JP2020190617A - Virtual image display device - Google Patents
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Images
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Abstract
Description
この明細書による開示は、虚像表示装置に関する。 The disclosure by this specification relates to a virtual image display device.
従来、車両に搭載されるように構成される虚像表示装置が知られている。特許文献1に開示の装置は、車両外の風景に重畳するように、画像を虚像表示する。CPUは、フロントカメラの撮影画像又はサスペンションの動作情報に基づいて、車両に生じる姿勢変化を取得する。また、CPUは、姿勢変化の情報に応じて第1映像の表示位置を新たに算出し、当該表示位置に第1映像を表示するようにプロジェクタを制御する。一方、CPUは、第2映像の表示位置を補正しない。また、プロジェクタとしては、レーザ走査式プロジェクタが採用されている。 Conventionally, a virtual image display device configured to be mounted on a vehicle is known. The device disclosed in Patent Document 1 displays an image as a virtual image so as to be superimposed on the landscape outside the vehicle. The CPU acquires the posture change that occurs in the vehicle based on the captured image of the front camera or the operation information of the suspension. Further, the CPU newly calculates the display position of the first image according to the information of the posture change, and controls the projector so as to display the first image at the display position. On the other hand, the CPU does not correct the display position of the second video. Further, as the projector, a laser scanning type projector is adopted.
特許文献1では、プロジェクタをどのように制御するかは示されていない。この点、特許文献1では、第1映像に加え、姿勢変化に応じて表示位置が補正されない第2映像も表示しなければならないので、レーザ走査式プロジェクタでは固定された走査範囲が設定され、当該走査範囲に対する第1映像の相対的な表示位置を移動させていると考察される。 Patent Document 1 does not show how to control the projector. In this regard, in Patent Document 1, in addition to the first image, a second image whose display position is not corrected according to the change in posture must be displayed. Therefore, a fixed scanning range is set in the laser scanning projector. It is considered that the display position of the first image relative to the scanning range is moved.
しかしながら、走査範囲を固定する場合では、第1映像の表示位置の移動を考慮した大きめの走査範囲を、予め設定しておく必要がある。故に、走査は実施されるものの、実際に画像が描画されない無駄な範囲が増えてしまう。この結果、1フレーム当たりの描画時間が増加する。したがって、車両の姿勢変化が虚像表示に反映されるまでの応答性が良好でないことが懸念されている。 However, when the scanning range is fixed, it is necessary to set a large scanning range in advance in consideration of the movement of the display position of the first image. Therefore, although scanning is performed, the useless range in which the image is not actually drawn increases. As a result, the drawing time per frame increases. Therefore, there is concern that the responsiveness until the change in the attitude of the vehicle is reflected in the virtual image display is not good.
この明細書の開示による目的のひとつは、画像の虚像表示に際して、姿勢変化に対する応答性が良好である虚像表示装置を提供することにある。 One of the objects of the disclosure of this specification is to provide a virtual image display device having a good response to a change in posture when displaying a virtual image of an image.
ここに開示された態様のひとつは、車両(1)に搭載されるように構成され、車両外の風景に重畳するように、画像を虚像表示する虚像表示装置であって、
光ビームを発する光源部(22a,22b,22c)と、
入力される電圧波形に応じた走査範囲(SR)にて、光源部から入射する光ビームを走査し、画像を描画する光走査部(26)と、
電圧波形を光走査部へ出力して、光走査部を駆動させる駆動制御部(31)と、を備え、
駆動制御部は、車両に生じる姿勢変化の情報を取得し、姿勢変化に起因する画像の風景に対する位置ずれが低減されるように、電圧波形における電圧値を補正する。
One of the embodiments disclosed herein is a virtual image display device that is configured to be mounted on a vehicle (1) and displays an image as a virtual image so as to be superimposed on a landscape outside the vehicle.
Light source units (22a, 22b, 22c) that emit light beams, and
An optical scanning unit (26) that scans an incident light beam from a light source unit and draws an image in a scanning range (SR) according to an input voltage waveform.
A drive control unit (31) that outputs a voltage waveform to the optical scanning unit and drives the optical scanning unit is provided.
The drive control unit acquires information on the attitude change that occurs in the vehicle, and corrects the voltage value in the voltage waveform so that the positional deviation of the image with respect to the landscape due to the attitude change is reduced.
このような態様によると、車両の姿勢変化に起因して、車両外の風景に対して虚像表示される画像に想定される位置ずれは、光走査部に入力する電圧波形における電圧値の補正によって低減される。すなわち、光走査部では、電圧値の補正によって光ビームの投射方向が直接的に補正される。故に、情報処理に係るバファリング等の処理時間を不要とする、あるいは抑制することができる。 According to such an aspect, the position shift assumed in the image displayed as a virtual image with respect to the landscape outside the vehicle due to the change in the posture of the vehicle is caused by the correction of the voltage value in the voltage waveform input to the optical scanning unit. It will be reduced. That is, in the optical scanning unit, the projection direction of the light beam is directly corrected by correcting the voltage value. Therefore, it is possible to eliminate or suppress the processing time such as buffering related to information processing.
さらには、電圧波形の変更によって光ビームが走査される走査範囲自体が変更される。このため予め画像の表示位置の移動を考慮した大きめの走査範囲を設定する必要性が低減され、走査は実施されるものの、実際には画像が描画されない無駄な範囲の発生を抑制することができる。換言すれば、1フレーム当たりの描画時間の増加を抑制することができる。以上により、姿勢変化に対する応答性が良好である虚像表示装置を提供することができる。 Furthermore, the scanning range itself in which the light beam is scanned is changed by changing the voltage waveform. Therefore, it is possible to reduce the need to set a large scanning range in consideration of the movement of the display position of the image in advance, and it is possible to suppress the occurrence of a useless range in which the image is not actually drawn although scanning is performed. .. In other words, the increase in drawing time per frame can be suppressed. As described above, it is possible to provide a virtual image display device having a good response to a change in posture.
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。 The reference numerals in parentheses exemplify the correspondence with the parts of the embodiments described later, and are not intended to limit the technical scope.
一実施形態を図面に基づいて説明する。 One embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1に示すように、本開示の第1実施形態による虚像表示装置は、車両1のインストルメントパネル2に搭載されるように構成されているヘッドアップディスプレイ(以下、HUD)10となっている。HUD10は、車両1のウインドシールド3へ向けて画像を投射する。これにより、HUD10は、画像を、視認者としての車両1の乗員により視認可能に虚像VRIとして表示する。特に本実施形態では、乗員は、ウインドシールド越しに、車両1外の風景と重畳するような虚像VRIを視認することができる。すなわち、HUD10による虚像VRIは、例えば路面又は建物等と重畳する表示コンテンツにより、現実を拡張する拡張現実(Augmented Reality;AR)表示を含んでいる。
(First Embodiment)
As shown in FIG. 1, the virtual image display device according to the first embodiment of the present disclosure is a head-up display (hereinafter, HUD) 10 configured to be mounted on the instrument panel 2 of the vehicle 1. .. The
以下において、特に断り書きがない限り、前、後、上、下、左及び右が示す各方向は、水平面上の車両1を基準として記載される。また、車両1が水平面上に存在する場合において、水平面に平行な方向は、水平方向HDと定義され、水平面に垂直な方向は、鉛直方向VDと定義される。 In the following, unless otherwise specified, each direction indicated by front, rear, up, down, left and right is described with reference to vehicle 1 on the horizontal plane. Further, when the vehicle 1 is present on the horizontal plane, the direction parallel to the horizontal plane is defined as the horizontal direction HD, and the direction perpendicular to the horizontal plane is defined as the vertical direction VD.
車両1のウインドシールド3は、例えばガラスないし合成樹脂により透光性の板状に形成された透明部材であり、インストルメントパネル2よりも上方に配置されている。ウインドシールド3は、前方から後方へ向かう程、インストルメントパネル2とは離間するように傾斜している。なお、画像は、ウインドシールド3ではなく、車両1と別体となって車両1内に設置されたコンバイナに、投射されてもよい。
The
図2に示すように、車両1には、画像生成ECU(Electric Control Unit)4が搭載されている。画像生成ECU4は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも1つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリないし磁気ディスクによって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラム及びデータを非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。 As shown in FIG. 2, the vehicle 1 is equipped with an image generation ECU (Electric Control Unit) 4. The image generation ECU 4 is a so-called computer, and is mainly composed of an electronic circuit including at least one processor, a memory device, and an input / output interface. A processor is an arithmetic circuit that executes a computer program stored in a memory device. A memory device is a non-transitional substantive recording medium provided by, for example, a semiconductor memory or a magnetic disk, which stores computer programs and data readable by a processor non-temporarily.
画像生成ECU4は、車両1等から各種情報を取得し、当該情報に基づいて、HUD10によって表示される画像データを生成する。画像生成ECU4は、生成した画像データをHUD10へ向けて逐次出力する。
The
HUD10は、図1〜3に示すように、レーザ走査モジュール21、スクリーン13、導光部15及び制御ユニット17等により構成されている。こうしたレーザ走査モジュール21、スクリーン13、導光部15及び制御ユニット17は、図1に示すように、中空形状を呈したハウジング11に収容されている。ハウジング11は、ウインドシールド3と対向する上面部に、光学的に開口する窓部を有している。窓部は、機械的に開口していてもよく、例えば画像の表示に寄与する光を透過可能な防塵シートで覆われていてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
レーザ走査モジュール21は、スクリーン13に投影される画像を、光ビームとしてのレーザビームを走査することによって、構成する描画デバイスとなっている。
The
スクリーン13は、例えば合成樹脂ないしガラスからなる基材の表面に、アルミニウム等の金属膜を蒸着させること等により、マイクロミラーアレイ状に形成された反射型のスクリーンである。スクリーン13は、光を反射する複数のミラー曲面を有する複数のマイクロミラーを、格子状に配列した板状に形成されている。こうしたスクリーン13にレーザビームが入射されると、当該スクリーン13は、当該ミラー曲面の近傍にレーザビームを結像させつつ、当該レーザビームの拡がり角を拡大させて、スクリーン13から射出させることができる。この結果、車両1内において乗員が虚像VRIを視認可能となる空間領域、すなわちアイボックスEBが拡大される。なお、スクリーン13としては、マイクロレンズアレイ状に形成された透過型のスクリーン、又は拡散板が代わりに採用されてもよい。
The
導光部15は、スクリーン13から射出された画像の表示に寄与するレーザビームを、ウインドシールド3へ向けて導光する光学系である。導光部15としては、1つの凹面鏡からなる構成、1つの平面鏡と1つの凹面鏡とを組み合わせた構成、1つの凸面鏡と1つの凹面鏡とを組み合わせた構成等、各種の構成を採用することができる。ここで導光部15は、スクリーン13に投影された画像に対して、乗員に視認される虚像VRIを、拡大する機能を有していることが好ましい。
The
図2に示す制御ユニット17は、いわゆるコンピュータであり、少なくとも1つのプロセッサ、メモリ装置、入出力インターフェースを含む電子回路を主体として構成されている。電子回路は、HUD基板17a上に実装された複数の電子部品等により構成されている。プロセッサは、メモリ装置に記憶されているコンピュータプログラムを実行する演算回路である。メモリ装置は、例えば半導体メモリないし磁気ディスクによって提供され、プロセッサによって読み取り可能なコンピュータプログラムを非一時的に格納する非遷移的実体的記録媒体である。
The
制御ユニット17は、レーザ走査モジュール21と電気的に接続されている。また、制御ユニット17は、画像生成ECU4と通信可能に接続されている。ここでいう通信としては、例えばCAN(登録商標)等の通信規格による通信が挙げられるが、有線通信、無線通信を問わず各種の好適な通信方式が採用され得る。
The
制御ユニット17は、レーザ走査モジュール21の作動を制御する。具体的に、制御ユニット17は、電源を介して、レーザ走査モジュール21に電力を供給する電力供給部として機能する。また、制御ユニット17は、画像生成ECU4から画像データを取得し、レーザ走査モジュール21による描画に好適な画像信号に変換して、当該レーザ走査モジュール21へ出力する。
The
以下、レーザ走査モジュール21の詳細を説明する。レーザ走査モジュール21は、複数のレーザ発光部22a,22b,22c、レーザ案内部24、光走査部26、及び駆動制御部31等により構成されている。
The details of the
図3に示すように、レーザ発光部22a〜cは、画像を表示するためのレーザビームを発する光源部として機能している。レーザ発光部22a〜cは、例えば3つ設けられ、それぞれレーザビームをパルス状に発光する。本実施形態において各レーザ発光部22a〜cでは、例えばレーザダイオードが採用されている。
As shown in FIG. 3, the laser
3つのレーザ発光部22a〜cは、相互に異なる波長α,β,γのレーザビームを発光するようになっている。レーザ発光部22aが発するレーザビームのピーク波長αは、例えば500〜560nmの範囲、好ましくは540nmである緑色波長となっている。レーザ発光部22bが発するレーザビームのピーク波長βは、例えば430〜470nmの範囲、好ましくは450nmである青色波長となっている。レーザ発光部22cが発するレーザビームのピーク波長γは、例えば600〜650nmの範囲、好ましくは640nmである赤色波長となっている。
The three laser
レーザ案内部24は、各レーザ発光部22a〜cから発光された各レーザビームが重ね合されるように、共通の光路に案内する。レーザ案内部24は、複数の集光レンズ24a,24b,24c、折り返しミラー24d、及びダイクロイックミラー24e,24f等により構成されている。集光レンズ24a〜cは、レーザ発光部22a〜cと同数(たとえば3つ)設けられている。ダイクロイックミラー24e,24fは、レーザ発光部22a〜cよりも1つ少ない数(例えば2つ)設けられている。
The
3つの集光レンズ24a〜cは、それぞれ対応するレーザ発光部22a〜cに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各集光レンズ24a〜cは、例えば合成樹脂ないしガラスにより、透光性を有して形成されている。各集光レンズ24a〜cは、対応するレーザ発光部22a〜cからのレーザビームを屈折により集光して、各レーザビームのビームウエストが、スクリーン13の近傍ないしスクリーン13上に位置するように、調整する。
The three
折り返しミラー24dは、集光レンズ24aに対して、レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置され、集光レンズ24aを透過した緑色波長のレーザビームを反射する。
The folded
2つのダイクロイックミラー24e,24fは、それぞれ対応する集光レンズ24b,24cに対して、各レーザビームの進行方向に所定の間隔を空けて配置されている。各ダイクロイックミラー24e,24fは、集光レンズ24a〜cを透過した各レーザビームのうち、特定波長のレーザビームを反射し、その他のレーザビームを透過させる。具体的には、集光レンズ24bに対応するダイクロイックミラー24eは、青色波長のレーザビームを反射し、緑色波長のレーザビームを透過させる。集光レンズ24cに対応するダイクロイックミラー24fは、赤色波長のレーザビームを反射し、緑色波長及び青色波長のレーザビームを透過させる。
The two
ここで、折り返しミラー24dによる反射後の緑色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー24eが所定の間隔を空けて配置されている。また、ダイクロイックミラー24eによる反射後の青色波長のレーザビームの進行方向には、ダイクロイックミラー24fが所定の間隔を空けて配置されている。これら配置形態により、折り返しミラー24dによる反射後の緑色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー24eを透過し、ダイクロイックミラー24eによる反射後の青色波長のレーザ光束と重ね合される。また、緑色波長及び青色波長のレーザビームが、ダイクロイックミラー24fを透過し、ダイクロイックミラー24fによる反射後の赤色波長のレーザビームと重ね合される。
Here, the
また、図2に示すように、各レーザ発光部22a〜cは、駆動制御部31と電気的に接続されている。各レーザ発光部22a〜cは、駆動制御部31からの電気信号に従って、レーザビームをパルス状に発光する。そして、各レーザ発光部22aから発光される3色のレーザビームを加色混合することで、画像において種々の色の再現が可能となる。こうして各レーザビームは、共通の光路上に重ね合された状態で、実質的に同一の方向から光走査部26へと入射することとなる。
Further, as shown in FIG. 2, each
光走査部26は、微小電気機械システム(Micro Electro mechanical Systems;MEMS)を用い、レーザビームを時間的に走査(スキャン)可能に構成されたMEMSミラーである。光走査部26においてダイクロイックミラー24fと所定の間隔を空けて対向する面には、アルミニウムの金属蒸着等により、反射面26aが形成されている。反射面26aは、当該反射面26aの接平面に沿って、実質直交して配置された2つの回転軸Ax,Ayのまわりに揺動可能となっている。
The
図4に詳細を示すように、反射面26aは、内側の支持梁26bによって両持ち支持されている。内側の支持梁26bは、回転軸Ayに沿うように延伸して配置されている。内側の支持梁26bよりも外側には、反射面26aの外周を全周囲むように内枠体26cが形成されている。内枠体26cは、内側の支持梁26bを支持すると共に、外側の支持梁26dによって両持ち支持されている。外側の支持梁26dは、内側の支持梁26bとは実質直交する方向に、すなわち回転軸Axに沿うように延伸して配置されている。外側の支持梁26dよりも外側には、内枠体26cの全周を囲むように外枠体26eが形成されている。外枠体26eは、外側の支持梁26dを支持している。
As shown in detail in FIG. 4, the
このような光走査部26の反射面26aは、図2,3に示すように、駆動制御部31と電気的に接続されており、その電気信号によって揺動することで、向きを変更することができる。そして、光走査部26は、向きが制御されることで、レーザビームの反射面26aへの入射箇所である偏向点TPを起点として、時間的にレーザビームのスクリーン13への投射方向を偏向することが可能となる。こうしてレーザビームは走査されて、スクリーン上に画像を、例えば矩形状の走査範囲SRに描画することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
ここで、回転軸Ayのまわりに反射面26aが揺動されると、レーザビームは、走査範囲SRの長手方向LDに走査される。走査範囲SRの長手方向LDは、虚像VRIにおける左右方向(あるいは車両1の水平方向HD)に対応している。回転軸Axのまわりに反射面26aが揺動されると、レーザビームは、走査範囲SRの短手方向SDに走査される。走査範囲SRの短手方向SDは、虚像VRIにおける上下方向(あるいは車両1の鉛直方向VD)に対応している。
Here, when the reflecting
図2に示す駆動制御部31は、電圧波形を光走査部26に出力し、光走査部26の駆動を制御する。これと共に、駆動制御部31は、各レーザ発光部22a〜cの駆動を制御して、走査と連動したレーザビームの発光タイミングによって、スクリーン13上に画像を構成させる。駆動制御部31は、走査コントローラ32、発光ドライバ34、共振走査ドライバ36、強制駆動走査ドライバ38、及びジャイロセンサ40等により構成されている。この駆動制御部31においては、図示しないクロック発振器により、実質的に一定の動作クロックに基づいて各種処理が実施される。
The
走査コントローラ32は、例えばFPGA(Field-Programmable Gate Array)によってハードウエア的に実現される。FPGAは、いわゆるPLD(Programmable logic device)等の集積的な電子回路の一種であり、広義のプロセッサに含まれる。FPGAは、多数の論理ゲートを配列して複雑な処理を実現するものであるが、コンピュータプログラムの実行による処理よりも高速に、又は遅延を抑制しつつ、それを実行することができる。
The
走査コントローラ32は、制御ユニット17、各ドライバ34,36,38及びジャイロセンサ40と電気的に接続されている。走査コントローラ32は、制御ユニット17から入力された画像信号を、発光ドライバ34を制御する信号、共振走査ドライバ36を制御する信号及び強制駆動走査ドライバ38を制御する信号へ分解及び変換して出力し、各ドライバ34,36,38を連携させつつ制御する。信号の変換の際には、ジャイロセンサ40から入力された信号に基づいて、補正が実施される。
The
発光ドライバ34は、各レーザ発光部22a〜cを制御する回路である。具体的に発光ドライバ34は、走査コントローラ32からの信号に基づいて、各レーザ発光部22a〜cの発光タイミング及び発光強度を制御する。
The
共振走査ドライバ36は、光走査部26による走査のうち、回転軸Ayまわりの走査を制御する回路である。具体的に共振走査ドライバ36は、走査コントローラ32からの信号に基づいて、内側の支持梁26bをねじるための圧電素子26fへ印加する電圧波形を生成し、出力する。
The
より詳細に、回転軸Ayまわりの走査では、圧電素子26fへ印加する電圧値が比較的小さな周期にて制御されることによって、内側の支持梁26bがねじられる。こうした支持梁26bのねじれによって、反射面26aは回転軸Ayのまわりに揺動する。支持梁26bがねじれると、支持梁26bの弾性反力がねじれ方向とは逆方向に作用する。この弾性反力を利用して、反射面26aを、支持梁26bのばね定数に応じた所定の固有振動周波数にて共振させることができる。したがって、光走査部26において、車両1の水平方向HDに対応する方向での駆動は、共振現象を利用した共振駆動となっている。共振駆動させるための電圧波形は、例えば正弦波となっている。
More specifically, in scanning around the rotation axis Ay, the
強制駆動走査ドライバ38は、光走査部26による走査のうち、回転軸Axまわりの走査を制御する回路である。具体的に強制駆動走査ドライバ38は、走査コントローラ32からの信号に基づいて、外側の支持梁26dをねじるための圧電素子26gへ印加する電圧波形を生成し、出力する。
The forced
より詳細に、回転軸Axまわりの走査では、圧電素子26gへ印加する電圧値が制御されることによって、外側の支持梁26dがねじられ、内枠体26cが反射面26aと共に回転軸Axのまわりに揺動する。支持梁26dの弾性反力による振れを抑制すべく、この揺動の電圧波形は、共振駆動における固有振動周期よりも十分に大きな周期を有するものとされる。故に、光走査部26において、車両1の鉛直方向VDに対応する方向での駆動は、圧電素子26gへ印加する電圧値が回転軸Axまわりの揺動における瞬時振幅を決定する強制駆動となっている。
More specifically, in scanning around the rotation axis Ax, the voltage value applied to the
強制駆動させるための電圧波形は、例えば図5に示すような鋸歯状波となっている。当該鋸歯状波は、1組の急変動期PRと緩変動期PGとにより1周期を構成している。急変動期PRは、画像の描画におけるフレーム間の区切に対応している。急変動期PRにおいて電圧値がリニアに急変動している間は、現フレームの描画終了位置から次フレームの描画開始位置に高速で戻るように反射面26aの向きが変更される。この間、レーザビームが発光されることによる描画はなされない。
The voltage waveform for forced driving is, for example, a sawtooth wave as shown in FIG. The sawtooth wave constitutes one cycle by a set of a rapid fluctuation period PR and a slow fluctuation period PG. The sudden fluctuation period PR corresponds to the division between frames in drawing an image. While the voltage value fluctuates linearly in the sudden fluctuation period PR, the direction of the reflecting
緩変動期PGは、1フレームの画像が描画される処理に対応している。緩変動期PGにおいて電圧値が急変動期PRとは逆方向にリニアに緩変動している間は、共振走査と強制駆動走査との組み合わせにより、現フレームの描画開始位置から当該フレームの描画終了位置まで、レーザビームがスクリーン上を2次元的に走査される。この間、画像の各画素の輝度及び色相に合わせて3つのレーザ発光部22a〜cから適宜の発光タイミング及び発光強度にてレーザビームが発せられる。
The slow fluctuation period PG corresponds to the process of drawing a one-frame image. While the voltage value linearly fluctuates in the direction opposite to the sudden fluctuation period PR in the slow fluctuation period PG, the drawing of the frame ends from the drawing start position of the current frame by the combination of the resonance scanning and the forced drive scanning. To the position, the laser beam is two-dimensionally scanned on the screen. During this period, laser beams are emitted from the three
そして、緩変動期PGの開始時の電圧値V0が走査範囲SRにおける鉛直方向VDの一端(本実施形態では上端)の位置を決定し、緩変動期PGの終了時の電圧値V1が走査範囲SRにおける鉛直方向VDの他端(本実施形態では下端)の位置を決定している。 Then, the voltage value V0 at the start of the slow fluctuation period PG determines the position of one end (upper end in the present embodiment) of the vertical VD in the scanning range SR, and the voltage value V1 at the end of the slow fluctuation period PG is the scanning range. The position of the other end (lower end in this embodiment) of the vertical VD in the SR is determined.
鋸刃状波において複数周期が連続的に繰り返されることで、画像は、所定のフレームレート(例えば40〜80fps程度)にて更新可能とされている。 By continuously repeating a plurality of cycles in the sawtooth wave, the image can be updated at a predetermined frame rate (for example, about 40 to 80 fps).
図2に示すように、ジャイロセンサ40は、車両1に生じる姿勢変化を検出する。この姿勢変化は、例えば車両1の操舵による方向転換、路面の傾斜による車両1の方向変化等の低周波の姿勢変化と、例えば路面の凹凸による車両1の振動等の高周波の姿勢変化との両方を含む概念である。ただし本実施形態では、後者の高周波の姿勢変化が補正対象の主体とされている。
As shown in FIG. 2, the
ジャイロセンサ40は、ジャイロ検出部41及びジャイロ処理部42を備えている。ジャイロ検出部41は、姿勢変化の情報としての角速度を逐次検出可能に形成されている。角速度の検出には、例えばフライホイール機構、振動バー機構等を用いた機械方式、光ファイバーを用いた光学方式等を採用することができる。
The
ジャイロ処理部42は、ジャイロ検出部41による検出結果を取得する。ジャイロ処理部42は、この検出結果をフィルタリングして走査コントローラ32へと出力するフィルタ回路を有している。ジャイロ処理部42は、フィルタ回路によって、ジャイロ検出部41が検出した角速度を所定の時間にて時間平均する時間平均処理、時間平均された角速度を積分して角度に変換する変換処理等を実行する。こうしてジャイロ処理部42によりフィルタリングされた姿勢変化の情報は、電圧波形の1周期につき1回、すなわち画像の1フレームの描画につき1回、走査コントローラ32へと入力される。
The
走査コントローラ32は、取得された姿勢変化の情報に基づいて、当該姿勢変化に起因する画像の車両1外の風景に対する位置ずれが低減されるように、走査範囲SRを鉛直方向VDに沿って補正する。図6に示すように、仮に、画像においてある1フレームを描画したときに、画像の表示コンテンツが車両1外の風景に正確に重畳していたとしても、路面の凹凸により車両1が鉛直方向VDに振動した場合に次のフレームでも同じ走査範囲SRで画像を描画すると、風景に対して表示コンテンツが位置ずれし得る。したがって、本実施形態では、1フレーム毎に、姿勢変化に基づいて鉛直方向VDの走査範囲SRが変更される。
Based on the acquired attitude change information, the
走査コントローラ32は、前回の姿勢変化の情報取得時における車両の角度に対する、今回の姿勢変化の情報取得時における角度の変位を算出する。この変位は、画像の風景に対する鉛直方向VDの位置ずれに相当する。走査コントローラ32は、この位置ずれを低減するように、強制駆動の電圧波形における電圧値を補正する補正処理を実施する。
The
より詳細に、走査コントローラ32は、この位置ずれを相殺するような電圧のオフセット値Voffを算出する。そして、図5に示すように、走査コントローラ32は、姿勢変化取得直後の1フレームの描画にあたって、電圧波形における緩変動期PGの電圧値を、係るオフセット値Voff分だけ、全体的にオフセットする。緩変動期PGの開始時の電圧値V0及び終了時の電圧値V1が同じオフセット値Voff分だけ変更されるので、走査範囲SRにおける鉛直方向VDの一端及び他端は、実質的に、両方共に同方向かつ同量移動する。この結果、次の1フレームにおける走査範囲SRが全体的に鉛直方向VDにずらされることとなる。この際、走査範囲SRが間延びするわけではないので、画素ピッチは変更されない。
More specifically, the
さて、図7に示すように、この走査範囲SRの補正において、ジャイロセンサ40における姿勢変化の検出から描画までの処理は、電圧波形の1周期よりも短い時間で実施されることが好ましい。
By the way, as shown in FIG. 7, in the correction of the scanning range SR, it is preferable that the process from the detection of the attitude change to the drawing by the
故に、ジャイロ処理部42における時間平均処理及び変換処理の処理時間が1周期よりも十分小さな時間となるように、両処理は簡略化されている。そして、姿勢変化の情報は、映像信号とは別経路で走査コントローラ32に入力される。具体的に、姿勢変化の情報は、走査コントローラ32を実現するFPGAのうち出力側に近い部分に、入力される。走査コントローラ32が強制駆動走査ドライバ38へ信号を出力する直前で、電圧波形の補正処理を実施することによって、直近の姿勢変化の情報をすぐに光走査部26の強制駆動に反映させることができる。このために、現在のフレームの描画に並行して、次のフレームの走査範囲SRを変更するためのジャイロ処理部42における時間平均処理及び変換処理並びに走査コントローラ32による補正処理は、実行される。
Therefore, both processes are simplified so that the processing time of the time averaging process and the conversion process in the
(作用効果)
以上説明した第1実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。
(Action effect)
The effects of the first embodiment described above will be described again below.
第1実施形態によると、車両1の姿勢変化に起因して、車両1外の風景に対して虚像表示される画像に想定される位置ずれは、光走査部26に入力する電圧波形における電圧値の補正によって低減される。すなわち、光走査部26では、電圧値の補正によって光ビームとしてのレーザビームの投射方向が直接的に補正される。故に、情報処理に係るバファリング等の処理時間を不要とする、あるいは抑制することができる。
According to the first embodiment, the position shift assumed in the image displayed as a virtual image with respect to the landscape outside the vehicle 1 due to the change in the posture of the vehicle 1 is the voltage value in the voltage waveform input to the
さらには、電圧波形の変更によってレーザビームが走査される走査範囲SR自体が変更される。このため予め画像の表示位置の移動を考慮した大きめの走査範囲SRを設定する必要性が低減され、走査は実施されるものの、実際には画像が描画されない無駄な範囲の発生を抑制することができる。換言すれば、1フレーム当たりの描画時間の増加を抑制することができる。以上により、姿勢変化に対する応答性が良好である虚像表示装置としてのHUD10を提供することができる。
Furthermore, the scanning range SR itself in which the laser beam is scanned is changed by changing the voltage waveform. For this reason, it is possible to reduce the need to set a large scanning range SR in consideration of the movement of the display position of the image in advance, and to suppress the occurrence of a useless range in which the image is not actually drawn although scanning is performed. it can. In other words, the increase in drawing time per frame can be suppressed. From the above, it is possible to provide the
また、第1実施形態によると、車両1の鉛直方向VDに対応する方向に強制駆動される光走査部26に対して、当該強制駆動の電圧波形における電圧値を補正することにより、鉛直方向VDの位置ずれが低減される。強制駆動は、電圧値が瞬時振幅を決定するものであるから、電圧値でレーザビームの投射方向を精度良く決定することができる。したがって、高い応答性と共に、位置ずれ低減を高精度に実現することができる。
Further, according to the first embodiment, the
また、第1実施形態によると、画像の1フレーム毎に車両1の鉛直方向VDの位置ずれを相殺するオフセット値Voffが算出され、当該1フレームの描画の間、電圧値をオフセット値Voffだけオフセットして走査範囲SRが鉛直方向VDにずらされる。そうすると、単純な電圧値の補正によって、走査範囲SRの変形を抑制しつつ当該走査範囲SRを移動させ、高い応答性によって位置ずれ低減を図ることができる。 Further, according to the first embodiment, an offset value Voff that offsets the misalignment of the vertical VD of the vehicle 1 is calculated for each frame of the image, and the voltage value is offset by the offset value Voff during the drawing of the one frame. Then, the scanning range SR is shifted to the vertical VD. Then, by simply correcting the voltage value, the scanning range SR can be moved while suppressing the deformation of the scanning range SR, and the positional deviation can be reduced by high responsiveness.
また、第1実施形態によると、画像の1フレームの描画に並行して、次の1フレームにおける電圧波形の補正処理が実行される。そうすると、補正処理による描画の遅延を低減することができ、また、より直近の姿勢変化を走査範囲SRの移動に反映させることができる。 Further, according to the first embodiment, the correction process of the voltage waveform in the next one frame is executed in parallel with the drawing of one frame of the image. Then, the delay in drawing due to the correction process can be reduced, and the most recent posture change can be reflected in the movement of the scanning range SR.
また、第1実施形態によると、レーザ走査モジュール21内の駆動制御部31に、車両1に生じる姿勢変化を検出するジャイロ検出部41が設けられている。そうすると、レーザ走査モジュール21に加わる振動と同じ振動を検出できるため、位置ずれ低減の精度を高めることができると共に、安定的にジャイロ検出部41からの信号を取得できるので、電圧値の補正における動作の安定性を高めることができる。
Further, according to the first embodiment, the
(他の実施形態)
以上、一実施形態について説明したが、本開示は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
(Other embodiments)
Although one embodiment has been described above, the present disclosure is not construed as being limited to the embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist of the present disclosure.
具体的に変形例1としては、ジャイロセンサ40は、レーザ走査モジュール21の外部に配置されていてもよい。図8の例では、HUD基板17aに、ジャイロセンサ40が実装されている。ジャイロセンサ40は、第1実施形態と同様にジャイロ検出部41及びジャイロ処理部42を有している。ジャイロセンサ40は、制御ユニット17と走査コントローラ32との接続とは別経路にて、走査コントローラ32に電気的に接続されている。駆動制御部31は、ジャイロ処理部42によりフィルタリングされた後の情報を、車両1に生じる姿勢変化の情報として、取得するようになっている。
Specifically, as a modification 1, the
また図9の例では、ジャイロセンサ40は、HUD10のハウジング11に設置されている。この場合においても、駆動制御部31は、ジャイロ処理部42によりフィルタリングされた後の情報を、車両1に生じる姿勢変化の情報として、取得するようになっている。
Further, in the example of FIG. 9, the
変形例2としては、車両1に生じる姿勢変化の情報は、慣性センサであれば、ジャイロセンサ40以外の、加速度センサ等を用いて検出されてもよい。姿勢変化の情報は、これらの慣性センサに加えて、GPS受信機による位置情報、地磁気センサ等の情報を組み合わせることで、精度が高められていてもよい。
As a modification 2, the information on the posture change occurring in the vehicle 1 may be detected by using an acceleration sensor or the like other than the
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサを構成する専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の装置及びその手法は、専用ハードウエア論理回路により、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の装置及びその手法は、コンピュータプログラムを実行するプロセッサと一つ以上のハードウエア論理回路との組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。 The control unit and its method described in the present disclosure may be realized by a dedicated computer constituting a processor programmed to execute one or more functions embodied by a computer program. Alternatively, the apparatus and method thereof described in the present disclosure may be realized by a dedicated hardware logic circuit. Alternatively, the apparatus and method thereof described in the present disclosure may be realized by one or more dedicated computers configured by a combination of a processor that executes a computer program and one or more hardware logic circuits. Further, the computer program may be stored in a computer-readable non-transitional tangible recording medium as an instruction executed by the computer.
1:車両、10:HUD(虚像表示装置)、22a,22b,22c:レーザ発光部(光源部)、26:光走査部、31:駆動制御部、SR:走査範囲 1: Vehicle, 10: HUD (virtual image display device), 22a, 22b, 22c: Laser light emitting unit (light source unit), 26: Optical scanning unit, 31: Drive control unit, SR: Scanning range
Claims (6)
光ビームを発する光源部(22a,22b,22c)と、
入力される電圧波形に応じた走査範囲(SR)にて、前記光源部から入射する前記光ビームを走査し、前記画像を描画する光走査部(26)と、
前記電圧波形を前記光走査部へ出力して、前記光走査部を駆動させる駆動制御部(31)と、を備え、
前記駆動制御部は、前記車両に生じる姿勢変化の情報を取得し、前記姿勢変化に起因する前記画像の前記風景に対する位置ずれが低減されるように、前記電圧波形における電圧値を補正する虚像表示装置。 A virtual image display device that is configured to be mounted on a vehicle (1) and displays an image as a virtual image so as to be superimposed on the landscape outside the vehicle.
Light source units (22a, 22b, 22c) that emit light beams, and
An optical scanning unit (26) that scans the light beam incident from the light source unit and draws the image in a scanning range (SR) corresponding to the input voltage waveform.
A drive control unit (31) that outputs the voltage waveform to the optical scanning unit and drives the optical scanning unit is provided.
The drive control unit acquires information on a posture change that occurs in the vehicle, and corrects a voltage value in the voltage waveform so that the positional deviation of the image with respect to the landscape due to the posture change is reduced. apparatus.
前記駆動制御部は、前記姿勢変化としての前記車両の前記鉛直方向の前記位置ずれを低減するように、前記強制駆動の前記電圧波形における前記電圧値を補正する請求項1に記載の虚像表示装置。 In the optical scanning unit, the drive in the direction (SD) corresponding to the vertical direction (VD) of the vehicle is a forced drive in which the voltage value determines the instantaneous amplitude.
The virtual image display device according to claim 1, wherein the drive control unit corrects the voltage value in the voltage waveform of the forced drive so as to reduce the positional deviation of the vehicle in the vertical direction as the posture change. ..
前記検出部による検出結果をフィルタリングする処理部(42)と、をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記処理部によりフィルタリングされた後の情報を、前記姿勢変化の情報として、取得する請求項1から4のいずれか1項に記載の虚像表示装置。 The detection unit (41) that detects the posture change and
A processing unit (42) for filtering the detection result by the detection unit is further provided.
The virtual image display device according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive control unit acquires information after being filtered by the processing unit as information on the posture change.
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