeabstand zeitlich oder räumlich variiert, verwendet die in PTL 1 offenbarte Anzeigevorrichtung eine Vielzahl von Bildschirmen, die so angeordnet sind, dass sie sich aus der Sicht einer Abtasteinheit nicht überlappen, und deren Abstände zu einer Projektionseinheit getrennt voneinander geändert werden können. Die auf den Bildschirmen ausgebildeten Bilder werden in drei Unterbereiche projiziert, sodass sie sich nicht überlappen. Drei Unterbereiche werden durch Unterteilen eines vorgegebenen Bereichs der Windschutzscheibe in drei Abschnitte definiert.
Bei einer solchen Anzeigevorrichtung weist jedoch ein virtuelles Bild, das erzeugt wird, während es in einem identischen Zeitraum in einen identischen Unterbereich projiziert wird, den gleichen Anzeigeabstand auf. Dementsprechend hängen die Stufen des Anzeigeabstands von einer Anzahl der Unterbereiche ab, d. h. einer Anzahl der Bildschirme.
Die Anordnung der virtuellen Bilder mit voneinander unterschiedlichen Anzeigeabständen hängt von einem Unterteilungsmodus des vorgegebenen Bereichs ab. Wenn beispielsweise der vorgegebene Bereich in vertikal längliche Unterbereiche unterteilt ist, die horizontal ausgerichtet sind, können virtuelle Bilder mit voneinander unterschiedlichen Anzeigeabständen zwar horizontal ausgerichtet angezeigt werden, aber nicht vertikal ausgerichtet angezeigt werden. In ähnlicher Weise können virtuelle Bilder mit voneinander unterschiedlichen Anzeigeabständen, wenn der vorgegebene Bereich in horizontal längliche, vertikal ausgerichtete Unterbereiche unterteilt ist, vertikal ausgerichtet angezeigt werden, aber nicht horizontal ausgerichtet angezeigt werden.
Obwohl eine solche Anzeigevorrichtung ein Objekt darstellen kann, das sich in einer bestimmten Entfernung von einem Fahrer befindet, z. B. ein Verkehrsschild oder eine Straßenkreuzung, ist es schwierig, ein virtuelles Bild mit einem Anzeigeabstand anzuzeigen, der beispielsweise kontinuierlich von einem Vordergrund in einen Hintergrund läuft. Zum Anzeigen eines virtuellen Bilds eines Pfeils zum Führen entlang einer Route, die sich von einer momentanen Fahrposition zu einer Abbiegeposition erstreckt, oder einer Grafik, die bei der Betrachtung einer Fahrspurmarkierung überlagert ist, um ein Verlassen der Fahrspur zu verhindern, ist daher ein Verfahren denkbar, das weiterhin die geometrische Perspektive verwendet, wie in PTL 2 beschrieben. In diesem Fall besteht jedoch das Problem, dass ein Bild zum Anzeigen des virtuellen Bilds größenmäßig auf einen identischen Bildschirm eingeschränkt ist oder Stufen des Anzeigeabstands reduziert werden müssen, während die Abstände von benachbarten Bildschirmen bis zur Projektionseinheit angeglichen werden, um ein größeres Bild zu erzeugen.
Anders als in einem Fall eines virtuellen Bilds, das sich in einem konstanten Anzeigeabstand befindet, hat ein Benutzer weiterhin in einem Fall, in welchem ein virtuelles Bild mit einem kontinuierlichen Tiefeneindruck von dem Benutzer betrachtet wird, während das virtuelle Bild einem Objekt wie einer Straße überlagert ist, ein Gefühl des Unbehagens, wenn eine Form, die in gewissem Maße einer Oberflächenform des Objekts folgt, nicht dargestellt werden kann. Wenn das oben beschriebene, der Fahrspurmarkierung zu überlagernde virtuelle Bild zur Verhinderung des Verlassens der Fahrspur dem Fahrer präsentiert wird, kann das Gefühl des Unbehagens dazu führen, dass der Fahrer einen Umgebungszustand falsch einschätzt, wodurch ein Sicherheitsrisiko entsteht.
Zum Lösen dieser Probleme ist eine Anzeigevorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Anzeigevorrichtung mit einem optischen System zum Anzeigen eines virtuellen Bilds, das dreidimensional ist, mit Hilfe eines Anzeigemediums, das durchsichtig ist. Das optische System enthält einen Laser, einen MEMS-Abtaster (Micro Electro Mechanical System Scanner), einen Bildschirm, eine Projektionseinheit und eine Antriebseinheit. Der Laser emittiert Laserlicht. Der MEMS-Abtaster empfängt und reflektiert das Laserlicht und führt mit dem reflektierten Laserlicht eine Abtastung durch. Der MEMS-Abtaster tastet den Bildschirm mit dem Laserlicht ab, um auf einer Oberfläche des Bildschirms ein Bild auszubilden. Die Projektionseinheit projiziert das Bild, das auf der Oberfläche des Bildschirms ausgebildet wird, auf das oben beschriebene Anzeigemedium, um ein virtuelles Bild zu erzeugen, das von einem Benutzer wahrgenommen wird. Die Antriebseinheit bewegt den oben beschriebenen, mit dem Laserlicht abgetasteten Bildschirm in einem vorgegebenen Abschnitt entlang eines optischen Wegs des optischen Systems in einem vorgegebenen Zyklus hin und her. Der MEMS-Abtaster führt die Abtastung mit dem Laserlicht durch wiederholte Rasterabtastung des Bildschirms mit dem Laserlicht in einem Abtastzyklus durch, der mit dem oben beschriebenen vorgegebenen Zyklus synchronisiert ist. Bei der Rasterabtastung wird eine vertikale Bewegungsgeschwindigkeit einer Abtastlinie entsprechend einer Form eines Objekts geändert, das in einem Hintergrund enthalten ist und bei der Betrachtung durch einen Benutzer mit dem virtuellen Bild überlagert wird.
Der Benutzer sieht somit durch das Anzeigemedium ein virtuelles Bild, das erzeugt wird, indem ein dreidimensionales Bild, das durch einen Restbildeffekt des auf einer Oberfläche des Bildschirms ausgebildeten Bilds erzeugt wird, auf das Anzeigemedium projiziert wird. Dieses virtuelle Bild wird von dem Benutzer als ein virtuelles Bild, das einen Tiefeneindruck entsprechend einem Hub der Hin- und Herbewegung des Bildschirms aufweist, einer Grafik wahrgenommen, die in einem zweidimensionalen Bereich entsprechend einem Bewegungsbereich der Rasterabtastung des Bildschirms in der horizontalen und vertikalen Richtung dargestellt werden kann. Eine vertikale Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastlinie wird geändert, um eine vertikale Position der Abtastlinie in Bezug auf eine Position auf einer Route der Hin^- und Herbewegung des Bildschirms zu ändern. Durch diese Auslegung kann bei diesem virtuellen Bild ein Höhenunterschied entlang einer Tiefenrichtung dargestellt werden.
Konkreter ist ein Objekt, das in einem Hintergrund des oben beschriebenen virtuellen Bilds enthalten ist, beispielsweise eine Straße, die sich auf einer Route des Benutzers in Vorwärtsrichtung erstreckt, und der MEMS-Abtaster kann die vertikale Bewegungsgeschwindigkeit auf Grundlage geographischer Informationen, die eine Form der Straße angeben, so anpassen, dass eine Form des virtuellen Bilds der Form der Straße vertikal folgt.
Mit dieser Auslegung kann durch Änderung der vertikalen Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastlinie entsprechend einer Neigung der Straße, die in dem Hintergrund des virtuellen Bilds enthalten ist, der Benutzer ein virtuelles Bild der Grafik sehen, die der Form der Straße folgt, wobei die Neigung so geändert wird, dass eine Höhe des virtuellen Bilds entlang der Tiefenrichtung geändert wird.
Beispielsweise kann das oben erwähnte Anzeigemedium eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs sein. Das oben erwähnte optische System kann in dem Fahrzeug montiert sein. Die oben erwähnten geographischen Informationen können mindestens eine Art von Informationen aus erfassten geographischen Informationen, die mit Hilfe eines Sensors, der in dem Fahrzeug montiert ist und eine Geländeform vor dem Fahrzeug erfasst, erhalten werden, und Karteninformationen, welche die Geländeform vor dem Fahrzeug angeben, umfassen. Das virtuelle Bild kann Grafiken oder Schriftzeichen enthalten, die mindestens eine Art von Informationen aus Routenführungsinformationen und Informationen über die Straße angeben und dem Benutzer präsentiert werden.
Durch diese Auslegung kann die vertikale Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastlinie auf Grundlage von Karteninformationen, die beispielsweise von einem Navigationssystem erhalten werden können, oder Informationen, die von einem Sensor erhalten werden, der die Geländeform vor dem Fahrzeug erfassen kann und die Form der Straße, die in dem Hintergrund des virtuellen Bilds enthalten ist, angibt, auf solche Weise geändert werden, dass die Grafik und oder anderen Symbole in dem virtuellen Bild bei der Betrachtung durch den Benutzer der Form der Straße folgen.
Es ist anzumerken, dass diese umfassenden, speziellen Aspekte durch ein System, ein Verfahren, einen integrierten Schaltkreis, ein Computerprogramm oder einen nichtflüchtigen Aufzeichnungsdatenträger, der computerlesbar ist, wie etwa eine CD-ROM oder durch eine Kombination des Systems, des Verfahrens, des integrierten Schaltkreises, des Computerprogramms und des nichtflüchtigen Aufzeichnungsdatenträgers umgesetzt sein können.
Nachfolgend ist eine beispielhafte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung konkret beschrieben. Es ist anzumerken, dass die nachfolgend beschriebene beispielhafte Ausführungsform umfassende oder spezielle Beispiele der vorliegenden Erfindung umfasst. Beispielsweise sind die Zahlenwerte, Formen, Materialien, Bestandteile und die Anordnungs- und Verbindungsarten der Bestandteile, die in der folgenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt sind, lediglich Beispiele und sollen daher die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Weiterhin sind unter den Bestandteilen in der folgenden beispielhaften Ausführungsform diejenigen Bestandteile, die in dem unabhängigen Anspruch, der das breiteste Konzept angibt, nicht erwähnt sind, als optionale Bestandteile beschrieben.
(Beispielhafte Ausführungsform)
1 ist eine Ansicht eines Gebrauchsbeispiels einer Anzeigevorrichtung gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform.
Die Anzeigevorrichtung 100 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist als ein Head-up-Display (HUD) zur Montage in einem Fahrzeug ausgelegt und ist in der Umgebung einer oberen Oberfläche eines Armaturenbretts 220 des Fahrzeugs 200 montiert.
Die Anzeigevorrichtung 100 emittiert Licht in einen Bereich D10 auf der Windschutzscheibe 210 in einem Sichtfeld eines Fahrers, das durch abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linien gekennzeichnet ist. Ein Teil des emittierten Lichts läuft durch die Windschutzscheibe 210, aber der verbleibende Teil des emittierten Lichts wird durch die Windschutzscheibe 210 reflektiert. Dieses reflektierte Licht wird in die Augen eines Fahrers gelenkt, der auf einem Fahrersitz sitzt und ein Benutzer der Anzeigevorrichtung 100 ist. Der Fahrer nimmt das reflektierte Licht, das in die Augen des Fahrers eintritt, als virtuelles Bild Vi war, das als ein Bild eines Objekts, das auf der gegenüberliegenden Seite der Windschutzscheibe 210 (außerhalb des Fahrzeugs 200) vorhanden ist, erscheint, wobei ein tatsächliches Objekt, das durch die Windschutzscheibe 210 gesehen werden kann, einen Hintergrund bildet. Diese Situation ist nachfolgend so ausgedrückt, dass die Anzeigevorrichtung 100 ein virtuelles Bild Vi erzeugt oder die Anzeigevorrichtung 100 das virtuelle Bild Vi für den Benutzer anzeigt.
2 ist eine Ansicht eines Beispiels eines Bereichs D10, bei dem es sich um einen Bereich handelt, in welchen die Anzeigevorrichtung 100 in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform das Licht emittiert.
Der Bereich D10 ist beispielsweise auf einer Fahrersitzseite näher an einem unteren Teil der Windschutzscheibe 210 vorgesehen, wie durch den durch eine gestrichelte Linie in 2 umgebenen Bereich angegeben. Die am Armaturenbrett 220 montierte Anzeigevorrichtung 100 emittiert Licht in den Bereich D10, wie in 1 dargestellt, und projiziert so ein Bild auf die Windschutzscheibe 210. Durch diese Auslegung wird für den Fahrer das virtuelle Bild Vi erzeugt, das als ein Bild eines Objekts, das außerhalb des Fahrzeugs 200 vorhanden ist, erscheint.
Zu dem Bild, das auf die Windschutzscheibe 210 projiziert wird, ist anzumerken, dass vertikal unterschiedliche Positionen in diesem Bereich D10 so wahrgenommen werden können, dass sie sich in dem virtuellen Bild Vi in unterschiedlichen Entfernungen vom Fahrer befinden. In einem in 1 und 2 dargestellten Beispiel ist der Bereich D 10 beispielsweise niedriger als eine Höhe der Augen des Fahrers. Daher kann ein Bild, das sich an einer unteren Position im Bereich D10 befindet, so wahrgenommen werden, dass es sich in dem virtuellen Bild Vi an einer dem Fahrer näheren Position befindet. Weiterhin kann ein Bild, das sich in dem in den Bereich D10 projizierten Bild an einer höheren Position befindet, als ein Objekt wahrgenommen werden, das sich in dem virtuellen Bild Vi an einer dem Fahrer ferneren Position befindet. Ein Prinzip einer solchen Wahrnehmung ist durch eine Art geometrischer Perspektive (vertikale Perspektive) beschrieben.
3 ist eine Ansicht eines Beispiels eines virtuellen Bilds, das von der Anzeigevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erzeugt wird, und eines Beispiels der Überlagerung dieses virtuellen Bilds auf eine Szene vor dem Fahrzeug 200, die von dem Fahrer, der das Fahrzeug 200 fährt, gesehen wird.
3 stellt schematisch als Ganzes einen Teil einer Szene innerhalb des Sichtfelds des Fahrers (nicht dargestellt) dar, der das Fahrzeug 200 fährt. Es ist anzumerken, dass der Rahmen mit der gestrichelten Linie, die den Bereich D10 angibt, in welchen das Bild von der Anzeigevorrichtung 100 projiziert wird, zur Erleichterung der Erläuterung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dargestellt und nicht tatsächlich vorhanden ist. Daher wird der Rahmen von dem Fahrer nicht wahrgenommen. Das Bezugszeichen 200 bezeichnet eine Motorhaube, die Teil des Fahrzeugs 200 ist. Ein Bild, das einen Pfeil darstellt, dem das Bezugszeichen Vi1 zugeordnet ist, ist ein Beispiel des virtuellen Bilds Vi, das von der Anzeigevorrichtung 100 erzeugt und von dem Fahrer wahrgenommen wird.
Wie in 3 dargestellt, wird das virtuelle Bild Vi1 so angezeigt, dass es einer Szene überlagert ist, die sich tatsächlich innerhalb des Sichtfelds des Fahrers befindet. Das Bild, das einen Pfeil darstellt und das virtuelle Bild Vi1 ist, zeigt dem Fahrer mit einer Spitze des Pfeils einen Linksabbiegepunkt an, der sich vor dem Fahrzeug 200 befindet.
Eine solche Anzeige wird beispielsweise wie folgt erreicht. Das Fahrzeug 200 enthält ein nicht dargestelltes Fahrzeugnavigationssystem. Dieses Fahrzeugnavigationssystem erhält eine Route zu einem Ziel und bestimmt die anzuzeigenden Führungsinformationen. Das Fahrzeug 200 enthält eine Kamera, die ein Bild des nicht dargestellten Fahrers aufnimmt. Das von dieser Kamera aufgenommene Bild wird analysiert, um Informationen zu erhalten, die eine Position der Augen des Fahrers angeben (nachfolgend auch als Blickpunktinformationen bezeichnet). Auf Grundlage der so bestimmten Führungsinformationen und der so erhaltenen Blickpunktinformationen berechnet die Anzeigevorrichtung 100 eine Position eines Punkts innerhalb des Bereichs D10, der aus Sicht des Fahrers den Linksabbiegepunkt vor dem Fahrzeug 200 zu überlappen scheint. Dann projiziert die Anzeigevorrichtung 100 so ein Bild in den Bereich D10, dass die Spitze des Pfeils der berechneten Position entspricht.
Es ist anzumerken, dass das virtuelle Bild Vi1, welches das Bild des Pfeils ist, eine äußere Gestalt gemäß der Perspektive (perspektivischen Projektion) aufweist, um dem Fahrer, der das virtuelle Bild Vi1 betrachtet, einen Tiefeneindruck zu vermitteln. In Bezug auf einen Schaft des Pfeils weist beispielsweise ein Abschnitt, der in der Wahrnehmung des Fahrers dem Fahrer näher ist, das heißt ein Abschnitt, der in dem Bereich D10 der Unterseite näher ist, eine größere Breite, und ein Abschnitt, der in der Wahrnehmung des Fahrers von dem Fahrer weiter entfernt ist, das heißt ein Abschnitt, der in dem Bereich D10 der Oberseite näher ist, eine geringere Breite auf. Darüber hinaus erstrecken sich Konturlinien des Schafts auf der linken und rechten Seite in Richtung eines vorgegebenen Fluchtpunkts.
Das virtuelle Bild Vi1, das von der Anzeigevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erzeugt wird, wird so angezeigt, dass der Fahrer einen kontinuierlichen Anzeigeabstand wahrnehmen kann, obwohl diese Funktion in 3 nicht dargestellt ist. Mit anderen Worten wird das virtuelle Bild Vi1 vom Fahrer nicht als Bild eines Pfeils gesehen, der perspektivisch auf einer Ebene dargestellt wird, die im Wesentlichen senkrecht zum Boden an einer vorgegebenen Position vor der vom Fahrer gesehenen Windschutzscheibe 210 ist, wie bei einem herkömmlichen Beispiel. Das virtuelle Bild Vi1 wird von dem Fahrer als ein virtuelles Bild (nachfolgend auch als ein virtuelles Bild mit einem Tiefeneindruck bezeichnet) gesehen, das sich von einem Ausgangspunkt an einer vorgegebenen Position vor der Windschutzscheibe 210 entlang einer Richtung weg von dem Fahrer erstreckt. Eine Auslegung und ein Betriebsablauf zum Erzeugen des so von dem Fahrer wahrgenommenen virtuellen Bilds Vi1 ist nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine funktionelle Anordnung der Anzeigevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform darstellt.
Die Anzeigevorrichtung 100 enthält eine Lichtquelle 120, einen Abtaster 130, einen Bildschirm 140, eine Antriebseinheit 150, eine Steuerung 110 und eine Projektionseinheit 160.
Die Lichtquelle 120 emittiert Licht, das ein virtuelles Bild darstellt, das von der Anzeigevorrichtung 100 angezeigt wird. Beispielsweise ist die Lichtquelle 120 als Pico-Projektor umgesetzt, der als lichtemittierendes Element Halbleiterlaser enthält, die rotes (R), grünes (G) und blaues (B) Licht emittieren. Ein solcher Pico-Projektor ermöglicht die Darstellung eines virtuellen Bilds mit guter Erkennbarkeit unabhängig von der Farbe von Objekten oder Fahrzeugkarosserien, die sich in einem Hintergrund des virtuellen Bilds befinden, oder der Umgebungshelligkeit. Die Verwendung des Laserlichts ermöglicht die Fokussierung auf eine bestrahlte Oberfläche, unabhängig von einem Abstand zu der bestrahlten Oberfläche und einem Winkel zwischen dem Laserlicht und der bestrahlten Oberfläche. Darüber hinaus wird durch den Einsatz des Pico-Projektors aufgrund dessen kompakter Bauweise ein Bauraum, z. B. einen Raum im Armaturenbrett 220, der von der Anzeigevorrichtung 100 im Fahrzeug 200 eingenommen wird, minimiert. Es ist anzumerken, dass in 4 Pfeile mit abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien, die von der Lichtquelle 120 ausgehen, optische Wege des von der Lichtquelle 120 emittierten Lichts angeben.
Der Abtaster 130 ist im optischen Weg des von der Lichtquelle 120 emittierten Lichts angeordnet und tastet den später beschriebenen Bildschirm 140 mit diesem emittierten Licht ab. Der Abtaster 130 ist z. B. mit einem MEMS-Abtaster umgesetzt. Der Bildschirm 140 ist z. B. durch einen flachen Streuschirm umgesetzt. Der Abtaster 130 tastet den Bildschirm 140 mit dem von der Lichtquelle 120 emittierten Licht rastermäßig ab und erzeugt dadurch auf dem Bildschirm 140 ein Bild, das als ein virtuelles Bild angezeigt wird.
Der Bildschirm 140 ist so angeordnet, dass er den optischen Weg des oben erwähnten von dem Abtaster 130 reflektierten emittierten Lichts schneidet, und wird durch die weiter unten beschriebene Antriebseinheit 150 angetrieben. Genauer vibriert der Bildschirm 140 durch Wiederholung der hin-und hergehenden Parallelbewegung (nachfolgend auch als Hin^- und Herbewegung bezeichnet) entlang dieses optischen Wegs innerhalb eines vorgegebenen Abschnitts zwischen dem Abtaster 130 und der Projektionseinheit 160, wie durch den Pfeil mit zwei Spitzen und einer durchgezogenen Linie angegeben.
Die Antriebseinheit 150 ist beispielsweise mit einem Aktor umgesetzt und veranlasst den Bildschirm 140, die oben beschriebene Hin^- und Herbewegung entsprechend einem Signal von der Steuerung 110, die weiter unten beschrieben ist, durchzuführen.
Die Steuerung 110 ist beispielsweise mit einer Zentraleinheit (CPU) oder einem Prozessor umgesetzt und führt ein Computerprogramm aus, das von einem Aufzeichnungsmedium (nicht dargestellt) wie einem Speicher ausgelesen wird, um die Lichtquelle 120, den Abtaster 130 und die Antriebseinheit 150 zu steuern.
Genauer erhält die Steuerung 110 Informationen von externen Vorrichtungen für die Anzeigevorrichtung 100. Konkrete Beispiele solcher externen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfassen ein Fahrzeugnavigationssystem, einen Sensor zum Erfassen eines Hindernisses vor dem Fahrzeug 200 und eine Kamera zum Erhalten von Blickpunktinformationen. Auf Grundlage solcher Informationen berechnet die Steuerung 110 eine Position eines als ein virtuelles Bild anzuzeigenden Objekts, das heißt in dem oben beschriebenen Beispiel der Grafik des Pfeils, und eine Position auf dem Anzeigemedium 190, an welche ein Bild zum Anzeigen dieses virtuellen Bilds projiziert wird. Die Steuerung 110 gibt dann Steuersignale zur Steuerung auf Grundlage dieser Berechnung an die Lichtquelle 120, den Abtaster 130 und die Antriebseinheit 150 aus und steuert diese Vorrichtungen.
Das Bild, das auf einer Oberfläche des Bildschirms 140 durch den Abtaster 130 ausgebildet wird, der die Abtastung mit dem Laserlicht durchführt, wird durch die Projektionseinheit 160 auf das Anzeigemedium 190 projiziert. Zwei Blockpfeile auf einer linken Seite von 4 zeigen einen optischen Weg der Projektion eines auf einer Oberfläche des Bildschirms 140 ausgebildeten Bilds an, die von der Projektionseinheit 160 durchgeführt wird. Die Projektionseinheit 160 ist beispielsweise mit einem optischen Element wie einem Spiegel oder einer Linse oder einer Kombination einer Vielzahl von optischen Elementen umgesetzt.
In der folgenden Beschreibung ist eine Kombination der Lichtquelle 120 (oder zumindest des in der Lichtquelle 120 enthaltenen Lasers), des Abtasters 130, des Bildschirms 140 und der Projektionseinheit 160, die oben beschrieben sind, als das in der Anzeigevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform enthaltene optische System definiert.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform entspricht das Anzeigemedium 190 der Windschutzscheibe 210 im Fahrzeug 200. Die Projektionseinheit 160 projiziert das auf der Oberfläche des Bildschirms 140 ausgebildete Bild auf das durchsichtige Anzeigemedium 190 wie beispielsweise die Windschutzscheibe 210. Mit dieser Auslegung wird das von einem Benutzer wahrgenommene virtuelle Bild erzeugt, sodass es auf der gegenüberliegenden Seite des Anzeigemediums 190 angezeigt wird. Der Benutzer entspricht in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform dem Fahrer, der auf einem Fahrersitz des Fahrzeugs 200 sitzt. Es ist anzumerken, dass das durchsichtige Anzeigemedium 190 nicht auf die Farblosigkeit beschränkt ist. So kann beispielsweise das Anzeigemedium 190 farbig sein oder eine geringe Durchlässigkeit für ultraviolettes Licht oder Infrarotlicht aufweisen. Wenn das Anzeigemedium 190 die Windschutzscheibe des Fahrzeugs wie in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist, bestehen hinsichtlich der Durchlässigkeit für sichtbares Licht innerhalb eines Bereichs, in dem die relevanten Vorschriften erfüllt sind, freie Gestaltungsmöglichkeiten.
Als Nächstes ist die Anzeige eines virtuellen Bilds mit einem Tiefeneindruck, die von der so ausgelegten Anzeigevorrichtung 100 durchgeführt wird, beschrieben.
Ein Abstand vom Bildschirm 140 bis zum Anzeigemedium 190 wird entlang des optischen Wegs innerhalb eines Bereichs eines Hubs der Hin-und Herbewegung geändert, wie oben beschrieben. Bei einem kleineren Abstand entlang des optischen Wegs zwischen dem Bildschirm 140 und dem Anzeigemedium 190 wird ein Anzeigeabstand des virtuellen Bilds kleiner. Mit anderen Worten sieht der Benutzer das virtuelle Bild in einer geringeren Entfernung. Dagegen wird der Anzeigeabstand des virtuellen Bilds bei einem größeren Abstand entlang des optischen Wegs zwischen dem Bildschirm 140 und dem Anzeigemedium 190 größer. Mit anderen Worten sieht der Benutzer das virtuelle Bild in einer größeren Entfernung. Dies kann auch für herkömmliche Techniken gelten.
Wenn hierbei z. B. ein Bild auf einer Oberfläche des Bildschirms 140 ausgebildet wird, indem der Bildschirm 140 mit Laserlicht abgetastet wird, während der Bildschirm 140 parallel entlang des optischen Wegs bewegt wird, kann ein virtuelles Bild so angezeigt werden, dass der Anzeigeabstand aufgrund dieser Bewegung variiert.
In der Anzeigevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform wird eine solche Bewegung in einem vorgegebenen Zyklus wiederholt. Mit anderen Worten tastet der Abtaster 130 den Bildschirm 140 mit dem Laserlicht rastermäßig ab, während die Antriebseinheit 150 den Bildschirm 140 in dem vorgegebenen Zyklus hin- und herbewegt (vibrieren lässt).
Dieser vorgegebene Zyklus muss ein Zyklus sein, bei dem eine Hin- und Herbewegung mindestens 10 Mal bis 20 Mal pro Sekunde (entsprechend einer Frequenz von 10 Hz bis 20 Hz) in einem Maße erfolgt, bei dem der Restbildeffekt des auf der Oberfläche des Bildschirms 140 ausgebildeten Bilds zumindest ausgeübt wird, wenn die Rasterabtastung nur auf einem Vorwärts- oder Rückwärtsweg der Hin- und Herbewegung des Bildschirms 140 durchgeführt wird. Um jedoch zu verhindern, dass das virtuelle Bild in den Augen des Benutzers zu blinken scheint, oder zu verhindern, dass das Bild ausgedünnt wirkt, das heißt, um dafür zu sorgen, dass das Bild räumlich und zeitlich stetig dargestellt wird, wird der Bildschirm 140 mit einer höheren Frequenz hin- und herbewegt, die bei etwa 50 Hz bis 100 Hz liegt. Die Rasterabtastung wird so durchgeführt, dass ein Zyklus der Rasterabtastung (nachfolgend auch als ein Abtastzyklus bezeichnet) mit dem Zyklus der Hin-und Herbewegung des Bildschirms 140 synchronisiert ist.
Dabei wird angenommen, dass sich der Bildschirm 140 beispielsweise mit 60 Hz hin- und herbewegt und die Rasterabtastung, die entweder nur auf dem Vorwärtsweg oder nur auf dem Rückwärtsweg des Bildschirms 140 durchgeführt wird, mit 60 Hz synchron mit dem Zyklus der Hin- und Herbewegung durchgeführt wird. Dabei werden auf dem Bildschirm 140 Bilder entsprechend 60 Einzelbildern pro Sekunde ausgebildet. Der Benutzer nimmt die Bilder entsprechend 60 Einzelbildern räumlich und zeitlich kontinuierlich war. Anders gesagt ist ein Satz von Restbildern mit hellen Punkten auf dem Bildschirm 140, die in einem Bereich produziert werden, in dem das Laserlicht, mit dem der Abtaster 130 die zweidimensionale Abtastung entlang einer horizontalen Richtung (definiert als X-Achsen-Richtung) und einer vertikalen Richtung (definiert als Y-Achsen-Richtung) durchführt, den Bildschirm 140 schneidet, der sich entlang einer Richtung des optischen Wegs (definiert als eine Z-Achsen-Richtung) hin- und herbewegt, welche eine XY-Ebene schneidet, ein Bild, das auf dem Bildschirm 140 ausgebildet wird, das heißt ein dreidimensionales Bild in einem XYZ-Raum. Die Projektionseinheit 160 projiziert dieses Bild auf das Anzeigemedium 190. Unter den Punkten auf dem Bild haben Punkte mit unterschiedlichen Abständen zum Anzeigemedium 190 unterschiedliche Anzeigeabstände. Daher wird ein ganzes auf das Anzeigemedium 190 projiziertes Bild als ein virtuelles Bild wahrgenommen, das dem Benutzer einen Tiefeneindruck vermittelt.
Wie oben beschrieben, wird beim Betrieb der Anzeigevorrichtung 100 zum Anzeigen eines virtuellen Bilds wie des virtuellen Bilds Vi1, das in 3 dargestellt ist, der Zyklus der Hin- und Herbewegung des Bildschirms 140 mit dem Abtastzyklus der von dem Abtaster 130 durchgeführten Rasterabtastung synchronisiert.
Bei dieser Betriebsweise ist das virtuelle Bild Vi1 ein virtuelles Bild, das sich eben im Wesentlichen parallel zu einer ebenen Straßenoberfläche zu erstrecken scheint, und eine solche Anzeige des virtuellen Bilds wird durch Projizieren eines Bilds erreicht, das während der von dem Abtaster 130 durchgeführten Rasterabtastung mit einer Abtastlinie, die vertikal mit einer konstanten Geschwindigkeit auf dem Bildschirm 140 bewegt wird, ausgebildet wird. Um dies zu erreichen, werden Formen und wechselseitige relative Positionen von Bildschirm 140, Projektionseinheit 160 und Anzeigemedium 190 sowie eine Position, eine Form oder andere Faktoren des auf dem Bildschirm 140 ausgebildeten Bilds als eine Frage der Ausgestaltung entsprechend angepasst.
Es ist anzumerken, dass durch Ändern einer Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung bei der oben beschriebenen Rasterabtastung, während die Synchronisierung aufrechterhalten wird, ein virtuelles Bild mit einem Höhenunterschied angezeigt werden kann, das sich von dem in 3 dargestellten virtuellen Bild Vi1 unterscheidet. Nachfolgend ist ein Betriebsablauf zum Anzeigen eines solchen virtuellen Bilds anhand eines Beispiels beschrieben.
In der Beschreibung ist eine in 5 dargestellte Szene als ein Beispiel verwendet. Die Szene enthält eine Steigung vor dem Fahrzeug 200, das in einem ebenen Bereich fährt, und ein Gefälle im Anschluss an die Steigung. In 5 gibt ein Bereich zwischen abwechselnd lang und kurz gestrichelten Linien ein Sichtfeld des Fahrers des Fahrzeugs 200 an, ähnlich wie in 1.
Für diese Szene wird bei der oben beschriebenen Rasterabtastung durch den Abtaster 130, wenn ein Bild eines Pfeils projiziert wird, das mit der vertikalen Bewegung der Abtastlinie auf dem Bildschirm 140 bei einer konstanten Geschwindigkeit ausgebildet wird, ein virtuelles Bild Vi2 des Pfeils für den Fahrer angezeigt, wie in 6A dargestellt. Dieser Pfeil erscheint im Wesentlichen parallel zu einer Straßenoberfläche des Bereichs, in welchem das Fahrzeug 200 momentan fährt, aber erscheint nicht parallel zu einer Straßenoberfläche weiter vorne, die ansteigt. Daher zeigt eine Spitze einer Pfeilspitze des Pfeils, die normalerweise auf einen vor dem Fahrzeug 200 befindlichen Linksabbiegepunkt zeigen sollte, in den Himmel, was es schwierig macht, ein Gefühl für die Entfernung zu gewinnen. Im Vergleich zu dem in 3 dargestellten virtuellen Bild Vi1 ist das virtuelle Bild Vi2 aus Sicht des Fahrers im Hinblick auf die Übereinstimmung mit dem Hintergrund offensichtlich unterlegen. Ein solches virtuelles Bild, das Routenführungsinformationen darstellt, verursacht beim Fahrer ein Gefühl des Unbehagens, und das Gefühl des Unbehagens kann letztlich dazu führen, dass der Fahrer einen Umgebungszustand falsch einschätzt.
Einzelheiten der Synchronisierung zwischen einem Betriebszyklus des Abtasters 130 und einem Betriebszyklus des Bildschirms 140 in diesem Fall sind nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in 7A dargestelltes Beispiel beschrieben.
Teil (a) von 7A beschreibt einen Betriebsablauf der Hin- und Herbewegung des Bildschirms 140 mit einer zeitlichen Änderung eines Abstands zwischen dem Abtaster 130 und dem Bildschirm 140. Wie mit einer sägezahnförmig geknickten Linie dargestellt, wiederholt der Bildschirm 140 während eines Zyklus einen Ablauf der parallelen Bewegung von einer Ausgangsposition über einen vorgegebenen Hub, um sich vom Abtaster 130 zu entfernen, und der schnellen Rückkehr in die Ausgangsposition auf derselben Strecke. Eine Länge des Zyklus entspricht einer Länge eines Einzelbilds, wie oben beschrieben. Mit anderen Worten beträgt die Länge des Zyklus eine sechzehntel Sekunde, wenn auf dem Bildschirm 140 Bilder mit 60 Einzelbildern pro Sekunde ausgebildet werden, und die Hin^- und Herbewegung wird 60 Mal pro Sekunde wiederholt (Vibration mit 60 Hz).
Teil (b) von 7A beschreibt einen Betriebsablauf des Abtasters 130 in einem Abtastzyklus, der mit dem Zyklus der Hin^- und Herbewegung des Bildschirms 140 synchronisiert ist, wobei sich eine vertikale Position der Abtastlinie im Lauf der Zeit ändert. Es ist anzumerken, dass die dargestellte geknickte Linie die Änderung makroskopisch beschreibt. Das heißt, die Position der Abtastlinie ändert sich während der horizontalen Abtastung mit dem Laserlicht nicht. Genauer gesagt ist die Änderung der Position daher als eine sehr fein gestufte geknickte Linie darzustellen. Es ist anzumerken, dass sich aus dem in Teil (b) von 7A dargestellten Graph die Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Abtastlinie ablesen lässt. In Teil (b) von 7A entspricht die Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Abtastlinie einer Steigung der Linie.
Wie durch eine sägezahnförmige geknickte Linie dargestellt, wiederholt der Abtaster 130 den Abtastzyklus in Synchronisation mit dem Zyklus der Hin-und Herbewegung des Bildschirms 140. Während eines Zyklus des Abtastzyklus wird die Abtastlinie mit konstanter Geschwindigkeit allmählich von der Ausgangsposition, die am niedrigsten ist, in eine höhere Position bewegt. Die Abtastlinie wird so bewegt, dass sie zu einem Zeitpunkt, zu dem der Bildschirm 140 eine Umkehrposition erreicht, an der höchsten Position ist, und sich gleichzeitig mit der Rückkehr des Bildschirms 140 zu einer Ausgangsposition in die Ausgangsposition zurückbewegt. Es ist anzumerken, dass die Abschnitte der geknickten Linie mit einer durchgezogenen Linie in Teil (b) von 7A jeweils einem Zeitraum entsprechen, in dem der Abtaster 130 das Laserlicht auf den Bildschirm 140 emittiert, um das Bild auszubilden, das durch die Projektionseinheit 160 auf das Anzeigemedium 190 projiziert wird. Andererseits entspricht jeder der Abschnitte einer gestrichelten Linie einem Zeitraum für die Rückkehr der Abtastlinie zur Ausgangsposition. Während dieses Zeitraums wird das Laserlicht zum Ausbilden des Bilds nicht auf den Bildschirm 140 emittiert, und in gewisser Weise entspricht dieser Zeitraum einem Zeitraum zur Übertragung eines vertikalen Austastintervalls in einem Videosignal, z. B. bei der Fernsehübertragung.
Wie an einer Steigung der Linie in Teil (b) von 7A zu erkennen, ist die Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Abtastlinie während der Rasterabtastung durch den Abtaster 130 konstant. Teil (c) von 7A ist ein Graph, der diese Geschwindigkeit über der Zeit darstellt. Abschnitte mit der durchgezogenen Linie und Abschnitte mit der gestrichelten Linie in der geknickten Linie in Teil (c) von 7A stimmen mit den Zeiträumen der Abschnitte mit der durchgezogenen Linie und der Abschnitte mit der gestrichelten Linie in Teil (b) von 7A überein. Der mit der durchgezogenen Linie dargestellte Abschnitt und der mit der gestrichelten Linie dargestellte Abschnitt sind im Hinblick auf die Bewegungsrichtung einander entgegengesetzt, sodass diese beiden Abschnitte entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
Es ist anzumerken, dass die Betriebsabläufe des Abtasters 130 und Bildschirms 140, die in 7A dargestellt sind, im Normalfall durchgeführt werden, wenn das virtuelle Bild angezeigt wird, das der ebenen Straße zu folgen scheint, wie in 3 dargestellt.
Die Anzeigevorrichtung 100 kann gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weiterhin ein virtuelles Bild mit einer Form anzeigen, die dem Hintergrund folgt wie der Straße mit der in 5 dargestellten Form. 6B ist eine Ansicht eines Beispiels des Aussehens eines virtuellen Bilds mit einer Form, die einer Form eines Objekts in dem Hintergrund folgt. Ein Pfeil als ein virtuelles Bild, das in 6B dargestellt ist, erscheint im Wesentlichen parallel zu einer Straßenoberfläche an einer Position, an welcher das Fahrzeug 200 momentan fährt, und erscheint außerdem im Wesentlichen parallel zu einer Straßenoberfläche einer Steigung weiter vorne, während das Bild der Neigung der Straße folgt. In einem Bereich vor einem Kamm, der im Anschluss an die Steigung zu sehen ist, scheint der Pfeil niedriger, da der Bereich weiter von dem Fahrer entfernt ist. Die Spitze der Pfeilspitze des Pfeils, die normalerweise auf den vor dem Fahrzeug befindlichen Linksabbiegepunkt zeigen sollte, wird nicht in Überlagerung mit einem Abbiegepunkt gesehen. Der Pfeil zeigt jedoch zumindest explizit an, dass sich der Linksabbiegepunkt jenseits des Kamms befindet. Ein solcher Pfeil eliminiert relativ gesehen das Problem mit dem Pfeil als dem virtuellem Bild in 6A.
Einzelheiten der Synchronisierung zwischen einem Betriebszyklus des Abtasters 130 und einem Betriebszyklus des Bildschirms 140 in diesem Fall sind nachfolgend unter Bezugnahme auf ein in 7B dargestelltes Beispiel beschrieben.
Teil (a) von 7B beschreibt einen Betriebsablauf der Hin^- und Herbewegung des Bildschirms 140 mit einer zeitlichen Änderung eines Abstands zwischen dem Abtaster 130 und dem Bildschirm 140. Dieser Ablauf stimmt mit dem in 7A dargestellten Ablauf überein. Mit anderen Worten ist der Betriebsablauf des Bildschirms 140 bei einem Fall zum Anzeigen des virtuellen Bilds mit einer Form, die dem Hintergrund mit dem Höhenunterschied folgt, und bei einem Fall zum Anzeigen des virtuellen Bilds mit der Form, die der Form des ebenen Objekts wie der in dem Hintergrund enthaltenen Straße folgt, identisch.
Teil (b) von 7B beschreibt einen Betriebsablauf des Abtasters 130 in dem Abtastzyklus, der mit dem Zyklus der Hin^- und Herbewegung des Bildschirms 140 synchronisiert ist, wobei sich eine vertikale Position der Abtastlinie im Lauf der Zeit ändert. Es ist anzumerken, dass diese dargestellte geknickte Linie die Änderung ebenfalls makroskopisch beschreibt, wobei das Objekt das gleiche ist wie bei der geknickten Linie in Teil (b) von 7A. Abschnitte mit der durchgezogenen Linie und Abschnitte mit der gestrichelten Linie in der geknickten Linie bedeuten das gleiche wie die Abschnitte mit der durchgezogenen Linie und die Abschnitte mit der gestrichelten Linie in Teil (b) von 7A.
Die geknickte Linie in Teil (b) von 7B und die geknickte Linie in Teil (b) von 7A stimmen darin überein, dass sie eine Sägezahnform aufweisen, und stimmen weiteren darin überein, dass ein durch die geknickte Linie beschriebener Abtastzyklus mit dem Zyklus der Hin- und Herbewegung des Bildschirms 140, der in Teil (a) von 7A dargestellt ist, synchronisiert ist.
Die geknickte Linie in Teil (b) von 7B unterscheidet sich in den folgenden Punkten von der geknickten Linie in Teil (b) von 7A. Als Erstes ist in der geknickten Linie in Teil (b) von 7B eine Ausgangsposition einer Abtastlinie ganz unten, was mit der geknickten Linie in Teil (b) von 7A übereinstimmt, und die Abtastlinie beginnt mit einer konstanten Geschwindigkeit anzusteigen. Ab der Mitte wird jedoch ein Anstieg steiler, d. h. die Geschwindigkeit erhöht sich. Durch diese Auslegung ist nach der Erhöhung der Geschwindigkeit eine Position der Abtastlinie bei gleicher Position des Bildschirms 140 höher als im Fall von 7A. Somit kann der Pfeil mit einem Bild dargestellt werden, das einen im Vergleich zu einem Abschnitt vor der Erhöhung der Geschwindigkeit erhöhten Abschnitt bildet.
Die geknickte Linie in Teil (b) von 7B unterscheidet sich außerdem dahingehend von der geknickten Linie in Teil (b) von 7A, dass die Abtastlinie umkehrt und nach unten läuft, wenn die Abtastlinie den obersten Punkt erreicht, bevor der Bildschirm 140 die Umkehrposition erreicht hat. Die Geschwindigkeit der Abtastlinie in der vertikalen Richtung wird aufgrund einer umgekehrten Bewegungsrichtung negativ. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem Abschnitt mit der durchgezogenen Linie ein Abschnitt mit einer nach unten laufenden Abtastlinie erzeugt, was bei der geknickten Linie in Teil (b) von 7A nicht der Fall ist. Die Position der Abtastlinie bei gleicher Position des Bildschirms 140 ist niedriger als im Fall von 7A. Somit kann der Pfeil mit einem Bild dargestellt werden, das einen Abschnitt bildet, der dem Gefälle zu folgen scheint.
Wenn der Bildschirm 140 die Umkehrposition erreicht, wird die Rasterabtastung gestoppt und die Abtastlinie kehrt zur Ausgangsposition zurück, während gleichzeitig der Bildschirm 140 zur Ausgangsposition zurückkehrt.
Wie oben beschrieben, wird während der von dem Abtaster 130 durchgeführten Rasterabtastung die Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Abtastlinie geändert. Diese Änderung wird so durchgeführt, dass eine Form eines virtuellen Bilds einer Form eines Objekts folgt, das in einem Hintergrund des anzuzeigenden virtuellen Bilds enthalten ist, in diesem Beispiel einer Form der Straße. Teil (c) von 7B ist ein Graph, der diese Geschwindigkeit über der Zeit darstellt. Abschnitte mit der durchgezogenen Linie und Abschnitte mit der gestrichelten Linie in der geknickten Linie in Teil (c) stimmen mit den Zeiträumen der Abschnitte mit der durchgezogenen Linie und der Abschnitte mit der gestrichelten Linie in Teil (b) überein. Der mit der durchgezogenen Linie dargestellte Abschnitt und der mit der gestrichelten Linie dargestellte Abschnitt sind im Hinblick auf die Bewegungsrichtung einander entgegengesetzt, sodass diese beiden Abschnitte entgegengesetzte Vorzeichen aufweisen.
Es ist anzumerken, dass eine Änderung in der Geschwindigkeit der vertikalen Bewegung der Abtastlinie, wie oben beschrieben, durch Ändern einer Frequenz der Amplitude durch Erhöhen oder Reduzieren eines Antriebssignals, das beispielsweise ein Antriebsstrom oder eine Antriebsspannung ist, die dem mit dem MEMS-Abtaster ausgelegten Abtaster 130 bereitgestellt wird, erreicht wird.
8A und 8B sind schematische Ansichten, die Unterschiede zwischen den Betriebsabläufen des Abtasters 130 und des Bildschirms 140 in zwei Mustern, die unter Bezugnahme auf 6A bis 7B beschrieben sind, im Hinblick auf eine vertikale Bewegungsbahn der Abtastlinie im Bildschirm 140 und das durch den jeweiligen Betriebsablauf erzeugte virtuelle Bild darstellen. 8A entspricht dem in 6A dargestellten virtuellen Bild Vi2 und dem in 7A dargestellten Betriebsauflauf, und 8B entspricht dem in 6B dargestellten virtuellen Bild Vi3 und dem in 7B dargestellten Betriebsablauf. Die oben beschriebene Änderung der vertikalen Bewegungsgeschwindigkeit der Abtastlinie zeigt sich als Differenz der Position der Abtastlinie auf dem bewegten Bildschirm 140 zwischen 8A und 8B. Die Differenz der Position der Abtastlinie führt auch zu einer Differenz im Aussehen eines erzeugten virtuellen Bilds.
Es ist anzumerken, dass, um die Form des virtuellen Bilds der Form des Objekts folgen zu lassen, das in dem Hintergrund enthalten ist und in der oben beschriebenen Weise überlagert wird, Informationen über die Form dieses Objekt benötigt werden. Wenn die Anzeigevorrichtung 100 in dem Fahrzeug montiert ist, wie oben beschrieben, und das Objekt beispielsweise die Straße ist, enthalten die Informationen über die Form der Straße, die hier verwendet werden, geographische Informationen, die mindestens eine Art von Informationen umfassen aus erhaltenen geographischen Informationen, die mit Hilfe eines Sensors, der als eine externe Vorrichtung der Anzeigevorrichtung 100 dient, erfasst werden, und Karteninformationen, die von einem Fahrzeugnavigationssystem erhalten werden, das in dem Fahrzeug montiert ist, oder über das Internet verfügbar sind.
Vorstehend ist die beispielhafte Ausführungsform beschrieben. Jedoch dienen die Zahlenwerte sowie die Formen, Materialien und die Anordnung der Bestandteile und andere Faktoren in der vorstehenden Beschreibung und der herangezogenen Zeichnung lediglich der Erläuterung und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken.
Beispielsweise sind die vertikale und horizontale Richtung in der Beschreibung für die Laserlicht-Abtastung zur Vereinfachung der Beschreibung durch einen Ausdruck definiert, der in einem Gebiet eines Abtastsystems verwendet wird, und sollen die tatsächlich verwendete Abtastrichtung in Bezug auf die Schwerkraft in der Anzeigevorrichtung 100 nicht einschränken.
Weiterhin sind eine Entsprechung zwischen einem Abstand des Abtasters 130 von dem Bildschirm 140 und einer vertikalen Position einer Abtastlinie sowie die Ausgangspositionen des Bildschirms 140 und der Abtastlinie nicht auf die in 4, 7A, 7B, 8A und 8A dargestellten beschränkt. Eine vertikale Entsprechung zwischen einem auf dem Bildschirm 140 ausgebildeten Bild und einem virtuellen Bild ist eine Frage der Ausgestaltung, die entsprechend einem Projektionsmodus der Projektionseinheit 160 modifiziert werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung führt der Abtaster 130 die Rasterabtastung nur in einem Zeitraum durch, in welchem sich der sich hin- und herbewegende Bildschirm 140 weiter weg bewegt. Anstatt dieser Auslegung kann die Rasterabtastung jedoch auch nur in einem Zeitraum durchgeführt werden, in welchem der sich hin- und herbewegende Bildschirm 140 näher kommt, oder kann in beiden Zeiträumen durchgeführt werden. Wenn die Rasterabtastung sowohl auf dem Vorwärtsweg als auch auf dem Rückwärtsweg der Hin- und Herbewegung durchgeführt wird, weist jede der in Teil (a) und Teil (b) von 7A dargestellten geknickten Linien anstatt der Sägezahn-Wellenform eine bisymmetrische Wellenform auf. Die Abschnitte mit der gestrichelten Linie, die in Teil (b) dargestellt sind, werden in die durchgezogene Linie umgeändert, welche die Abschnitte darstellt, während deren das Laserlicht auf den Bildschirm 140 emittiert wird. Es ist anzumerken, dass die Synchronisation zwischen dem Betriebszyklus des Abtasters 130 und dem Abtastzyklus des Bildschirms 140 aufrechterhalten bleibt. Das gleiche gilt für die geknickten Linien, die in Teil (a) und Teil (b) von 7B dargestellt sind.
Die Rasterabtastung kann so durchgeführt werden, dass das Laserlicht nur während der Abtastung in einer horizontalen Richtung auf den Bildschirm 140 emittiert wird, oder kann in abwechselnder Richtung (Bustrophedon) durchgeführt werden.
Der oben beschriebene Bildschirm 140 ist der Streuschirm, auf dessen eine Hauptfläche das Laserlicht emittiert wird, und ein auf der anderen Hauptfläche davon ausgebildetes Bild wird durch die Projektionseinheit 160 projiziert, um über das Anzeigemedium 190 ein virtuelles Bild auszubilden, aber die Auslegung des Bildschirms 140 ist nicht auf diesen Modus beschränkt. Beispielsweise kann der Bildschirm 140 ein Flüssigkristallbildschirm sein und ein auf einer Anzeigefläche davon dargestelltes Bild kann durch die Projektionseinheit 160 auf das Anzeigemedium 190 projiziert werden.
In der Anzeigevorrichtung 100 kann zusätzlich zum oben beschriebenen Bildschirm 140 gleichzeitig ein Bildschirm, der bewegt wird, aber nicht vibriert, oder ein Bildschirm, dessen Position fest ist, verwendet werden. Beispielsweise bietet der Bildschirm, der bewegt wird, aber nicht vibriert, keinen Tiefeneindruck, kann aber verwendet werden, um ein virtuelles Bild eines Objekts anzuzeigen, dessen Anzeigeabstand änderbar ist, z. B. eines Objekts, das ein Verkehrszeichen weiter vorne darstellt. Weiterhin wird der Bildschirm, dessen Position fest ist, beispielsweise zur Anzeige eines virtuellen Bilds von z. B. einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 200 oder einer Menge des verbleibenden Kraftstoffs verwendet, das unabhängig von einer Form eines Objekts in einem Hintergrund angezeigt werden kann.
Vorstehend ist ein Beispiel beschrieben, bei dem die Anzeigevorrichtung 100 im Fahrzeug 200 montiert ist und die Windschutzscheibe als das Anzeigemedium verwendet wird. Ein Verwendungsmodus ist jedoch nicht auf diesen Modus beschränkt. Beispielsweise kann das Anzeigemedium eine Linse einer Smartbrille oder ein Schild eines Helms sein. Es ist anzumerken, dass in jedem Verwendungsmodus Beispiele eines Elements, das für einen Benutzer als ein virtuelles Bild mit einer Form angezeigt wird, die einer Form eines zu überlagernden Objekts in einem Hintergrund folgt, Grafiken und Schriftzeichen umfassen, die Informationen über eine Straße wie Routenführungsinformationen oder eine Position einer Fahrspurmarkierung angeben.
In der Beschreibung oben haben die externen Vorrichtungen wie das Anzeigemedium und das Navigationssystem keine Einschlussbeziehung mit der Anzeigevorrichtung 100. Diese Vorrichtungen können jedoch die Einschlussbeziehung zueinander aufweisen. Beispielsweise weicht eine Auslegung, bei der die Anzeigevorrichtung 100 das Anzeigemedium enthält, oder eine Auslegung, bei der das Navigationssystem die Anzeigevorrichtung 100 enthält, nicht vom Erfindungsgeist der vorliegenden Erfindung ab.
In der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform können die Bestandteile durch dedizierte Hardware oder durch Ausführung von Software-Programmen, die für die jeweiligen Bestandteile geeignet sind, umgesetzt sein. Die Bestandteile können durch einen Programmausführungsbereich wie eine CPU oder einen Prozessor, der auf einem Aufzeichnungsdatenträger wie einer Festplatte oder einem Halbleiterspeicher gespeicherte Software-Programme liest und ausführt, umgesetzt sein.
Die Anzeigevorrichtung gemäß einem Aspekt ist oben anhand der beispielhaften Ausführungsform beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt. Anordnungen, in denen verschiedene, durch Fachleute ersonnene Abwandlungen an der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform vorgenommen sind, und Aspekte, die durch ein Kombinieren von Bestandteilen in unterschiedlichen beispielhaften Ausführungsformen erstellt sind, können auch in den technischen Umfang der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung fallen, ohne vom Erfindungsgeist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Anzeigevorrichtung anwendbar, die ein virtuelles Bild mit Hilfe eines Anzeigemediums anzeigt. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise auf ein Fahrzeug-HUD anwendbar, das ein virtuelles Bild mit Hilfe einer Windschutzscheibe als das Anzeigemedium anzeigt.
Bezugszeichenliste

100: Anzeigevorrichtung
110: Steuerung
120: Lichtquelle
130: Abtaster
140: Bildschirm
150: Antriebseinheit
160: Projektionseinheit
190: Anzeigemedium
200: Fahrzeug
210: Windschutzscheibe
220: Armaturenbrett

Claims

Anzeigevorrichtung, umfassend ein optisches System zum Anzeigen eines virtuellen Bilds, das dreidimensional ist, mit Hilfe eines Anzeigemediums, das durchsichtig ist, wobei das optische System enthält einen Laser, der ausgelegt ist, Laserlicht zu emittieren, einen MEMS-Abtaster (Micro Electro Mechanical System Abtaster), der ausgelegt ist, das Laserlicht zu empfangen und zu reflektieren und mit dem Laserlicht, das reflektiert wird, eine Abtastung durchzuführen, ein Bildschirm, der ausgelegt ist, auf einer Oberfläche des Bildschirms ein Bild auszubilden, indem der MEMS-Abtaster die Oberfläche mit dem Laserlicht abtastet, eine Projektionseinheit, die ausgelegt ist, ein virtuelles Bild zu erzeugen, das von einem Benutzer wahrgenommen wird, indem das auf der Oberfläche des Bildschirms ausgebildete Bild auf das Anzeigemedium projiziert wird, und eine Antriebseinheit, die ausgelegt ist, den mit dem Laserlicht abgetasteten Bildschirm in einem vorgegebenen Abschnitt entlang eines optischen Wegs des optischen Systems in einem vorgegebenen Zyklus hin- und herzubewegen, wobei der MEMS-Abtaster die Abtastung durch wiederholte Rasterabtastung des Bildschirms mit dem Laserlicht in einem Abtastzyklus durchführt, der mit dem vorgegebenen Zyklus synchronisiert ist, und bei der Rasterabtastung eine vertikale Bewegungsgeschwindigkeit einer Abtastlinie auf dem Bildschirm entsprechend einer Form eines Objekts, das in einem Hintergrund enthalten ist und bei der Betrachtung durch den Benutzer mit dem virtuellen Bild überlagert ist, ändert.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Objekt, das in dem Hintergrund des virtuellen Bilds enthalten ist, eine Straße ist, die sich in einer Route des Benutzers nach vorne erstreckt, und der MEMS-Abtaster die vertikale Bewegungsgeschwindigkeit auf Grundlage von geographischen Informationen, die eine Form der Straße angeben, ändert, um eine Form des virtuellen Bilds zu veranlassen, der Form der Straße vertikal zu folgen.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Anzeigemedium eine Windschutzscheibe eines Fahrzeugs ist, das optische System in dem Fahrzeug montiert ist, die geographischen Informationen mindestens eine Art von Informationen aus erfassten geographischen Informationen, die mit Hilfe eines Sensors erhalten werden, der in dem Fahrzeug montiert und ausgelegt ist, eine Geländeform vor dem Fahrzeug zu erfassen, und Karteninformationen, welche die Geländeform vor dem Fahrzeug angeben, umfassen, und das virtuelle Bild eine Grafik oder ein Schriftzeichen zur Präsentation für den Benutzer enthält, die bzw. das mindestens eine Art von Informationen aus Routenführungsinformationen und Informationen über die Straße angibt.