JP2017167183A - Image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。 The present invention relates to an image display device, and is suitable for mounting on a moving body such as a passenger car, for example.
近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、画像情報により変調された光がウインドシールド(フロントガラス)に向けて投射され、その反射光が運転者の目に照射される。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や外気温等が、虚像として表示される。最近では、ナビゲーション画像や、通行人を注意喚起する画像を虚像として表示することも検討されている。 In recent years, an image display device called a head-up display has been developed, and is mounted on a moving body such as a passenger car. In a head-up display mounted on a passenger car, light modulated by image information is projected toward a windshield (front glass), and the reflected light is irradiated to the driver's eyes. As a result, the driver can see a virtual image of the image in front of the windshield. For example, the vehicle speed, the outside temperature, etc. are displayed as a virtual image. Recently, displaying navigation images and images that call attention to passers-by are also considered as virtual images.
上記ヘッドアップディスプレイでは、虚像を生成するための光源として、半導体レーザ等のレーザ光源が用いられ得る。この構成では、映像信号に応じてレーザ光が変調されつつ、レーザ光がスクリーンを走査する。スクリーンでは、レーザ光が拡散され、運転者の目に照射される光の領域が広げられる。これにより、運転者が多少頭を動かしても、目が照射領域から外れなくなり、運転者は、良好かつ安定的に画像(虚像)を見ることができる。 In the head-up display, a laser light source such as a semiconductor laser can be used as a light source for generating a virtual image. In this configuration, the laser beam scans the screen while the laser beam is modulated in accordance with the video signal. On the screen, the laser light is diffused and the area of the light irradiated to the driver's eyes is expanded. As a result, even if the driver moves his head to some extent, the eyes do not come out of the irradiation area, and the driver can see the image (virtual image) well and stably.
以下の特許文献1には、スクリーンを光軸方向に移動させて、虚像の結像位置を前後方向に変化させる構成が記載されている。この構成では、モータ、送りネジおよびラックを用いて、スクリーンが駆動される。
The following
スクリーンの位置を光軸方向に高速で変化させながら、スクリーンに一連の画像を描画することにより、運転者に、奥行き方向に広がる画像を視認させることができる。また、スクリーンを所定の位置で停止させて画像を描画すれば、奥行き方向の所定の位置に立像を認識させることができる。これにより、たとえば、車両の進行方向を示す矢印等の奥行き方向に広がった画像(以下、「奥行き画像」という)を交差点に重ねて表示し、交差点より手前にある傷害物に危険を示す画像を重ねて表示することが可能となる。この場合、奥行き画像と固定距離の立像を1つの画像として運転者に視認させるためには、スクリーンを高速で移動させ、停止させる必要がある。 By drawing a series of images on the screen while changing the screen position at a high speed in the optical axis direction, the driver can visually recognize an image spreading in the depth direction. Further, if an image is drawn by stopping the screen at a predetermined position, a standing image can be recognized at a predetermined position in the depth direction. Thereby, for example, an image spreading in the depth direction such as an arrow indicating the traveling direction of the vehicle (hereinafter referred to as “depth image”) is displayed so as to overlap the intersection, and an image showing danger to the obstacle in front of the intersection is displayed. It is possible to display them in a superimposed manner. In this case, in order for the driver to visually recognize the depth image and the standing image of a fixed distance as one image, it is necessary to move the screen at high speed and stop it.
このとき、スクリーンを移動させるスクリーン駆動機構をオープン制御する場合、スクリーン駆動機構を駆動するスクリーン駆動回路の動作とスクリーンの位置を観測しながら、スクリーンの実際の動きが移動プロファイルにおける目標値に近づくように、製造段階において駆動パルスの数とスクリーンを移動させる方向を手動で調整していた。 At this time, when the screen drive mechanism that moves the screen is controlled open, the actual movement of the screen approaches the target value in the movement profile while observing the operation of the screen drive circuit that drives the screen drive mechanism and the position of the screen. In addition, the number of drive pulses and the direction in which the screen is moved are manually adjusted in the manufacturing stage.
しかしながら、この場合、スクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に対して正確に近づけることが難しいという問題があった。 However, in this case, there is a problem that it is difficult to accurately bring the actual movement of the screen close to the target value in the movement profile.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and it is possible to bring the actual movement of the screen moving in the optical axis direction of the light emitted from the light source close to the target value in the movement profile with high accuracy. An object is to provide an image display device.
本発明の画像表示装置は、光源と、光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、スクリーンを、光源から照射された光の光軸方向に移動させるスクリーン駆動機構部と、スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部とを備える。さらに、この記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部を備え、スクリーン駆動波形情報は、スクリーン駆動機構部の運動特性に基づいて生成されていることを特徴とする。 An image display apparatus according to the present invention includes a light source, a screen on which an image is formed by irradiation of light from the light source, an optical system that generates a virtual image by light from the screen, and a screen irradiated from the light source. A screen drive mechanism that moves in the direction of the optical axis of the light, and a storage that stores screen drive waveform information generated so that the screen follows a target movement profile when moving the screen. . Furthermore, a screen drive circuit unit for driving the screen drive mechanism unit is provided based on the screen drive waveform information stored in the storage unit, and the screen drive waveform information is generated based on the motion characteristics of the screen drive mechanism unit. It is characterized by being.
本発明によれば、スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部を備え、その記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構部を駆動するので、スクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能となる。また、スクリーン駆動機構部の個体差を考慮して予め設定したスクリーン駆動波形情報に基づいてスクリーン駆動機構部を駆動するので、スクリーンを移動プロファイルにおける目標値に短時間で近づけることができる。その結果、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く、しかも短時間で近づけることができる。 According to the present invention, the storage profile storing the screen drive waveform information generated so that the screen follows the target movement profile when the screen is moved is provided, and the screen stored in the storage unit is stored. Since the screen drive mechanism is driven based on the drive waveform information, the actual movement of the screen can be brought close to the target value in the movement profile with high accuracy. In addition, since the screen drive mechanism is driven based on screen drive waveform information set in advance in consideration of individual differences of the screen drive mechanism, the screen can be brought close to the target value in the movement profile in a short time. As a result, the actual movement of the screen moving in the optical axis direction of the light emitted from the light source can be brought close to the target value in the movement profile with high accuracy and in a short time.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.
請求項1記載の発明は、光源と、光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、スクリーンを、光源から照射された光の光軸方向に移動させるスクリーン駆動機構部と、スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部とを備える。さらに、記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部を備え、スクリーン駆動波形情報は、スクリーン駆動機構部の運動特性に基づいて生成されていることを特徴とする。これにより、個々のスクリーン駆動機構部の駆動特性を考慮したスクリーン駆動波形情報を設定することができ、スクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能となる。また、スクリーン駆動機構部の個体差を考慮して予め設定したスクリーン駆動波形情報に基づいてスクリーン駆動機構部を駆動するので、スクリーンを移動プロファイルにおける目標値に短時間で近づけることができる。その結果、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く、しかも短時間で近づけることができる。 According to the first aspect of the present invention, a light source, a screen on which an image is formed by irradiation of light from the light source, an optical system that generates a virtual image by light from the screen, and the screen are irradiated from the light source. A screen drive mechanism that moves in the direction of the optical axis of the light, and a storage that stores screen drive waveform information generated so that the screen follows a target movement profile when moving the screen. . Furthermore, a screen drive circuit unit for driving the screen drive mechanism unit is provided based on the screen drive waveform information stored in the storage unit, and the screen drive waveform information is generated based on the motion characteristics of the screen drive mechanism unit. It is characterized by that. This makes it possible to set screen drive waveform information in consideration of the drive characteristics of the individual screen drive mechanism units, and it is possible to bring the actual movement of the screen close to the target value in the movement profile with high accuracy. In addition, since the screen drive mechanism is driven based on screen drive waveform information set in advance in consideration of individual differences of the screen drive mechanism, the screen can be brought close to the target value in the movement profile in a short time. As a result, the actual movement of the screen moving in the optical axis direction of the light emitted from the light source can be brought close to the target value in the movement profile with high accuracy and in a short time.
請求項2記載の発明は、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電流波形情報であることを特徴とする。これにより、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部の制御を容易にすることができる。
The invention according to
請求項3記載の発明は、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電圧波形情報であることを特徴とする。これにより、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部の制御を容易にすることができる。
The invention according to
請求項4記載の発明は、スクリーン駆動機構部が、スクリーンを移動可能に保持するホルダ部と、ホルダ部に支持された磁気コイル部と、ホルダ部を移動可能に保持するサスペンション部と、を備えたことを特徴とする。これにより、スクリーン駆動機構部の構成を最小構成として、スクリーン駆動回路部の制御を容易にすることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the screen drive mechanism section includes a holder section that holds the screen movably, a magnetic coil section supported by the holder section, and a suspension section that holds the holder section movably. It is characterized by that. Accordingly, the screen drive mechanism can be easily controlled with the minimum configuration of the screen drive mechanism.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、適宜、互いに直交するX、Y、Z軸が付記されている。本実施の形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience, X, Y, and Z axes that are orthogonal to each other are appended to each drawing as appropriate. In the present embodiment, the present invention is applied to an in-vehicle head-up display.
図1(a)、(b)は、画像表示装置20の使用形態を模式的に示す図である。図1(a)は、乗用車1の側方から乗用車1の内部を透視した模式図、図1(b)は、乗用車1の内部から走行方向前方を見た図である。
FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating how the
図1(a)に示すように、画像表示装置20は、乗用車1のダッシュボード11の内部に設置される。
As shown in FIG. 1A, the
図1(a)、(b)に示すように、画像表示装置20は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド12下側の運転席寄りの投射領域13に投射する。レーザ光は、投射領域13で反射され、運転者2の目の位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に照射される。これにより、運転者2の前方の視界に、虚像として所定の画像30が表示される。運転者2は、ウインドシールド12の前方の景色上に、虚像である画像30を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置20は、虚像である画像30をウインドシールド12の投射領域13の前方の空間に結像させる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
図1(c)は、画像表示装置20の構成を模式的に示す図である。
FIG. 1C is a diagram schematically illustrating the configuration of the
画像表示装置20は、照射光生成部21とミラー22とを備える。照射光生成部21は、映像信号により変調されたレーザ光を出射する。ミラー22は曲面状の反射面を有し、照射光生成部21から出射されたレーザ光をウインドシールド12に向けて反射する。ウインドシールド12で反射されたレーザ光は、運転者2の目2aに照射される。照射光生成部21の光学系とミラー22は、ウインドシールド12の前方に虚像による画像30が所定の大きさで表示されるように設計されている。
The
図2は、画像表示装置20の照射光生成部21の構成および照射光生成部21に用いる回路の構成を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the irradiation
照射光生成部21は、光源101と、コリメータレンズ102a〜102cと、ミラー103と、ダイクロイックミラー104、105と、走査部106と、補正レンズ107と、可動スクリーン301と、固定スクリーン302と、スクリーン駆動機構300とを備える。
The irradiation
光源101は、3つのレーザ光源101a、レーザ光源101b、レーザ光源101cを備える。レーザ光源101a〜101cは、それぞれ、青色波長帯、緑色波長帯および赤色波長帯のレーザ光を出射する。本実施形態では、画像30としてカラー画像を表示するために、光源101が3つのレーザ光源101a〜101cを備えている。画像30として単色の画像を表示する場合、光源101は、画像の色に対応する1つのレーザ光源のみを備えていてもよい。レーザ光源101a〜101cは、たとえば、半導体レーザからなっている。
The
レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ102a、コリメータレンズ102b、コリメータレンズ102cによって略平行光に変換される。このとき、レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、図示しないアパーチャによって、円形を含む所定の縦横比の楕円形状のビーム形状に整形される。なお、コリメータレンズ102a〜102cに代えて、レーザ光を円形を含む所定の縦横比の楕円形状のビーム形状に整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャは省略され得る。
Laser light emitted from the
その後、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光は、ミラー103と2つのダイクロイックミラー104、ダイクロイックミラー105によって光軸が整合される。ミラー103は、コリメータレンズ102aを透過した青色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー104は、コリメータレンズ102bを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー103で反射された青色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー105は、コリメータレンズ102cを透過した赤色レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー104を経由した青色レーザ光および緑色レーザ光を透過する。ミラー103と2つのダイクロイックミラー104〜105は、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。
Thereafter, the laser axes of the respective colors emitted from the
走査部106は、ダイクロイックミラー105を経由した各色のレーザ光を反射する。走査部106は、たとえば、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーからなっており、ダイクロイックミラー105を経由した各色のレーザ光が入射されるミラー106aを、駆動信号に応じて、Y軸に平行な軸とX軸に平行な軸の周りに回転させる構成を備える。このようにミラー106aを回転させることにより、レーザ光の反射方向が、X−Z平面の面内方向およびY−Z平面の面内方向において変化する。これにより、後述のように、各色のレーザ光によって可動スクリーン301が走査される。
The
なお、ここでは、走査部106が、2軸駆動方式のMEMSミラーにより構成されたが、走査部106は、他の構成であってもよい。たとえば、Y軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーと、X軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーとを組み合わせて走査部106が構成されてもよい。
Here, the
補正レンズ107は、走査部106によるレーザ光の振り角に拘わらず、各色のレーザ光をZ軸正方向に向かわせるように設計されている。可動スクリーン301および固定スクリーン302は、それぞれ、レーザ光が走査されることにより画像が形成され、入射したレーザ光を運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス領域)に拡散させる作用を有する。
The
スクリーン駆動機構300は、可動スクリーン301をレーザ光の進行方向に平行な方向(Z軸方向)に往復移動させる。固定スクリーン302は、スクリーン駆動機構300によって移動されない。固定スクリーン302は、スクリーン駆動機構300上の所定の位置に固定される。
The
画像処理回路201は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路202、ミラー駆動回路203およびスクリーン駆動回路204を制御する。レーザ駆動回路202は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、レーザ光源101a〜101cの出射強度を変化させる。ミラー駆動回路203は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、走査部106のミラー106aを駆動する。スクリーン駆動回路204は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、可動スクリーン301を駆動する。
The
メモリ205は、可動スクリーン301を移動させる際の目標となる移動プロファイルを実現するために駆動電流プロファイルを記憶する。記憶された駆動電流プロファイルは、個々のスクリーン駆動機構300の駆動特性が考慮されたものであり、画像表示装置20の製造段階で取得された情報に基づき生成されている。また、メモリ205に記憶する駆動電流プロファイルは、歩行者H1および道路R1の位置に応じて、奥行き画像M1および鉛直画像M2の位置を選択できるように複数準備される。そして、これら複数の駆動電流プロファイルから、歩行者H1および道路R1の位置に応じて、1つの駆動電流プロファイルが選択される。スクリーン駆動回路204は、この選択された駆動電流プロファイルに基づき、スクリーン駆動機構300を駆動する。
The
図3は、スクリーン駆動機構300の構成を示す斜視図である。なお、以下では、XYZ軸により方向を規定する他、便宜上、平面視において、スクリーン駆動機構300の中心に近い方を内側とし、スクリーン駆動機構300の中心から離れた方を外側として構成の説明を行う。
FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the
スクリーン駆動機構300は、ホルダ303と、カバー304と、2つのサスペンション305と、支持部材306と、ベース307と、ワッシャー308と、ネジ309と、磁気回路310とを備えている。可動スクリーン301は、ホルダ303に保持され、固定スクリーン302は、カバー304に保持されている。カバー304には、開口304aが形成され、この開口304aから可動スクリーン301が露出している。固定スクリーン302は、開口304aのY軸正側の部分に設置されている。
The
ホルダ303は、サスペンション305によって、Z軸方向に移動可能に支持されている。支持部材306がベース307に設置され、この支持部材306に、サスペンション305がワッシャー308とネジ309により固定されている。さらに、ベース307には磁気回路310が設置されている。ホルダ303に保持された磁気コイル(図示せず)に磁気回路310から磁界が印加される。コイルに電流を流すことにより、ホルダ303がZ軸方向に駆動される。
The
また、スクリーン駆動機構300は、ごく一般的なムービングコイル型の磁気駆動構造を採用している。図示されない磁気コイルおよびマグネットにより、磁気回路310が構成される。そして、ホルダ303と、このホルダ303に固定された磁気コイルと、同じくホルダ303に固定された可動スクリーン301等により可動部が構成され、この可動部はサスペンション305によって、Z軸方向に移動可能に支持されている。これにより、スクリーン駆動機構部の構成を最小構成として、スクリーン駆動回路204の制御を容易にすることができる。
The
図4は、可動スクリーン301および固定スクリーン302に対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a laser beam scanning method for the
可動スクリーン301は、各色のレーザ光が重ねられたビームB1によって、X軸正方向に走査される。可動スクリーン301に対して、予め、ビームB1が通る走査ラインL11〜L1nが、Y軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインL11〜L1nの開始位置と終了位置は、X軸方向において一致している。したがって、走査ラインL11〜L1nを囲む領域は長方形である。
The
こうして、可動スクリーン301が走査された後、可動スクリーン301のY軸負側に配置された固定スクリーン302がビームB1によってX軸正方向に走査される。固定スクリーン302にも、予め、ビームB1が通る走査ラインL21〜L2mが、Y軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインL21〜L2mの開始位置と終了位置は、X軸方向において一致している。したがって、走査ラインL21〜L2mを囲む領域は長方形である。
Thus, after the
映像信号により各色のレーザ光が変調されたビームB1により走査ラインL11〜L1nと走査ラインL21〜L2mが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成された画像が、可動スクリーン301および固定スクリーン302と、ミラー22およびウインドシールド12(図1(c)参照)を介して、運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス)に投射される。これにより、運転者2は、ウインドシールド12の前方の空間に、虚像として画像30を視認する。
The scanning lines L11 to L1n and the scanning lines L21 to L2m are scanned at a high frequency by the beam B1 in which the laser light of each color is modulated by the video signal, thereby forming an image. The image constructed in this manner is transferred to an area (eye box) around the position of the
図5(a)、(b)は、それぞれ、可動スクリーン301の移動範囲D1を模式的に示す図、および、可動スクリーン301の駆動例を示すグラフである。
FIGS. 5A and 5B are a diagram schematically showing a moving range D1 of the
図5(a)に示すように、本実施形態では、固定スクリーン302が可動スクリーン301に対してZ軸正側およびY軸正側に変位した位置に固定されている。すなわち、固定スクリーン302は、可動スクリーン301よりも、光源101から光学的に離れた位置に配置され、可動スクリーン301の短辺に平行な方向に、可動スクリーン301から離れた位置に配置されている。
As shown in FIG. 5A, in the present embodiment, the fixed
ここで、虚像として生成される画像30は、可動スクリーン301がZ軸負側(光源101側)にあるほど運転者の視点(目2aの位置)から遠い位置に生成される。固定スクリーン302は可動スクリーン301よりもZ軸正側にあるため、固定スクリーン302による画像は、可動スクリーン301による画像よりも、運転者の視点に近い位置に生成される。また、固定スクリーン302は、移動されないため、固定スクリーン302による画像は、常に、運転者の視点から一定の距離の位置に生成される。
Here, the
図6は、可動スクリーン301と固定スクリーン302によって生成された画像の表示例を模式的に示す図である。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a display example of an image generated by the
図6の表示例において、奥行き画像M1は、ナビゲーション機能により乗用車1が道路R1を曲がるべき方向を運転者2に示唆するための矢印であり、鉛直画像M2は、歩行者H1が居ることを運転者2に注意喚起するためのマーキングである。たとえば、奥行き画像M1と鉛直画像M2は、互いに異なる色で表示される。
In the display example of FIG. 6, the depth image M1 is an arrow for suggesting to the
可動スクリーン301と固定スクリーン302によって生成された画像が表示される領域S0は、上側の領域S1と下側の領域S2に区分される。上側の領域S1には、可動スクリーン301によって生成された画像が表示され、下側の領域S2には、固定スクリーン302によって生成された画像が表示される。
An area S0 where an image generated by the
図6に示すように、領域S1には、奥行き画像M1や鉛直画像M2等、運転に応じて動的に変化する画像が表示される。領域S2には、車速や外気温等の静的な画像が表示される。上記のように、領域S2には、固定スクリーン302によって生成された画像が表示され、この画像は、運転者の視点(目の位置)からの距離が短い位置(たとえば、2m程度の位置)に表示される。この距離は、通常の運転において運転者が眺める距離(たとえば、数10m〜100m程度)よりもかなり短い。よって、領域S2に表示された静的な画像は、通常の運転動作に支障を及ぼしにくい。また、この画像は、領域S0に下部に配置されており、運転者の視界に掛かりにくい。よって、領域S2に表示された静的な画像は、より一層、通常の運転動作に支障を及ぼしにくい。
As shown in FIG. 6, in the region S1, an image that dynamically changes according to driving, such as a depth image M1 and a vertical image M2, is displayed. In the area S2, static images such as the vehicle speed and the outside temperature are displayed. As described above, the image generated by the fixed
図5(b)は、図6に示すような動的な画像を領域S1に表示する際の可動スクリーン301の駆動例を示している。
FIG. 5B shows an example of driving the
可動スクリーン301は、時刻t0〜t4を1サイクルとして移動が繰り返される。時刻t0〜t1の間に、可動スクリーン301は、初期位置Ps0から最遠位置Ps1へと移動され、時刻t1〜t4の間に、可動スクリーン301は、最遠位置Ps1から初期位置Ps0へと戻される。可動スクリーン301の移動周期、すなわち、時刻t0〜t4の時間は、たとえば、1/60秒(60Hz)である。可動スクリーン301は予めメモリ205に記録された駆動電流プロファイルに応じた電流を上述のコイル315に印加することにより、図5(b)に示すように移動される。
The
時刻t0〜t1は、図6において、奥行き方向に広がる奥行き画像M1を表示するための期間であり、時刻t1〜t4は、図6において、鉛直方向に広がる鉛直画像M2を表示するための期間である。 Times t0 to t1 are periods for displaying the depth image M1 spreading in the depth direction in FIG. 6, and times t1 to t4 are periods for displaying the vertical image M2 spreading in the vertical direction in FIG. is there.
時刻t0〜t1において、可動スクリーン301は、初期位置Ps0から最遠位置Ps1まで略線形に移動される。可動スクリーン301が移動すると、これに伴い、ウインドシールド12前方の虚像が結像する位置が前方に移動する。したがって、奥行き画像M1の奥行き方向の各位置に可動スクリーン301が在るときに、奥行き画像M1に対応する走査ライン上の、奥行き画像M1に対応するタイミングにおいて、レーザ光源101a〜101cを発光させることにより、図6に示すような奥行き画像M1を領域S1に虚像として表示させることができる。
At times t0 to t1, the
一方、鉛直画像M2は、奥行き方向には変化せず、鉛直方向のみに広がっているため、可動スクリーン301を、鉛直画像M2に対応する位置に固定して、虚像の生成を行う必要がある。図5(b)の停止位置Ps2は、鉛直画像M2の奥行き位置に対応する可動スクリーン301の位置である。可動スクリーン301は、最遠位置Ps1から初期位置Ps0に戻る間に、停止位置Ps2において、時刻t2〜t3の間、停止される。この間に、鉛直画像M2に対応する走査ライン上の、鉛直画像M2に対応するタイミングにおいて、レーザ光源101a〜101cを発光させることにより、ウインドシールド12の投射領域13の前方に、図6に示すような鉛直画像M2を虚像として表示させることができる。
On the other hand, since the vertical image M2 does not change in the depth direction and spreads only in the vertical direction, it is necessary to generate a virtual image by fixing the
以上の制御は、図2に示す画像処理回路201によって行われる。この制御により、時刻t0〜t4の間に、奥行き画像M1と鉛直画像M2が領域S1に虚像として表示される。上記の制御では、奥行き画像M1の表示タイミングと鉛直画像M2の表示タイミングにずれが生じるが、このずれは極めて短時間であるため、運転者2は、奥行き画像M1と鉛直画像M2を重ねた画像を認識する。こうして、運転者2は、映像信号に基づく画像(奥行き画像M1、鉛直画像M2)を、道路R1および歩行者H1を含む風景に重ねて見ることができる。
The above control is performed by the
なお、図6の例では、鉛直画像M2が1つであったため、図5(b)の工程において、可動スクリーン301の停止位置Ps2が1つに設定されたが、鉛直画像M2が複数あれば、それに応じて、図5(b)の工程において、停止位置が複数設定される。ただし、図5(b)の工程において、時刻t0〜t4の時間は一定であり、時刻t4は不変であるため、停止位置の数の増減に応じて、停止位置前後の可動スクリーン301の移動速度(図5(b)の波形の傾き)が変更されることになる。
In the example of FIG. 6, since there is one vertical image M2, the stop position Ps2 of the
図6に示すような奥行き画像M1と鉛直画像M2を表示する場合、可動スクリーン301を60Hz程度で高速に移動させる必要がある。本実施形態の構成では、固定スクリーン302を設けることにより、可動スクリーン301の移動範囲D1を大幅に短くすることができる。
When displaying the depth image M1 and the vertical image M2 as shown in FIG. 6, it is necessary to move the
ここで、図3に示したスクリーン駆動機構300が可動スクリーン301を駆動するときの運動方程式を次式に示す。
Here, the equation of motion when the
F=ma+cv+kx=Kt・I
上記の式において、F:可動部を駆動するために必要な推力(N)、すなわち可動スクリーン301,可動スクリーン301を保持するホルダ303,およびホルダ303に保持された磁気コイルを駆動するために必要な推力(N)、m:可動部(可動スクリーン301,可動スクリーン301を保持するホルダ303,およびホルダ303に保持された磁気コイル(図示せず)を示し、以下単に可動部と記す)の質量(kg)、a:可動部の加速度(m/s2)、c:可動部の粘性係数(Ns/m)、v:可動部の速度(m/s)、k:サスペンション305のばね定数(N/m)、x:可動部の変位量(m)、Kt:スクリーン駆動機構300の推力定数(N/A)、I:スクリーン駆動機構300の駆動電流(A)である。
F = ma + cv + kx = Kt · I
In the above formula, F: Thrust (N) necessary for driving the movable part, that is, necessary for driving the
本実施の形態では、可動スクリーン301を駆動するための駆動波形データを、以下の[1]〜[8]のアルゴリズムによって生成する。なお、理解を助けるため、図7のフローチャートを併用して説明する。
In the present embodiment, drive waveform data for driving the
[1]
可動スクリーン301を駆動する際の移動目標とする移動プロファイルを実現するために駆動電流プロファイルを用意する。例えば、本実施の形態における移動プロファイルは図8に示すような波形である。同図に示すように、可動スクリーンの可動範囲(位置)が約+1.2mm〜約−1.2mmになっている。これは、可動スクリーン301が、図5(a)のZ軸正側に1.2mm移動した位置から、Z軸負側へ1.2mm移動した位置の間で駆動されることを示す。また、0.0mmの位置は、可動スクリーン301が駆動されていないときの中立位置である。
[1]
A drive current profile is prepared in order to realize a movement profile that is a movement target when the
すなわち、可動スクリーン301は、図8に示す移動プロファイルでは中立位置(位置0.0mm)を中心に約±1.2mmの範囲で移動される。これは、可動スクリーン301を中立位置からZ軸負側(あるいはZ軸正側)へのみ移動させる仕様にした場合、可動スクリーン301を一方向にのみ大きな距離を移動させなければならず、機械的に大きな負担を与えることになるため、これを避ける目的で上記の如き可動範囲としている。
That is, the
[2]
まず、可動スクリーン301を駆動する際の移動目標とする移動プロファイルを準備した後、時刻(t)における可動スクリーン301の現在位置[X(t)]と、移動プロファイルにおける目標位置[Xt(t)]を利用して、スクリーン駆動機構300の駆動電流[I(t)]を計算する。
[2]
First, after preparing a movement profile as a movement target when driving the
[3]
次に、上記[2]で算出したスクリーン駆動機構300の駆動電流[I(t)]を利用して、時刻(t)におけるスクリーン駆動機構300の磁気回路が発生する推力[F(t)]=[Kt・I(t)]を計算する(S102)。すなわち、可動部(可動スクリーン301,可動スクリーン301を保持するホルダ303,およびホルダ303に保持された磁気コイルを示し、以下単に可動部と記す)を駆動する場合の運動方程式を計算する。ここで、Ktはスクリーン駆動機構300の推力定数を示し、1A当たりに発生することができる力を算出して決定する。
[3]
Next, the thrust [F (t)] generated by the magnetic circuit of the
[4]
上記[3]で算出したスクリーン駆動機構300の磁気回路が発生する推力[F(t)]を利用して、可動部の加速に寄与するスクリーン駆動機構300の駆動力[D(t)]=[F(t)−c・V(t)−k・X(t)]を計算する(S103)。ここで、cは可動部の粘性係数を示し、実験的に求められる。一例として、横軸を周波数、縦軸をゲインとする周波数応答特性図における共振点のQ値の大きさから粘性係数を決定する方法がある。V(t)は時刻(t)における可動部の速度を示し、V(0)として0を用いることが多い。kは可動部を弾性的に支持するサスペンション305のばね定数を示し、実験的に求める。一例として、可動部分に荷重をかけたときの可動部分の変位からばね定数を求める方法がある。なお、X(t)は、時刻(t)における可動スクリーン301の現在位置である。
[4]
Using the thrust [F (t)] generated by the magnetic circuit of the
[5]
上記[4]で算出した可動部の加速に寄与するスクリーン駆動機構300の駆動力[D(t)]を利用して、時刻(t)における可動部の加速度[A(t)]=[D(t)/m]を計算する(S104)。ここで、mは可動部の質量を示す。
[5]
Using the driving force [D (t)] of the
[6]
上記[5]で算出した時刻(t)における可動部の加速度[A(t)]を利用して、単位時間経過後の可動部の速度[V(t+dt)]=[V(t)+A(t)・dt]を計算する(S105)。ここで、dtは単位時間を示す。なお、V(t)は時刻(t)における可動部の速度を示す。
[6]
Using the acceleration [A (t)] of the movable part at time (t) calculated in [5] above, the speed [V (t + dt)] of the movable part after the unit time has elapsed = [V (t) + A ( t) · dt] is calculated (S105). Here, dt indicates a unit time. V (t) indicates the speed of the movable part at time (t).
[7]
次に、単位時間経過後の可動部の位置[X(t+dt)]=[X(t)+V(t)・dt]を計算する(S106)。なお、dtは単位時間を示し、X(t)は可動スクリーン301の現在位置を示し、V(t)は時刻(t)における可動部の速度を示す。
[7]
Next, the position [X (t + dt)] = [X (t) + V (t) · dt] of the movable part after the unit time has elapsed is calculated (S106). Here, dt represents a unit time, X (t) represents the current position of the
[8]
次に、単位時間経過後の可動部の速度[V(t+dt)]および単位時間経過後の可動部の位置[X(t+dt)]を連続的に求めるために、現在時刻(t)に単位時間(dt)を加算する(S107)。本実施の形態では、単位時間[(dt)]を1μsecとした。
[8]
Next, in order to obtain continuously the speed [V (t + dt)] of the movable part after the unit time has passed and the position [X (t + dt)] of the movable part after the unit time has passed, the unit time at the current time (t). (Dt) is added (S107). In this embodiment, the unit time [(dt)] is 1 μsec.
そして、可動スクリーン301を駆動する一周期分、すなわち図5(b)に示す時刻t0から時刻t4までの期間を一周期として上記[2]〜[8]の計算を繰り返す(S108)。これにより、各時刻(t)における可動部の駆動電流I(t)、各時刻(t)における可動部の加速度A(t)、各時刻(t)における可動部の速度V(t)、各時刻(t)における可動部の位置X(t)が求められる。なお、本実施の形態では、可動スクリーン301は60Hzで駆動されるため、その駆動の一周期は約16.6msecとなる。
Then, the above calculations [2] to [8] are repeated for one cycle for driving the
以上のように、上記アルゴリズム[2]〜[8]を繰り返すことにより、スクリーン駆動機構300の運動特性に基づいて生成される制御対象の数式モデルを算出し、目標とする移動プロファイルに可動スクリーン301を追従させる場合のスクリーン駆動電流波形情報、すなわち可動スクリーン301を駆動するためのスクリーン駆動波形情報が計算される。そして、このスクリーン駆動波形情報を、製造段階で予めメモリ205に格納しておく。その後、画像表示装置20を使用する際に、メモリ205からスクリーン駆動波形情報を読み出して可動スクリーン301を駆動する。このように、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電流波形情報であることにより、スクリーン駆動機構300を駆動するスクリーン駆動回路204の制御を容易にすることができる。
As described above, by repeating the above algorithms [2] to [8], the mathematical model of the control target generated based on the motion characteristics of the
また、このときに、スクリーン駆動機構300が、可動スクリーン301を移動可能に保持するホルダ303と、そのホルダ303に支持された磁気コイル(図示せず)と、ホルダ303を移動可能に保持するサスペンション305と、を備えることで、スクリーン駆動機構300の構成を最小構成として、スクリーン駆動回路204の制御をさらに容易にすることができる。
At this time, the
図9は、上記のようにして計算されたスクリーン駆動電流波形情報を用いて、可動スクリーン301を駆動した場合の状態を示した図である。同図において、実線は電流波形を示し、一点差線は可動スクリーン301の目標位置であり、さらに破線は可動スクリーンの実際の位置を示している。同図に示すように、可動スクリーンの実際の移動位置は、目標位置に極めて近い位置に駆動されていることが分かる。
FIG. 9 is a diagram showing a state when the
なお、上記に説明したような電流波形の替わりに電圧波形によって可動スクリーン301を駆動する回路を採用した場合のスクリーン駆動電圧波形情報は次式で求めることができる。
Note that screen drive voltage waveform information when a circuit for driving the
E(t)=L・dI(t)/dt+R・I(t)+Kt・V(t)
上式において、L:コイルのインダクタンス(H)、dI(t)は電流増分(A)、dtは単位時間(s)、R:スクリーン駆動機構300のコイル抵抗(Ω)、I(t)はスクリーン駆動機構300に通電する電流(A)、Kt:スクリーン駆動機構300の推力定数、V(t):スクリーン駆動機構300の速度(m/s)である。
E (t) = L · dI (t) / dt + R · I (t) + Kt · V (t)
In the above equation, L: inductance of coil (H), dI (t) is current increment (A), dt is unit time (s), R: coil resistance (Ω) of
こうして求めたスクリーン駆動電圧波形情報、すなわち可動スクリーン301を駆動するためのスクリーン駆動波形情報を、スクリーン駆動電流波形情報のときと同様に製造段階で予めメモリ205に格納しておき、画像表示装置20を使用する際に、メモリ205からスクリーン駆動波形情報を読み出して可動スクリーン301を駆動すればよい。このように、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電圧波形情報であることにより、スクリーン駆動機構300を駆動するスクリーン駆動回路204の制御を容易にすることができる。
The screen drive voltage waveform information thus obtained, that is, the screen drive waveform information for driving the
図10は、上記のアルゴリズムで求めたスクリーン駆動電圧波形情報を用いて、可動スクリーン301を駆動する際の状態を示した図である。同図において、実線は電圧波形を示し、一点差線は可動スクリーン301の目標位置であり、さらに破線は可動スクリーンの実際の位置を示している。同図に示すように、可動スクリーン301の実際の移動位置は、目標位置に極めて近い位置に駆動されていることが分かる。
FIG. 10 is a diagram showing a state when the
これまで、可動スクリーン301を移動させるスクリーン駆動機構300をオープン制御する場合、スクリーン駆動機構300を駆動するスクリーン駆動回路204の動作と可動スクリーン301の位置を観測しながら、可動スクリーン301の実際の動きが移動プロファイルにおける目標値に近づくように、製造段階において駆動パルスの数とスクリーンを移動させる方向を手動で調整していた。しかしながら、この場合、可動スクリーン301の実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に対して正確に近づけることが難しいという問題があった。
Until now, when the
これに対し、本実施の形態では、可動スクリーン301を移動させる際の目標となる移動プロファイルに、可動スクリーン301が追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶されたメモリ205を備え、そのメモリ205に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構300を駆動するので、可動スクリーン301の実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能となる。また、スクリーン駆動機構300の個体差を考慮して予め設定したスクリーン駆動波形情報に基づいてスクリーン駆動機構300を駆動するので、可動スクリーン301を移動プロファイルにおける目標値に短時間で近づけることができる。その結果、光源から照射された光の光軸方向に移動する可動スクリーン301の実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く、しかも短時間で近づけることができる。
In contrast, the present embodiment includes a
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims.
本発明は、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることができるので、乗用車等の移動体に搭載される画像表示装置などに適応可能である。 In the present invention, since the actual movement of the screen moving in the optical axis direction of the light emitted from the light source can be brought close to the target value in the movement profile with high accuracy, the image display device mounted on a moving body such as a passenger car, etc. Can be adapted to.
1 乗用車
2 運転者
2a 目
11 ダッシュボード
12 ウインドシールド
13 投射領域
20 画像表示装置
21 照射光生成部
22 ミラー
30 画像
101 光源
101a、101b、101c レーザ光源
102a、102b、102c コリメータレンズ
103 ミラー
104、105 ダイクロイックミラー
106 走査部
106a ミラー
107 補正レンズ
201 画像処理回路
202 レーザ駆動回路
203 ミラー駆動回路
204 スクリーン駆動回路
205 メモリ
300 スクリーン駆動機構
301 可動スクリーン
302 固定スクリーン
304 カバー
304a 開口
305 サスペンション
306 支持部材
307 ベース
308 ワッシャー
309 ネジ
310 磁気回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、
前記スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、
前記スクリーンを、前記光源から照射された光の光軸方向に移動させるスクリーン駆動機構部と、
前記スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、前記スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部と、
前記記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、前記スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部と、を備えた画像表示装置において、
前記スクリーン駆動波形情報は、前記スクリーン駆動機構部の運動特性に基づいて生成されている、
ことを特徴とする画像表示装置。 A light source;
A screen on which an image is formed by irradiation with light from the light source;
An optical system that generates a virtual image by light from the screen;
A screen drive mechanism for moving the screen in the direction of the optical axis of the light emitted from the light source;
A storage unit that stores screen drive waveform information generated so that the screen follows a target movement profile when moving the screen;
In an image display device comprising: a screen drive circuit unit that drives the screen drive mechanism unit based on screen drive waveform information stored in the storage unit;
The screen drive waveform information is generated based on motion characteristics of the screen drive mechanism unit,
An image display device characterized by that.
前記スクリーンを移動可能に保持するホルダ部と、
前記ホルダ部に支持された磁気コイル部と、
前記ホルダ部を移動可能に保持するサスペンション部と、
を備えたことを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の画像表示装置。 The screen drive mechanism is
A holder portion for holding the screen in a movable manner;
A magnetic coil portion supported by the holder portion;
A suspension part that holds the holder part in a movable manner;
The image display device according to claim 1, further comprising:
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