JP4998239B2 - 車載用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等の移動体において、運転者に対して情報を表示する車載用表示装置に関する。

近年、光走査装置の小型化を目的として、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用した光走査装置が種々提案されている。
例えば、支持基板にトーションバーで支持されたミラーに対して、基板に支持された固定電極とミラーに設けられた電極部との間に電圧を印加して、両者間に生じる静電引力によってミラーを揺動させることにより、ミラーに入射したレーザ光を走査するように構成した光走査装置が知られている（特許文献１を参照）。

さらに、直交する２つの弾性梁により水平及び垂直の２方向へ揺動可能なミラーに対して、それら２つの弾性梁を支持する基板をさらに弾性梁で支持し水平方向へ揺動可能とすることにより、水平方向の任意の角度で２次元走査を行うように構成した光走査装置が知られている（特許文献２を参照）。
特許第３０１１１４４号公報 特開２００４−２２６５４８号公報

ところで車載用表示装置のなかには、車両のウインドシールド上に情報を表示して、少ない視点移動で車両の運転者が情報を視認できるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置という）が知られている。このＨＵＤ装置では、ＨＵＤ装置内に配置されたスクリーン上にレーザ光を走査することにより表示を行うために、ＨＵＤ装置内の光走査装置とスクリーン間の距離が一般的に小さくなる。このため、ウインドシールド全体にわたった表示を行うには、ＨＵＤ装置内の光走査装置による走査角（ミラーの振れ角）を大きくしなければならず、例えば５０°程度の走査角を必要とする。

しかし、上述の特許文献１，２に記載の光走査装置では、弾性梁を介してミラーを揺動させるため、その走査角を大きくすることができず（例えば、２０°程度）、ウインドシールド全体にわたった表示を行うことができないという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、ウインドシールド上に広範囲の表示を行うことができる小型の車載用表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の車載用表示装置では、画像生成手段が、レーザ光源からレーザ光を照射し、さらに、交差する２つの回転軸を中心にして２方向に揺動可能に支持された第１反射面で、レーザ光源から照射されたレーザ光を反射して２方向に走査することにより画像を生成する。またレーザ光散乱手段が、画像生成手段からのレーザ光を散乱させて、実像を形成する。そして反射手段が、画像生成手段とレーザ光散乱手段との間に位置し、交差する２つの回転軸を中心にして２方向に回転可能に支持された第２反射面で、画像生成手段により生成された画像を反射し、レーザ光散乱手段に投影する。

このように構成された車載用表示装置によれば、第２反射面が２方向に回転可能であるので、第２反射面の向きを変えることができる。このため、画像生成手段により生成された画像を第２反射面で反射させることにより、第２反射面の向きに応じて、当該画像の表
示位置を変えることができる。つまり、車両のウインドシールド上での、画像生成手段により生成された画像が表示される範囲の拡張を、画像生成手段の第１反射面の走査角を大きくすることなく実現することができる。

このため、ＭＥＭＳ技術を利用して第１反射面を製造することができるので、第１反射面を小型化することができる。これにより、車載用表示装置を小型化することができる。
以上より、ウインドシールド上に広範囲の表示を行うことができる小型の車載用表示装置を実現することができる。

なお、車両の運転者へ提示される情報は、例えば車両進行方向の指示や飛び出し歩行者の警告であり、その表示サイズがウインドシールドと比較して小さくてもよく、さらに、複数同時に表示する必要がない。このため、請求項１に記載の車載用表示装置は、車両の運転者への情報提示に好適である。

また、請求項１に記載の車載用表示装置では、請求項２に記載のように、反射手段は、第２反射面における、第２反射面を支持する２つの回転軸が互いに交差する点で、画像生成手段により生成された画像の中心を反射するようにするとよい。

このように構成された車載用表示装置では、第２反射面は、第２反射面を支持する２つの回転軸が互いに交差する点（以下、軸交差点ともいう）を中心として回転する。このため、この軸交差点から離れるほど、第２反射面の回転による振れ幅が大きくなる。即ち、第２反射面上において軸交差点から離れるほど、その地点では、第１反射面との間の距離の変動が大きくなり、第１反射面で反射されて第２反射面に到達したときの画像の大きさの変動が大きくなる。

つまり、請求項２に記載の車載用表示装置によれば、第２反射面上において、画像生成手段により生成された画像の中心（以下、画像中心ともいう）と、軸交差点とが一致するため、画像生成手段により生成された画像の縁部のうち軸交差点から最も離れた箇所と、軸交差点との間の距離を、画像中心と軸交差点とがずれている場合と比較して、短くすることができる。このため、第２反射面の面積を最小限に抑えることができる。そして、第２反射面の面積を小さくすることができるので、第２反射面を回転させるために必要なエネルギーを低減することができる。

また、請求項１または請求項２に記載の車載用表示装置では、請求項３に記載のように、レーザ光源における、レーザ光の照射の始点と、第１反射面における、第１反射面を支持する２つの回転軸が互いに交差する点と、第２反射面における、第２反射面を支持する２つの回転軸が互いに交差する点とが、同一平面上に配置されるようにするとよい。

このように構成された車載用表示装置では、第２反射面により反射された画像は、上記平面を中心として対称となる。このため、画像の歪みを補正する場合には、画像の半分のみを考慮して行えばよいので、歪みを補正するための処理を簡略化できる。

以下に本発明の実施形態について図面とともに説明する。
図１は、本発明が適用された実施形態のヘッドアップディスプレイ装置１の配置を示す模式図、図２はヘッドアップディスプレイ装置１の構成を示す模式図、図３（ａ）はスキャナ１２の構成を示す模式図、図３（ｂ）は表示移動装置１３の構成を示す模式図、図４はスキャナ１２と表示移動装置１３との位置関係を示す図、図５は制御ユニット１６の構成を示すブロック図である。

ヘッドアップディスプレイ装置１（以下、ＨＵＤ装置１という）は、車両に搭載され、図１に示すように、車両のウインドシールドＷＳの下方に設置される。
ＨＵＤ装置１は、ウインドシールドＷＳの下方からウインドシールドＷＳに向けて、画像を表示するための表示光ＤＬを照射する。これにより、ウインドシールドＷＳに虚像ＶＩが投影され、車室内の運転席に着座する運転者ＤＲは、その投影された虚像ＶＩを車両前方の実際の風景に重ねて視認することになる。

ＨＵＤ装置１は、図２に示すように、レーザ光を照射するレーザダイオード１１と、レーザダイオード１１により照射されたレーザ光を２次元走査することにより画像を形成するスキャナ１２と、スキャナ１２により形成された画像を反射することにより画像の表示位置を移動させる表示移動装置１３と、表示移動装置１３により移動させられた画像を投影するスクリーン１４と、スクリーン１４に投影された画像を拡大して外部に放射する拡大光学系１５と、ウインドシールドＷＳに画像を表示するためにレーザダイオード１１、スキャナ１２及び表示移動装置１３を制御する制御ユニット１６とを備えている。

これらのうちレーザダイオード１１は、ＲＧＢの３色の光源を備え、制御ユニット１６から出力されたレーザ駆動信号（後述）に基づいて各々の色についての発光タイミングおよび出力強度を変化させ、１画素に相当するレーザ光を照射する。

またスキャナ１２は、例えばシリコンウエハを半導体プロセスで加工して製造されたものであり、図３（ａ）に示すように、例えばアルミ薄膜の鏡面部が表面に形成された第１フレーム２１と、梁２２ａを回転軸ｉとして第１フレーム２１を揺動可能に支持する第２フレーム２２と、梁２２ａと直交する梁２３ａを回転軸ｊとして第２フレーム２２を揺動可能に支持する第３フレーム２３と、制御ユニット１６から出力されたスキャナ駆動信号（後述）に基づいて周期的な電圧を印加することにより回転軸ｉ及び回転軸ｊを２軸同時に共振駆動させる共振駆動部（不図示）とを備える。なお回転軸ｉ及び回転軸ｊは、第１フレーム２１の中心上で交差するように配置される（図中の交差点２１ａを参照）。

そしてスキャナ１２は、共振駆動部による共振駆動により第１フレーム２１を回転軸ｉと回転軸ｊを中心にして振動させることにより、レーザダイオード１１から照射されたレーザ光の２次元走査を行う。なお第１フレーム２１の振れ角は、例えば２方向のそれぞれに対して１０°程度である。したがって、スキャナ１２による表示画角は２０°程度である。

また表示移動装置１３は、図３（ｂ）に示すように、スキャナ１２により形成された画像を反射するミラー３１と、ミラー３１を回転軸ｋを中心に回転させる第１モータ３２と、ミラー３１及び第１モータ３２を支持するフレーム３３と、回転軸ｋと直交する回転軸ｌを中心にフレーム３３を回転させる第２モータ３４とから構成される。

そして表示移動装置１３は、制御ユニット１６から出力された回転角度指令信号（後述）に基づいて第１モータ３２及び第２モータ３４を所望の角度に回転させることにより、所望の方向にミラー３１を移動させる。なおミラー３１は、回転軸ｋ及び回転軸ｌのそれぞれについて３６０°回転可能に構成されている（図中の矢印ＲＹ１，ＲＹ２を参照）。

また回転軸ｋ及び回転軸ｌは、ミラー３１の中心上で交差するように配置される（図中の交差点３１ａを参照）。これによりミラー３１は、その中心が固定された２方向へ回転可能となる。更に、２つの回転軸ｋ，ｌは軸そのものが回転体であるため、回転軸方向の共振周波数を１ｋＨｚ以上とすることができ、車載振動の影響を受けることなく回転させることができる。

なお、レーザダイオード１１とスキャナ１２と表示移動装置１３は、レーザダイオード１１におけるレーザ光の照射の始点１１ａ（図２を参照）と、第１フレーム２１における交差点２１ａ（図３（ａ）を参照）と、ミラー３１における交差点３１ａ（図３（ｂ）を参照）とが同一平面上になるように配置される。

また表示移動装置１３は、スキャナ１２から入射する画像の中心を交差点３１ａ上で反射するように配置される。
また図４に示すように、スキャナ１２と表示移動装置１３との距離が大きくなるほど、表示移動装置１３に表示される画像が大きくなる（実線で記載されたスキャナ１２及び表示移動装置１３と、破線で記載されたスキャナ１２及び表示移動装置１３を参照）。このため、ヘッドアップディスプレイ装置１をできるだけ小型化するために、スキャナ１２は、スキャナ１２と表示移動装置１３との距離ができるだけ小さくなるように配置される。

次に制御ユニット１６は、所定の処理プログラムに基づいて処理を実行するＣＰＵ４１と、種々の処理プログラムが格納されたＲＯＭ４２と、種々のデータを格納するＲＡＭ４３と、レーザダイオード１１、スキャナ１２、第１モータ３２、及び第２モータ３４等が接続されてＣＰＵ４１及びＲＡＭ４３との間で信号及びデータの入出力を行う入出力部４４と、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４２、ＲＡＭ４３及び入出力部４４をデータ入出力可能に接続するバス４５とから構成される。

なお入出力部４４には更に、車両の走行速度を検出する車速センサ５１、目的地までの走行経路を運転者に案内するナビゲーション装置５２、他車両の自車両への接近を検出する接近車両検出器５３、運転者の眼球位置を検出する眼球位置センサ５４、及び車道に飛び出してくる歩行者を検出する飛び出し歩行者検出器５５が接続される。

このように構成された制御ユニット１６のＣＰＵ４１は、車速センサ５１からの車速情報、ナビゲーション装置５２からのナビゲーション情報、接近車両検出器５３からの接近車両情報、眼球位置センサ５４からの眼球位置情報、及び飛び出し歩行者検出器５５からの飛び出し歩行者情報を取得し、これらの情報から、表示画像とその表示画像のスクリーン１４上での表示位置とを決定する。

なお、表示画像を広角に偏向させるようにすると、表示画像をスクリーン１４の端に移動させるほど表示画像の表示歪が大きくなる。このためＣＰＵ４１は、ウインドシールドＷＳに表示されているときの画像の歪みを補正するために、決定した表示位置に応じて、決定した表示画像を歪ませる。

さらにＣＰＵ４１は、決定した表示位置から第１モータ３２及び第２モータ３４の回転角度を計算する。
そしてＣＰＵ４１は、決定した表示画像を表示させるためのレーザダイオード１１の発光タイミングおよび出力強度を指示するレーザ駆動信号をレーザダイオード１１に出力する。またＣＰＵ４１は、決定した表示画像が形成されるようにレーザダイオード１１に同期して２次元走査を行わせるためのスキャナ駆動信号をスキャナ１２に出力する。さらにＣＰＵ４１は、計算した回転角度を指示する回転角度指令信号を第１モータ３２及び第２モータ３４に出力する。

このように構成されたＨＵＤ装置１では、レーザダイオード１１がレーザ光を照射し、さらに、スキャナ１２が、交差する２つの梁２２ａ，２３ａ（回転軸ｉ，ｊ）を中心にして２方向に揺動可能に支持された第１フレーム２１で、レーザダイオード１１から照射されたレーザ光を反射して２方向に走査することにより画像を形成する。そして表示移動装置１３が、交差する２つの回転軸ｋ，ｌを中心にして２方向に回転可能に支持されたミラー３１で、レーザダイオード１１及びスキャナ１２により形成された画像を反射する。

このように構成されたＨＵＤ装置１によれば、ミラー３１が２方向に回転可能であるので、ミラー３１の向きを変えることができる。このため、レーザダイオード１１及びスキャナ１２により形成された画像をミラー３１で反射させることにより、ミラー３１の向きに応じて、当該画像の表示位置を変えることができる。

例えば、図６（ａ）に示すように、車両進行方向を指示する画像Ｄ１をウインドシールドＷＳの中央に表示したり、図６（ｂ）に示すように、飛び出し歩行者の警告する画像Ｄ２をウインドシールドＷＳの左側に表示したりすることができる。

つまり、車両のウインドシールドＷＳ上での、画像が表示される範囲の拡張を、スキャナ１２の第１フレーム２１の走査角を大きくすることなく実現することができる。
このため、ＭＥＭＳ技術を利用してスキャナ１２を製造することができるので、スキャナ１２を小型化することができる。これにより、ＨＵＤ装置１を小型化することができる。

以上より、ウインドシールドＷＳ上に広範囲の表示を行うことができる小型のＨＵＤ装置１を実現することができる。
また、レーザダイオード１１におけるレーザ光の照射の始点１１ａと、第１フレーム２１における交差点２１ａと、ミラー３１における交差点３１ａ（図３（ｂ）を参照）とが同一平面上になるように配置される。これにより、ミラー３１により反射されてスクリーン１４に投影された画像は、上記平面を中心として対称となる。このため、画像の歪みを補正する場合には、画像の半分のみを考慮して行えばよいので、歪みを補正するための処理を簡略化できる。

また、ミラー３１における交差点３１ａで画像の中心が反射される。これにより、ミラー３１の面積を最小限に抑えることができる。そして、ミラー３１の面積を小さくすることができるので、ミラー３１を回転させるために必要なエネルギーを低減することができる。

以上説明した実施形態において、ＨＵＤ装置１は本発明における車載用表示装置、第１フレーム２１は本発明における第１反射面、レーザダイオード１１は本発明におけるレーザ光源、レーザダイオード１１とスキャナ１２と制御ユニット１６は本発明における画像形成手段、ミラー３１は本発明における第２反射面、表示移動装置１３は本発明における反射手段である。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

ヘッドアップディスプレイ装置１の配置を示す模式図である。 ヘッドアップディスプレイ装置１の構成を示す模式図である。 スキャナ１２及び表示移動装置１３の構成を示す模式図である。 スキャナ１２と表示移動装置１３との位置関係を示す図である。 制御ユニット１６の構成を示すブロック図である。 ウインドシールドＷＳに投影された画像を示す図である。

符号の説明

１…ＨＵＤ装置、１１…レーザダイオード、１１ａ…始点、１２…スキャナ、１３…表示移動装置、１４…スクリーン、１５…拡大光学系、１６…制御ユニット、２１…第１フレーム、２１ａ…交差点、２２…第２フレーム、２２ａ…梁、２３…第３フレーム、２３ａ…梁、３１…ミラー、３１ａ…交差点、３２…第１モータ、３３…フレーム、３４…第２モータ、４１…ＣＰＵ、４２…ＲＯＭ、４３…ＲＡＭ、４４…入出力部、４５…バス、５１…車速センサ、５２…ナビゲーション装置、５３…接近車両検出器、５４…眼球位置センサ、５５…及び飛び出し歩行者検出器、５５…飛び出し歩行者検出器、ｉ，ｊ，ｋ，ｌ…回転軸、ＷＳ…ウインドシールド

Claims (3)

1. 交差する２つの回転軸を中心にして２方向に揺動可能に支持された第１反射面と、該第１反射面にレーザ光を照射するレーザ光源とを有し、前記第１反射面により反射されたレーザ光を前記２方向に走査することにより前記画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段からのレーザ光を散乱させて、実像を形成するレーザ光散乱手段と
   を有する、車両のウインドシールド上に画像を表示する車載用表示装置において、
   前記画像生成手段と前記レーザ光散乱手段との間に位置し、交差する２つの回転軸を中心にして２方向に回転可能に支持された第２反射面を有し、前記画像生成手段により生成された前記画像を前記第２反射面により反射し、前記レーザ光散乱手段に投影する反射手段と
   を備えることを特徴とする車載用表示装置。
2. 前記反射手段は、
   前記第２反射面における、前記第２反射面を支持する前記２つの回転軸が互いに交差する点上で、前記画像生成手段により生成された前記画像の中心を反射する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車載用表示装置。
3. 前記レーザ光源における、レーザ光の照射の始点と、
   前記第１反射面における、前記第１反射面を支持する前記２つの回転軸が互いに交差する点と、
   前記第２反射面における、前記第２反射面を支持する前記２つの回転軸が互いに交差する点とが、
   同一平面上に配置される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載用表示装置。