JP2005070352A - 投写装置 - Google Patents
投写装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005070352A JP2005070352A JP2003299220A JP2003299220A JP2005070352A JP 2005070352 A JP2005070352 A JP 2005070352A JP 2003299220 A JP2003299220 A JP 2003299220A JP 2003299220 A JP2003299220 A JP 2003299220A JP 2005070352 A JP2005070352 A JP 2005070352A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dmd
- sheet
- diagram
- projection
- light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Lighting Device Outwards From Vehicle And Optical Signal (AREA)
Abstract
【課題】 光で線図を投写する際のエネルギ効率に優れる投写装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 光で線図を投写する投写装置1であって、複数の可動ミラー素子が2次元的に配列された第1反射手段4aと、光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームSBを形成する第1光学系2,3と、第1光学系3から入射したシート状ビームSBを第1反射手段4aとの間で複数回反射するようにミラーが配置された第2反射手段4bと、投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段6とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 光で線図を投写する投写装置1であって、複数の可動ミラー素子が2次元的に配列された第1反射手段4aと、光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームSBを形成する第1光学系2,3と、第1光学系3から入射したシート状ビームSBを第1反射手段4aとの間で複数回反射するようにミラーが配置された第2反射手段4bと、投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段6とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、光で線図を投写する投写装置に関する。
光で画像を投影する装置としては、DLP[Digital Light Processing](登録商標)技術を実現するDMD[Digital Micromirror Device]を利用した装置がある。特許文献1には、DMDを利用して光線で所定の形状を投影し、その光線の形状を変更することができるプログラマブル光線形状変更装置について開示されている。
特表2000−504847号公報
近年、自動車における安全性を更に向上させるために、走行状態や運転操作状態から自車の進路を予測する進路予測装置の開発が進められている。進路予測装置では、ドライバにその予測した進路を知らせる必要がある。予測進路を知らせる方法の1つとして、その予測進路を路面上に光で線図として投写する方法があり、DMDを利用した装置を適用することが検討されている。
しかし、従来のDMDを利用した装置は、平面上に動画を投影するためのプロジェクタなので、予測進路等の線図を投影する場合には光のエネルギ効率が低くなる。というのは、この装置では、DMD全体を利用して自由な像を投影するために、2次元的に配列された多数のDMD素子(マイクロミラー)からなるDMD全体に光を照射しているので、線だけを投影する場合には(線のエネルギ=全体のエネルギ×線の面積/全体の面積)となる。つまり、この装置では、線図を投影するためにDMD全体に照射した光のエネルギのうちのごく一部のエネルギしか使用しないので、光のエネルギを有効に活用できない。さらに、この装置では、現実的な光源を用いた場合、非常に弱い光による線図しか投写できない。そのため、この装置を利用して予測進路の線図を昼間等の周りが明るいときに路面上に投写した場合、その投写した線図を認識することができない。
そこで、本発明は、光で線図を投写する際のエネルギ効率に優れる投写装置を提供することを課題とする。
本発明に係る投写装置は、複数の可動ミラー素子が2次元的に配列された第1反射手段と、光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームを形成する第1光学系と、第1光学系から入射したシート状ビームを第1反射手段との間で複数回反射するようにミラーが配置された第2反射手段と、投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段とを備えることを特徴とする。
この投写装置では、第1反射手段と第2反射手段との間でシート状ビームが反射を繰り返しながら入射側から出射側に進行していくように、第1反射手段の可動ミラー素子(非駆動状態)と第2反射手段のミラーとが対向して配置されている。この可動ミラー素子は、非駆動状態では反射光を第2反射手段のミラーに対して反射するようにミラーの角度が設定され、駆動状態では反射光を第2反射手段を避けて出射するようにミラーの角度が設定されている。したがって、投写装置では、第1光学系から線状のシート状ビームを第1反射手段又は第2反射手段に入射させると、その入射したシート状ビームが第1反射手段の非駆動状態の可動ミラー素子と第2反射手段のミラーとの間で反射しながら入射側から出射側に進行していく。そして、投写装置では、制御手段によって投写する任意形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動すると、その駆動状態の可動ミラー素子が角度を変える。この駆動状態の可動ミラー素子で反射された反射光は、第2反射手段との反射経路から外れて出射し、投写光として任意形状の線図を形成する。このように、投写装置は、線からなる各種形状を投写するために、線状のシート状ビームを入射させ、そのシート状ビームを変形させて出射させるので、光のエネルギのロスが非常に少ない。つまり、光源からの光の大部分を実際の投写光として有効活用でき、光エネルギの効率が非常に高くなる。また、投写装置は、2次元的に配列された可動ミラー素子のうちの任意形状に対応した位置の可動ミラー素子を駆動させることによって様々な線形状を投写可能であり、投写する線形状の自由度が高い。さらに、投写装置は、スポット光のスキャンによる描写のように強力な光が一点に集中するようなことがないので、安全性にも優れる。
なお、シート状ビームは、光路に垂直な面における投影形状が線状のビームなので、その線状のビームが直進することによってシート状のビームを形成する。投写する形状は、線で表すことができる様々な形状であり、直線、曲線、屈曲線、斜線等の単純な線だけでなく、円、楕円、多角形、文字、絵柄等の様々な形状を含む。
本発明の上記投写装置では、シート状ビームは、第1反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さが可動ミラー素子の2個分以上であると好適である。
この投写装置では、シート状ビームの第1反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さ(すなわち、第1反射手段への投影形状における線形状の幅)が可動ミラー素子の2個分以上あるので、ビーム進行方向に沿って配列されている各可動ミラー素子列において、第1反射手段と第2反射手段との間で反射する反射光は複数個の可動ミラー素子で反射する。そのため、各可動ミラー素子列において、任意の位置の可動ミラー素子を駆動して反射光の一部を出射させても、その任意の位置の可動ミラー素子に隣接する非駆動状態の可動ミラー素子によって残りの反射光を第2反射手段に反射し、任意の位置の可動ミラー素子より下流側の可動ミラー素子を駆動して残りの反射光を出射させることができる。つまり、投写装置では、各可動ミラー素子列において1本のシート状ビームから複数本の線状の反射光を出射させることができ、単純な自由曲線だけでなく、2本以上の線の組み合わせ、文字、円等の複雑な線図を投写することができる。
なお、ビーム進行方向は、シート状ビーム(反射光)が反射を繰り返しながら入射側から出射側へ進行していく方向である(本実施の形態では、図4に示すX軸方向である)。
本発明の上記投写装置では、制御手段によって選択的に駆動された可動ミラー素子からの反射光を補正する第2光学系を備える構成としてもよい。
この投写装置では、第2光学系によって駆動された可動ミラー素子によって反射されて出射された反射光を補正し、投写する。このように補正を施して投写することによって、投写光を見る人にとっては投写された形状が見やすい形や大きさとなる。補正としては、回転、拡大縮小、歪みの修正等を含む。例えば、投写装置を車両に搭載した場合、第1光学系から入射した横向き(車両の左右方向)のシート状ビームを第2光学系によって縦向き(車両の前後方向)の線図として投写できるので、路面上に縦長の線図を投写する場合でも、光源からの光を投写光として有効活用できる。つまり、縦長の線図を投写するために、第1反射手段に幅広いシート状ビームを入射させる必要がなく、幅狭いシート状ビームで縦長の線図を投写することができる。また、投写光を見る人にとって十分に認識可能な大きさとなるように、第2光学系によって反射光を拡大又は縮小する。また、投写装置を車両に搭載した場合、路面に対して斜めに反射光を投写するので、反射光をその形状のまま路面上に投写すると形状が歪んでしまう。そこで、弟2光学系によって、ドライバ等から見て歪みがないように、この斜めに投写する場合に発生する歪みに対する修正を行う。
本発明の上記投写装置では、第1反射手段は、制御手段によって駆動されていない状態では、2次元的に配列されている可動ミラー素子で水平面を形成する構成にすると好適である。
この投写装置では、2次元的に配列されている可動ミラー素子(非駆動状態)が水平面を形成しているので、非駆動状態では隣接する可動ミラー素子間に段差が無く、反射する際のロスが無いかあるいは殆ど無くなる。つまり、可動ミラー素子間に段差がある場合にはその段差で回折することによる散乱が発生するが、水平面で回折しないので、反射光を全反射することができる。
本発明の上記投写装置では、第1反射手段又は第2反射手段に入射したシート状ビームにおけるビーム進行方向の入射側のビームを、シート状ビームが入射したときの投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内で2回以上反射させるように構成すると好適である。
この投写装置では、シート状ビームの入射側のビームをシート状ビームの第1反射手段又は第2反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内(すなわち、各反射手段へのシート状ビームの投影形状における線形状の幅の範囲内)で2回以上反射させるように構成することによって、ビーム進行方向に沿って配列されている可動ミラー素子列において離れた位置の可動ミラー素子に各々入射した各ビームをその可動ミラー素子列において近接したあるいは同一の可動ミラー素子で反射させることができる。そのため、反射を繰り返すほど、幅広い反射光が幅狭い反射光になり、その幅狭い反射光が反射する可動ミラー素子の数が少なくなり、集中した投写光を出射させることができる。このように、投写装置では、幅広いシート状ビームでも幅が狭くて輝度の高い反射光を投写することができるので、昼間の路面等の周りが明るい箇所に投写する場合でも認識可能な光を投写することができる。入射側のビームをシート状ビームの投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内で2回以上反射させるようにする方法としては、例えば、シート状ビームを小さな入射角度で第1反射手段又は第2反射手段に入射させる方法、第1反射手段と第2反射手段との間隔を入射側に比べて出射側が狭くなるように第1反射手段と第2反射手段とを配置させる方法がある。なお、シート状ビームの入射角度は、シート状ビームを入射させる第1反射手段の可動ミラー素子又は第2反射手段のミラーに鉛直な方向とシート状ビームとがなす角度である。
本発明の上記投写装置は、車両に搭載され、車両の走行状態及び運転操作状態の少なくとも一方の状態に基づいて車両の進路を予測する進路予測手段を備え、制御手段は、進路予測手段によって予測された進路に対応する形状を路面に投写するために、可動ミラー素子を選択的に駆動する構成としてもよい。
この投写装置は、車両に搭載され、予測進路を線図として路面上に光で投写する。そのために、投写装置は、進路予測手段によって車両の走行状態及び運転操作状態の少なくとも一方の状態に基づいて路面上に投写する線図の元となる車両の進路を予測する。そして、投写装置では、制御手段によってその予測した進路に相当する線図に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動し、その線図を路面上に投写する。このように、この投写装置は、車両のドライバに対して運転ガイドとして機能させることができ、車両のドライバや車両の周囲に対して視覚的に注意を促すことができる。また、この投写装置は、光源からの光の大部分を投写光として活用するので、ドライバやドライバ以外の周囲の人に対して不要な光を発すことを抑制することができる。このように、本発明に係る投写装置は、線図を投写する場合の高いエネルギ効率、線図形状の高い自由度、安全性、高い輝度等の特徴を有しているので、路面上に線図で予測進路を表す装置としては最適な装置である。
なお、走行状態は、車両の走行状態を示すものであり、例えば、車速、前後方向の加速度、左右方向の加速度、ヨーレートである。運転操作状態は、ドライバによる運転操作を示すものであり、例えば、ステアリング角度、アクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量である。
本発明によれば、光で線図を投写する際に、非常に高いエネルギ効率で光源からの光を投写光として活用することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る投写装置の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、本発明に係る投写装置を、自動車(車両)に搭載される進路予測装置に適用する。本発明に係る進路予測装置は、ドライバの運転を支援して走行上の安全性を向上させるために、自車の予測進路を線図として路面上にレーザ光で投写する。この進路予測装置では、第1反射手段としてDMDを利用する。
図1〜図5を参照して、進路予測装置1の構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る進路予測装置の構成図である。図2は、図1の線図形成部においてDMD素子がオフ状態の場合の斜視図である。図3は、図1の線図形成部においてDMD素子がオン状態の場合の斜視図である。図4は、図1の線図形成部におけるDMDの斜視図である。図5は、図1の線図形成部におけるDMDのDMD素子と対向ミラー部のミラーとの関係を示す図である。なお、各図では、DMDにおけるDMD素子の数を省略して描いているが、実際には多数のDMD素子が存在する。また、各図では、1個のDMD素子でのみシート状ビームを反射するように描いているが、実際には複数個のDMD素子でシート状ビームを反射している。
進路予測装置1は、自動車に搭載され、自動車の走行状態及びドライバの運転操作状態から自車の進路を予測し、その予測した進路をレーザ光による線図で路面上に投写する装置である。特に、進路予測装置1は、高いエネルギ効率で光源からのレーザ光を投写光として活用することができる。そのために、進路予測装置1は、レーザ光源2、ビーム形成光学部3、線図形成部4、ECU[Electronic Control Unit]5、DMD制御部6、拡大補正光学部7、ステアリング角度センサ10、ヨーレートセンサ11、前後Gセンサ12、横Gセンサ13、車速センサ14を備えている。
なお、本実施の形態では、レーザ光源2及びビーム形成光学部3が特許請求の範囲に記載する第1光学系に相当し、ECU5が特許請求の範囲に記載する進路予測手段に相当し、DMD制御部6が特許請求の範囲に記載する制御手段に相当し、拡大補正光学部7が特許請求の範囲に記載する第2光学系に相当する。
レーザ光源2は、レーザ光LLを発す光源である。レーザ光LLとしては、太陽光等の光のあたる路面においても周りから投写光を認識し易い色(波長)のレーザ光(例えば、グレーンレーザ光)を用いる。
ビーム形成光学部3は、レーザ光源2からのレーザ光LLからシート状ビームSBを形成する光学系であり、レンズ系で構成される。ビーム形成光学部3では、投影形状が円又は楕円のレーザ光LLを絞って均等に引き延ばし、線状にレーザ光を変形させる。シート状ビームSBは、そのビームの光路に垂直な面における投影形状が線形状であり、所定の幅を有している。この所定の幅は、シート状ビームSBがDMD4aに入射して投影された場合に複数個のDDM素子40に対して投影される幅を有しており、例えば、DMD4aへの投影形状における線形状が1mm程度の幅を有する場合にはDDM素子40の一辺の長さの数10〜100倍程度の長さに相当する幅である。なお、シート状ビームSBの線形状の幅は、ビームの光路に垂直な面のおける線状に引き延ばされた方向に対して鉛直な方向の長さである。また、シート状ビームSBのDMD4aへの投影形状における線形状の幅は、DMD4aへの投影形状におけるシート状ビームSB(反射ビームRB)がDMD4aと対向ミラー部4bとの間を反射しながら進行していく方向(X軸方向)の長さである(図4参照)。
なお、ビーム形成光学部3から線図形成部4にシート状ビームSBを入射させる場合、DMD4aに入射させてもよいし、あるいは、対向ミラー部4bに入射させてもよい。入射させる際の入射角度は、ビーム形成光学部3と線図形成部4との位置関係で調整することができる。
線図形成部4は、一本の線状のシート状ビームSBを変形や分割させて、予測進路に対応した線図ビームDBを形成する。そのために、線図形成部4は、DMD4aと対向ミラー部4bからなる。線図ビームDBは、投影形状が直線、斜線、屈曲線、曲線、円、文字等の線からなるビームであり、1本又は複数本のビームからなる。なお、本実施の形態では、図4及び図5に示すように、シート状ビームSB(反射ビームRB)がDMD4aと対向ミラー部4bとの間を反射しながら進行していく方向をX軸方向とし、シート状ビームSBが線状に延びる方向をY軸方向とし、XY平面に鉛直な方向をZ軸方向とする。
なお、本実施の形態では、DMD4aが特許請求の範囲に記載する第1反射手段に相当し、対向ミラー部4bが特許請求の範囲に記載する第2反射手段に相当する。
DMD4aは、CMOS半導体上に独立して動く多数(例えば、数10万〜100万個)のDMD素子40,・・・が2次元的(XY平面)に配列された光半導体である。DMD4aでは、DMD素子40,・・・がDMD制御部6によって選択的にオン/オフされ、オフ状態のDMD素子40a,・・・が対向ミラー部4bに向かって反射ビームRBを反射し(図2参照)、オン状態のDMD素子40b,・・・(図3において、ドットで描いたDMD素子)が対向ミラー部4bを外して反射ビームRBを反射して線図ビームDBを出射する(図3参照)。
DMD素子40は、その対角線DOLを回転軸として±12度傾くことがでるマイクロミラーであり、一辺が10数ミクロン程度の正方形である(図4参照)。DMD素子40は、オフ状態(非駆動状態)の場合には−12度傾き、オン状態(駆動状態)の場合には+12度傾くように構成される。そして、DMD素子40は、オフ状態のときには対向ミラー部4bの各ミラー41,・・・に対して反射ビームRBを反射し、オン状態のときには対向ミラー部4bを避けて拡大補正光学部7に向けて反射ビームRBを反射するように、3次元的(XYZ空間)に配置される。図4には、全てのDMD素子40,・・・がオフ状態の場合のDMD4aが示されており、DOFで示す方向(実線の矢印)がオフ状態のDMD素子40の面に鉛直な方向であり、DONで示す方向(破線の矢印)がオン状態のDMD素子40の面に鉛直な方向である。このオフ状態のときの鉛直方向DOFは、図5に示すように、X軸とY軸との中間方向からZ軸方向に延びる方向となる。なお、DMD素子40への反射ビームRBの入射方向は、X軸とオフ状態のときの鉛直方向DOFとで形成する平面内にある。
対向ミラー部4bは、DMD4aに対向し、DMD4aとの間で反射ビームRBを複数回反射させための光学系である。対向ミラー部4bは、DMD4aの各DMD素子40,・・・に対応して微小なミラー41,・・・を備えており、各ミラー41,・・・が各DMD素子40,・・・に対応して2次元的(XY平面)に配列されている。
ミラー41は、3次元的に固定されたミラーであり、DMD素子40と同形状である。ミラー41は、対応するDMD素子40のオフ状態のときの鉛直方向DOFに対して鉛直となる角度かつX軸方向に半ピッチ分(DMD素子40の一辺の半分)ずらした位置に、3次元的(XYZ空間)に配置される(図5参照)。したがって、図5に示すように、鉛直方向DOFとミラー41の鉛直方向MRとは平行であり、DMD素子40の対角線DOLとミラー41の対角線MOLとは平行かつX軸方向に半ピッチ分ずれている。このように、DMD素子40とミラー41とをX軸方向に半ピッチ分ずらして配置させることによって、反射ビームRBを反射させながらX軸方向に沿って進行させることができる。なお、ミラー41への反射ビームRBの入射方向は、X軸と鉛直方向MRとで形成する平面内にある。
ここで、図6を参照して、DMD4c及び対向ミラー部4dを水平面で形成した場合の線図形成部4の構成についても説明しておく。図6は、図1の線図形成部においてDMD及び対向ミラー部を水平面で形成した場合の側面図であり、(a)がDMD素子がオフ状態の場合であり、(b)がDMD素子がオン状態の場合である。
DMD4aではオフ状態の場合にはDMD素子40が−12度傾くように構成されていたが(図4参照)、DMD4cでは、DMD素子40,・・・がオフ状態の場合には傾きが0度であり、オン状態の場合には所定角度(例えば、+24°)傾くように構成される。したがって、DMD4cは、オフ状態の場合には、2次元的に配列されたDMD素子40,・・・で水平面が形成される。このDMD4cの構成に応じて、対向ミラー部4dは、一枚の水平面のミラーで構成され、オフ状態のDMD素子40,・・・に対して平行になるように配置される。
このように、DMD4cは、オフ状態の場合にDMD素子40,・・・で水平面を形成するように構成することによって、−12度傾けた場合のように隣接するDMD素子40,40間で段差ができない。段差がある場合、反射ビームRBが回折することによって散乱し、反射ビームRBを反射する際にエネルギのロスが発生する。しかし、水平面とすることによって、段差による回折がなくなり、反射ビームRBをロス無く反射することができる。
ECU5は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]等からなる電子制御ユニットである。ECU5では、ステアリング角度センサ10、ヨーレートセンサ11、前後Gセンサ12、横Gセンサ13、車速センサ14から検出値を取り入れ、各種検出値に基づいて自車の進路を予測する。そして、ECUD5では、その予測進路を路面上に投写するための線図情報に変換し、その線図情報を予測進路信号WSとしてDMD制御部6に出力する。予測進路を示す情報としては、基本的には車幅の間隔をあけた2本の線(曲線、直線、屈曲線等)からなるが、予測進路を示す矢印、距離や進行角度を示す文字情報等の他の情報でもよい。また、自車のドライバ以外の他車のドライバや歩行者等の自車の周辺の人にとって有益となる情報でもよい。なお、ECU5ではセンサ10〜14の検出値を用いて進路を予測する構成であるが、このセンサ10〜14のうちの幾つかだけを用いて進路を予測する構成でもよいし、あるいは、他のセンサの検出値を用いて進路を予測する構成でもよい。
ステアリング角度センサ10は、ドライバによって操作されたステアリングの角度を検出するためのセンサである。ヨーレートセンサ11は、自車の回転する速度(ヨーレート)を検出するためのセンサである。前後Gセンサ12は、自車の前後方向の加速度を検出するためのセンサである。横Gセンサ13は、自車の左右方向の加速度を検出するためのセンサである。車速センサ14は、自車の車輪速度を検出するためのセンサである。これらセンサ10〜14は、ECU5に接続され、各検出値をECU5に送信する。なお、センサ10〜14は、進路予測装置1の専用のセンサでもよいし、他の装置で共用するセンサでもよい。
ちなみに、予測進路の情報としては、自動車は直進走行することが多いので、自動車の直進方向(前後方向)に平行となる2本の直線となることが多い。線図形成部4においてX軸方向に平行な2本の直線(縦長の線)を線図ビームDBとして出射する場合、シート状ビームSBの線形状の幅を広くする必要があり、エネルギ効率が低下する(つまり、レーザ光源2のレーザ光LLの大部分を投写光として活用しない)。そこで、進路予測装置1は、線図形成部4がY軸方向が自動車の前後方向になるように配置され、線図形成部4から出射された線図ビームDBを拡大補正光学部7で90度回転させるように配置されている。したがって、予測進路の情報が自動車の直進方向に対して平行となる2本の直線となる場合、線図形成部4おいてはY軸方向に平行な2本の直線を線図ビームDBとして出射し、その線図ビームDBを拡大補正光学部7で90度回転させて直進方向に対して平行となる2本の直線として投写する。このように、構成することにより、シート状ビームSBの線形状の幅を狭くでき、エネルギ効率が向上する(つまり、レーザ光源2のレーザ光LLの大部分を投写光として活用できる)。
DMD制御部6は、DMD4aのDMD素子40,・・・のオン/オフを制御する制御部である。DMD制御部6では、予測進路信号WSの線図情報に基づいて、DMD4aに2次元的に配列されているDMD素子40,・・・の中からその線図に対応した位置のDMD素子を選択する。そして、DMD制御部6では、静電効果を利用して静電容量により、その選択したDMD素子40a,・・・に電荷をもたせ、そのDMD素子40a,・・・を回転駆動する(図3参照)。
拡大補正光学部7は、線図形成部4から出射された線図ビームDB(オン状態のDMD素子40bで反射された反射ビームRB)に対して路面上に投写するために必要な拡大及び補正並びに回転を施す光学系であり、レンズ系で構成される。拡大補正光学部7は、線図形成部4から出射された線図ビームDBを入射可能な位置に配置される。拡大補正光学部7では、路面に投写した場合にドライバに十分に認識可能な大きさまで線図ビームDBを拡大する。また、自動車に搭載されている進路予測装置1では路面に対して斜めに投写ビームPBを投写するので、線図ビームDBをその形状のまま路面上に投写すると形状が歪んでしまう。そこで、拡大補正光学部7では、ドライバから見て歪みがないように、この斜めに投写する場合に発生する歪みに対する補正を行う。また、拡大補正光学部7では、線図形成部4から出射された線図ビームDBを90度回転させる。このように、拡大補正光学部7では、線図ビームDBに拡大、歪み補正、90度回転を施し、投写ビームPBを路面上に投写する。
なお、進路予測装置1では、基本的にはドライバに対して予測した進路を道路面を介して線図で知らせるために投写ビームPBを形成するが、周りの歩行者や他車のドライバに対してもその予測した進路の情報を道路面を介して線図で提供できるように投写ビームPBを形成する構成としてもよい。その場合、予測した進路を周りの歩行者やドライバに対して正しい情報として提供するために補正する必要がある。この補正には、DMD素子40,・・・を制御する前段階で電気的に補正するDMD制御部6(又はECU5)で行ってよいし、あるいは、後段階で光学的に補正する拡大補正光学部7で行ってもよい。特に、自車から遠くまで投写する場合には、線図を見やすくするために、この電気的な補正と光学的な2つの補正を組み合わせてもよい。
ちなみに、進路予測装置1は、X軸方向に沿ってオフ状態のDMD素子40,・・・によって最後まで反射されて線図形成部4から出射される反射ビームRBを吸収する光吸収部(図示せず)も備えている。この最後まで反射した反射ビームRBは線図ビームDBとは反対側に出射される。したがって、光吸収部は、拡大補正光学部7の反対側で、線図形成部4から出射された反射ビームRBを入射可能な位置に配置される。
ここで、図7を参照して、ビーム形成光学部3から線図形成部4にシート状ビームSBを入射させる際の入射角度について説明する。図7は、図6の線図形成部に対してシート状ビームを小さい入射角度で入射させた場合の側面図であり、(a)がDMD素子がオフ状態の場合であり、(b)がDMD素子がオン状態の場合である。なお、図7に示す線図形成部4は、図6に示すDMD4c及び対向ミラー部4dを水平面で形成した場合である。
進路予測装置1では、シート状ビームSBの入射角度が小さくなるように、線図形成部4に対してビーム形成光学部3が配置される。所定の幅を有するシート状ビームSBを入射させた場合、シート状ビームSBは、X軸に沿って配列されているDMD素子40,・・・列の複数個分に入射し、入射した各DMD素子40で各々反射する。シート状ビームSBに含まれる各反射ビームRB1,RB2,RB3,・・・は、入射角度θを小さくするほど近接したDMD素子40で反射して進行していき、逆に、入射角度θを大きくするほど離れたDMD素子40で反射して進行していく。したがって、反射ビームRB1,RB2,RB3,・・・は、入射したときには離れた位置のDMD素子40,・・・に入射するが、入射角度θが小さいと、反射を繰り返すことによって接近したDMD素子40,・・・で反射し、反射ビーム間が狭くなり、少ない数のDMD素子40で反射するようになる。このように反射ビーム間隔が狭くなるように反射させるためには、シート状ビームSBがDMD4cに入射したときの投影形状における線形状の幅の範囲内でシート状ビームSBの入射側の反射ビームRB1(破線の反射ビーム)が2回以上反射できるように、小さな入射角度θに設定する必要がある。図7(b)に示す例では、幅広いシート状ビームSBを小さい入射角度θで入射させることによって、各反射ビームRB1,RB2,RB3は、入射したときには異なるDMD素子40a,40a,40aで反射するが、反射を繰り返すことによって同じDMD素子40b(オン状態)に集中し、このDMD素子40bで反射して幅狭い線図ビームDBとして出射している。このように、入射角度を小さくするほど、反射繰り返すことによって反射ビームRB1,RB2,RB3,・・・が集中していく。そのため、進路予測装置1では、幅広いシート状ビームSBでも、幅の狭い線図を投写でき、更に、輝度の高い光を投写することができる。なお、入射角度θは、DMD4cのオフ状態のDMD素子40a(対向ミラー部4dのミラー)に対して鉛直な方向とシート状ビームSBとがなす角度である。
なお、入射角度θを小さくするためには、ビーム形成光学部3から出射したシート状ビームSBを対向ミラー部4dに透過させ、DMD4cに入射させる必要がある。そこで、対向ミラー部4dの少なくとも入射側は、ホログラム材料で形成され、ビーム形成光学部3の方向からきたレーザ光を透過し、DMD4cの方向からきたレーザ光を反射するように構成される。
図1〜図3を参照して、進路予測装置1の動作について説明する。
進路予測装置1では、レーザ光源2からレーザ光LLを出射し、ビーム形成光学部3でそのレーザ光LLを絞って線状のシート状ビームSBを形成する。このシート状ビームSBの線形状は、線図形成部4のY軸方向の長さに相当する程度の長さを有し、DDM素子40の数10〜100個分の幅を有している。そして、進路予測装置1では、このシート状ビームSBを線図形成部4に入射させる。
線図形成部4では、シート状ビームSBが入射すると、所定の幅を有する反射ビームRBがDMD4aのオフ状態の(−12度で傾いた)DMD素子40,・・・と対向ミラー部4bのミラー41,・・・との間で反射を複数回繰り返し、X軸方向に沿って進行していく(図2参照)。ちなみに、反射ビームRBは、1回の反射で、X軸方向に配列されている複数個(例えば、数10個)分のDMD素子40,・・・で反射される。この1回の反射で使用されるDMD素子の数は、入射角度を小さくするほど、反射回数に応じて減少していく。
ECU5では、各種センサ10〜14からの検出値に基づいて自車の進路を予測し、その予測信号を線図情報とした予測進路信号WSをDMD制御部6に出力する。DMD制御部6では、その予測進路信号WSに基づいてオンするDMD素子40,・・・を特定し、静電容量を使ってその特定したDMD素子40,・・・に電荷を持たせる。
線図形成部4では、電荷を持ったDMD素子40,・・・が対角線DOL周りに回転駆動し、オン状態となる(図4参照)。オン状態のDMD素子40aは、−12度から+24度回転し、+12度傾く。そして、線図形成部4では、+12度傾いたDMD素子40a,・・・で反射した反射ビームRBが対向ミラー部4bを避けて出射し、線図ビームDBを形成する(図3参照)。例えば、線図ビームDBとして1本の線図のみを出射させる場合、X軸方向の各DMD素子40,・・・列において、1回の反射で使用される複数個分(1個分の場合もある)のDMD素子40,・・・を全てオンさせ、一度で、全ての反射ビームRBを線図形成部4から出射させる。また、線図ビームDBとして2本の線図を出射させる場合、X軸方向の各DMD素子40,・・・列において、1回の反射で使用される複数個分のDMD素子40,・・・のうちの半分だけオンさせ、半分の反射ビームRBを線図形成部4から出射させるとともに残り半分の反射ビームRBを続いてオフ状態のDMD素子40a,・・・で反射させ、再度、下流側の別の位置の複数個分(1個分の場合もある)のDMD素子40,・・・をオンさせ、残りの反射ビームRBを線図形成部4から出射させる。
線図形成部4から出射した線図ビームDBは、拡大補正光学部7に入射する。拡大補正光学部7では、線図ビームDBを拡大、歪み補正、90度回転し、投写ビームPBを路面上に投写する。この投写ビームPBは、ドライバから認識し易い形状であり、歩行者や他の車両のドライバにも十分に認識可能な形状となっている。また、投写ビームPBは、昼間でも十分に認識可能な輝度及び色を有している。
図8には、進路予測装置1で予測進路を投写した例であり、ドライバから見た予測進路(投写ビームPB)を示している。ドライバは、投写ビームPBによって前方の自動車Bや歩行者Mを避けて自車を走行させることを確認できる。また、投写ビームPBが自動車Bや歩行者Mに当たっている場合には、ドライバは、ステアイングSを左方向に回転操作することによって、その回転操作に連動して左方向に変化する投写ビームPBを視認しながらステアリング操作量を調整することができる。一方、前方の自動車Bのドライバや歩行者Mも、投写ビームPBを視認することによって、後方から自動車が迫っていることを認識できる。また、図8に示す例以外でも、交差点、ワインディングロード等の自動車自体を確認できない場所でも、路面上の投写ビームPBによって自動車が接近していることをその周辺のドライバや歩行者が認識できる。
図9には、図1の進路予測装置1が2台の自動車B1,B2に各々搭載され、その両方で予測進路を投写した例であり、2台の自動車B1,B2のうちの一方の自動車B1が車線変更しようとしているときの予測進路(投写ビームPB1,PB2)を示している。車線変更をしようとしている自動車B1のドライバは、自車の投写ビームPB1と車線変更先の自動車B2からの投写ビームPB2とが重なっていることを視認することによって、車線変更をできないことを認識でき、車線変更を中止する等の運転操作を行う。一方、自動車B2のドライバは、自車の投写ビームPB2と自動車B1からの投写ビームPB1とが重なっていることを視認することによって、車線変更をしようとしている自動車B1を迅速に認識でき、減速等の運転操作を行う。
このように、予測進路を示す投写ビームPBによって、進路予測装置1を搭載している自動車のドライバのみならず、その周辺の人にも注意を促すことができるので、安全性を向上させることができる。また、進路予測装置1を搭載している自動車のドライバは、その投写ビームPBが運転ガイドとなり、安全な進路をとるための運転操作を迅速に行うことができる。
この進路予測装置1によれば、線状のシート状ビームSBを入射させて線状の線図ビームDBを出射させる構成としたので、光エネルギを有効に活用でき、エネルギ効率が非常に高い。特に、進路予測装置1では、線図形成部4からの線図ビームDBを拡大補正光学部7で90度回転させて投写する構成としたので、自動車の前後方向の沿った線(縦長の線)を投写する場合でもDMD4a(4c)の広い範囲に光を照射する必要がなく、エネルギ効率が高くなる。
例えば、線図形成部4において100回反射させて反射ビームRBを入射端から出射端まで進行させる場合(つまり、シート状ビームSBの線状の幅をDMD4a(4c)のX軸方向の長さの100分の1程度とした場合)、DMD全体に対して光を照射する従来の装置に比べて、100分の1程度の光エネルギで線図を投写することができる。
また、進路予測装置1では、2次元的に配列されたDMD素子40,・・・をオン/オフ制御することによって、自由に線図を形成することができる。さらに、進路予測装置1では、シート状ビームSBの線形状の幅を複数個分のDMD素子40,・・・に相当する幅とすることによって、X軸方向に沿って配列されたDMD素子40,・・・列から反射ビームRBを複数回に分割して出射させることができ、文字や円等の複雑な線図を投写することができる。
また、進路予測装置1では、DMD4a(4c)全体に光を入射させるのではなく、線状のシート状ビームSBを入射させる構成としているので、レーザ光の強度を大きくすることによって、輝度の高い投写ビームPBを投写することができる。そのため、昼間等の路面が明るい場合でも、認識可能な投写ビームPBを投写することができる。特に、進路予測装置1では、シート状ビームSBの入射角度を小さくするとによって、複数回反射させながら反射ビームRBを集中させることができ、非常に輝度の高い線図ビームDBを出射させることができる。さらに、進路予測装置1は、強力な光が一点に集中するようなことがないので、投写ビームPBが人の眼に直射した場合でも許容される輝度であり、安全性にも優れている。
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
例えば、本実施の形態では本発明に係る投写装置を進路予測装置に適用したが、店舗や個人用のディスプレイ等の別の装置にも適用可能である。ディスプレイに適用する場合、従来のスキャン式の場合には安全上の制限から強い光を描写できない、また、プロジェクタの場合には投影面積が広いので十分な明るさを出せないが、本発明に係る投写装置を用いた場合には安全に効率良く線図を描写できるので昼間でも実用可能な線図を描写できる。また、本実施の形態では進路予測装置を自動車に搭載する構成としたが、自動二輪車等に搭載する構成としてもよい。
また、本実施の形態では1本(1色)のレーザ光を入射させる構成としたが、複数本(複数色)のレーザ光を入射させる構成としてもよい。また、本実施の形態ではレーザ光を入射させる構成としたが、レーザ光以外の光でもよい。また、本実施の形態ではシート状ビームの線形状の幅をDMD素子の複数個分として構成したが、レーザ光を非常に薄く絞れる場合や1個の可動ミラー素子(DMD素子)が大きい場合にはシート状ビームの線形状の幅をDMD素子の1個分として構成してもよい。
また、本実施の形態では拡大補正光学部で90度回転させる構成としたが、ミラー等の他の手段を利用して回転させる第2光学系を別体で構成してもよい。また、線図形成部からの線図ビームを回転させることなく投写できるように線図形成部が配置されている場合には、回転するための第2光学系を構成する必要はない。
また、本実施の形態では幅広いシート状ビームでも幅の狭い線図を投写できかつ輝度の高い光を投写するために、入射角度が小さなるように線図形成部に対してビーム形成光学部を配置させる構成としたが、DMDと対向ミラー部との間隔が入射側に比べて出射側が狭くなるようにDMDと対向ミラー部とを配置させる構成としてもよい。この場合には、入射角度が小さくなくても、幅広いシート状ビームでも幅の狭い線図ビームを出射できる。
1…進路予測装置、2…レーザ光源、3…ビーム形成光学部、4…線図形成部、4a,4c…DMD、4b,4d…対向ミラー部、5…ECU、6…DMD制御部、7…拡大補正光学部、10…ステアリング角度センサ、11…ヨーレートセンサ、12…前後Gセンサ、13…横Gセンサ、14…車速センサ、40…DMD素子、40a…オフ状態のDMD素子、40b…オン状態のDMD素子、41…ミラー
Claims (6)
- 複数の可動ミラー素子が2次元的に配列された第1反射手段と、
光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームを形成する第1光学系と、
前記第1光学系から入射したシート状ビームを前記第1反射手段との間で複数回反射するようにミラーが配置された第2反射手段と、
投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段と
を備えることを特徴とする投写装置。 - 前記シート状ビームは、前記第1反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さが可動ミラー素子の2個分以上であることを特徴とする請求項1に記載する投写装置。
- 前記制御手段によって選択的に駆動された可動ミラー素子からの反射光を補正する第2光学系を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載する投写装置。
- 前記第1反射手段は、前記制御手段によって駆動されていない状態では、前記2次元的に配列されている可動ミラー素子で水平面を形成することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載する投写装置。
- 前記第1反射手段又は前記第2反射手段に入射した前記シート状ビームにおけるビーム進行方向の入射側のビームを、シート状ビームが入射したときの投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内で2回以上反射させることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載する投写装置。
- 車両に搭載され、
前記車両の走行状態及び運転操作状態の少なくとも一方の状態に基づいて車両の進路を予測する進路予測手段を備え、
前記制御手段は、前記進路予測手段によって予測された進路に対応する形状を路面に投写するために、前記可動ミラー素子を選択的に駆動することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載する投写装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003299220A JP2005070352A (ja) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | 投写装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003299220A JP2005070352A (ja) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | 投写装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005070352A true JP2005070352A (ja) | 2005-03-17 |
Family
ID=34404500
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003299220A Pending JP2005070352A (ja) | 2003-08-22 | 2003-08-22 | 投写装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005070352A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006327334A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Nissan Motor Co Ltd | 車両用前照灯制御装置 |
JP2015152724A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | トヨタ自動車株式会社 | 投影装置 |
-
2003
- 2003-08-22 JP JP2003299220A patent/JP2005070352A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006327334A (ja) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Nissan Motor Co Ltd | 車両用前照灯制御装置 |
JP4497026B2 (ja) * | 2005-05-24 | 2010-07-07 | 日産自動車株式会社 | 車両用前照灯制御装置 |
JP2015152724A (ja) * | 2014-02-13 | 2015-08-24 | トヨタ自動車株式会社 | 投影装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6395393B2 (ja) | 車両の運転支援装置 | |
JP7254832B2 (ja) | ヘッドアップディスプレイ、車両用表示システム、及び車両用表示方法 | |
JP6746270B2 (ja) | 車両用表示システム | |
JP2018124461A (ja) | 表示装置、移動体装置及び表示方法。 | |
JP6538635B2 (ja) | 車両用照明装置 | |
JP7512252B2 (ja) | 車両用ヘッドアップディスプレイおよび車両用ヘッドアップディスプレイシステム | |
EP3486557A1 (en) | Light irradiation device and vehicular lamp | |
JP2005161977A (ja) | 車両用走行支援装置 | |
JP6516151B2 (ja) | 情報提供装置、情報提供方法及び情報提供用制御プログラム | |
JP6350247B2 (ja) | 画像処理装置 | |
JP7282789B2 (ja) | 車両用表示システム、車両システム及び車両 | |
JP2004102889A (ja) | 車両検出装置 | |
JP2016118851A (ja) | 虚像表示装置 | |
CN110834583A (zh) | 车辆用显示系统及车辆 | |
WO2019004244A1 (ja) | 表示システム、情報提示システム、表示システムの制御方法、プログラム、及び移動体 | |
JP6285203B2 (ja) | 車両の空中像表示装置 | |
JP5338176B2 (ja) | 映像表示装置 | |
JP2017015806A (ja) | 虚像表示装置 | |
US20190322210A1 (en) | Apparatus and method for notifying expected motion of vehicle | |
JP4998239B2 (ja) | 車載用表示装置 | |
JP2010254149A (ja) | ヘッドアップディスプレイ装置 | |
JP5663102B2 (ja) | 表示装置、表示方法及び表示プログラム | |
JP2005070352A (ja) | 投写装置 | |
JP6728727B2 (ja) | 車両用表示装置 | |
JP5533763B2 (ja) | 車載レーダ装置 |