JP5039185B2

JP5039185B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP5039185B2
Application number: JP2010177897A
Authority: JP
Inventors: 博昭中村; 彰久森屋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-08-06
Filing date: 2010-08-06
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2030-08-06
Also published as: JP2012039397A; US20120033307A1

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

車載用の表示装置として、車両速度や進行方向等の運行情報を視認可能とする単眼式のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）がある。

このようなＨＵＤでは、観視者の頭部を撮像した画像から観視者の眼の位置を導出する。導出結果に基づいて、平板ミラーの角度や位置を自動的に制御する。観視者の頭部の動きに追従して観視者の片眼に映像を提示させる。

しかしながら、このようなＨＵＤでは、ロバストに観視者の片眼へ映像を提示することが困難である。

特開２００９―１２８５６５号公報

本発明が解決しようとする課題は、ロバストに観視者の片眼へ映像を提示することが可能な表示装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の実施形態に係る表示装置は、光束生成部と、反射板と、頭部検出部と、制御部と、駆動部とを備える。光束生成部は、画像情報を含む光束を生成する。反射板は、前記光束生成部により生成された前記光束を観視者の片眼に向かって反射させる。頭部検出部は、距離センサＡと距離センサＢとを含む第１の距離センサ対と、距離センサＣと距離センサＤとを含む第２の距離センサ対とを用いて、前記観視者の頭部の位置を検出する。制御部は、距離センサＡの出力電圧と、距離センサＤの出力電圧とが等しい値となった場合、前記第１の距離センサ対の出力電圧差と、前記第２の距離センサ対の出力電圧差とから係数Ｇを算出し、前記第１の距離センサ対の出力電圧差、前記第２の距離センサ対の出力電圧差のうちのいずれか一方と、前記係数Ｇとに基づいて、前記反射板の向き又は位置を制御する。駆動部は、前記制御部からの出力に基づいて、前記反射板を駆動させることを特徴とする。

第１の実施の形態に係る表示装置１０の構成を示す図。表示装置１０の一部の構成を示す図。制御部６２０の制御方法を例示するフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の構成を例示する模式図である。例えば、車両を運転する観視者１００が車両の速度やナビゲーション情報等の運行情報を視認できるようにしたものである。

表示装置１０は、光束生成部１１５と、反射板１６３と、頭部検出部６１２と、制御部６２０と、駆動部１６４とを備える。

光束生成部１１５は、運行情報の画像情報を含む光束１１２を生成する。反射板１６３は、光束生成部１１５により生成された光束１１２を透明板３１０（フロントガラス、ウインドシールド等）に向かって反射する。透明板３１０は、光束１１２を観視者１００の片眼１０５に向かって反射する。

光束生成部１１５は、光源３７４、制限部３７５、拡散部３７６、画像装置３７７、第１のレンズ３７１、開口部３７３、および第２のレンズ３７２を含む。第１のレンズ３７１の焦点距離をｆ_１、第２のレンズ３７２の焦点距離をｆ_２とすると、開口部３７３は、第１のレンズ３７１からｆ_１の距離で、かつ第２のレンズ３７２からｆ_２の距離の位置に設置されている。

制限部３７５によって、光源３７４から出射した光束１１２は、反射板１６３に向かうように進行方向が制限された状態で、拡散部３７６を備えた画像装置３７７へと入射する。拡散部３７６により、光束１１２は一様に画像装置３７７へと入射することができる。

画像装置３７７を通って画像情報を含んだ光束１１２は、第１のレンズ３７１と開口部３７３および第２のレンズ３７２を通過する。光束１１２は発散角(光束１１２が拡がっていく角度）が制御された状態で反射板１６３へと入射する。

画像装置３７７が開口部３７３よりも光源３７４側にあることにより、開口部３７３が画像装置３７７よりも光源３７４側にある場合に比べて、画像装置３７７を通る光束１１２の透過率を高くすることができる。

光源３７４には発光ダイオードや高圧水銀ランプ、ハロゲンランプ、レーザ等が用いられる。制限部３７５にはテーパライトガイド、拡散部３７６には拡散フィルターや拡散板、画像装置３７７には液晶ディスプレイやデジタルミラーデバイス等が用いられる。

表示装置１０は、観視者１００の片眼１０５を含むような投影範囲１１３で、光束１１２を投影する。制御部６２０は、光束１１２が投影範囲１１３内に投影されるように反射板１６３の向き又は位置を制御し、光束１１２の投影位置を調整する。観視者１００は片眼１０５で光束１１２を視認することができる。表示装置１０は、ＨＵＤとして使用することができる。

頭部検出部６１２は、二対の距離センサを用いて観視者１００の頭部１０１の各距離センサと観視者１００の頭部１０１との相対距離を検出する。

制御部６２０は、後述するように、頭部検出部６１２に設けられた距離センサ対からの出力信号に基づいて、反射板１６３を制御し、光束１１２の投影位置を調整する。

図２を用いて、頭部検出部６１２を詳細に説明する。

図２に表したように、表示装置１０における頭部検出部６１２は、距離センサＡ６１３ａと距離センサＢ６１３ｂを持つ第１の距離センサ対６１５と、距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄを持つ第２の距離センサ対６１６とを備えている。

各距離センサは、それぞれ発光素子と受光素子とを有する。発光素子は光を出射し、観視者１００の頭部１０５にて反射して戻ってきた光を受光素子で受光する。

距離センサには、ＰＳＤセンサの他、レーザ変位計、超音波距離センサ等の、非接触で対象物との距離を測定することができるものが含まれる。

距離センサＣ６１３ｃと距離センサＢ６１３ｂとを結ぶ線分の中点を第１の中点５１４とし、距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄとを結ぶ線分の中点を第２の中点５１５とする。距離センサＡ６１３ａと距離センサＢ６１３ｂとを結ぶ線分の中点を第３の中点５１６とする。第３の中点５１６は、第１の中点５１４を挟んで、第２の中点５１５と反対側の位置にある。

距離センサＣ６１３ｃと距離センサＢ６１３ｂとを結ぶ線分は、距離センサＣ６１３ｃの受光素子と距離センサＢ６１３ｂの受光素子とを結ぶ線分と定義する。

距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄとを結ぶ線分は、距離センサＣ６１３ｃの受光素子と距離センサＤ６１３ｄの受光素子とを結ぶ線分と定義する。

距離センサＣ６１３ｃと距離センサＢ６１３ｂを結ぶ線分の垂直二等分線を第１の直線５１４ａとし、距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄを結ぶ線分の垂直二等分線を第２の直線５１５ａとし，距離センサＡ６１３ａと距離センサＢ６１３ｂとを結ぶ線分の垂直二等分線を第３の直線５１６ａとする。

距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄは、距離センサＣ６１３ｃから出射した光と距離センサＤ６１３ｄから出射した光とが第１の直線５１５ａ上で交わるように配置される。

距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄは、第２の直線５１５ａ上に観視者１００の頭部１０５の幾何学的重心がある場合の重心位置に向かって光を出射するように配置されるのが望ましい。

距離センサＡ６１３ａと距離センサＢ６１３ｂは、距離センサＡ６１３ａから出射した光と距離センサＢ６１３ｂから出射した光とが第３の直線５１６ａ上で交わるように配置される。

距離センサＡ６１３ａと距離センサＢ６１３ｂは、第３の直線５１６ａ上に観視者１００の頭部１０５の幾何学的重心がある場合の重心位置に向かって光を出射するように配置されるのが望ましい。

例えば、車載用の表示装置であれば、距離センサ対６１５、６１６は天井に配置される。

第１の距離センサ対６１５は、第１の中点５１４と第２の中点５１５との距離がΔｘ離れた位置に配置される。第２の距離センサ対６１６は，第１の中点５１４と第３の中点５１６との距離がΔｘ離れた位置に配置される。

第１の距離センサ対６１５と第２の距離センサ対６１６は、同一直線状に配置されることが望ましい。

頭部検出部６１２は、距離センサＡ６１３ａの出力電圧値Ｖ_ａと、距離センサＢ６１３ｂの出力電圧値Ｖ_ｂと、距離センサＣ６１３ｃの出力電圧値Ｖ_ｃと、距離センサＤ６１３ｄの出力電圧値Ｖ_ｄとを制御部６２０に出力する。出力電圧値Ｖ_ａ〜ｄとは、距離センサＡ６１３ａ〜ｄから観視者１００の頭部１０１までの相対距離に応じた値である。出力電圧値Ｖ_ａ〜ｄは、図２におけるｄ_ａ〜ｄに対応している。ｄ_ａ〜ｄは、それぞれ、各距離センサの受光素子から観視者１００の頭部１０１の頭皮までの相対距離である。

制御部６２０は、距離センサＡ６１３ａの出力電圧値Ｖ_ａと距離センサＤ６１３ｄの出力電圧値Ｖ_dから、式１を用いてｐｏｓＡＤを計算する。ｐｏｓＡＤは、距離センサＡ６１３ａから観視者１００の頭部１０１までの相対距離と距離センサＤ６１３ｄから観視者１００の頭部１０１までの相対距離との差に応じた値である。

制御部６２０は、距離センサＡ６１３ａの出力電圧値Ｖ_ａと距離センサＢ６１３ｂの出力電圧値Ｖ_ｂから、式２を用いてｐｏｓＡＢを計算する。ｐｏｓＡＢは、距離センサＡ６１３ａから観視者１００の頭部１０１までの相対距離と距離センサＢ６１３ｂから観視者１００の頭部１０１までの相対距離との差に応じた値である。

制御部６２０は、距離センサＣ６１３ｃの出力電圧値Ｖ_ｃと距離センサＤ６１３ｄの出力電圧値Ｖ_ｄから、式３を用いてｐｏｓＣＤを計算する。ｐｏｓＣＤは、距離センサＣ６１３ｃから観視者１００の頭部１０１までの相対距離と距離センサＤ６１３ｄから観視者１００の頭部１０１までの相対距離との差に応じた値である。

図２（ａ）(ｂ）は、距離センサＡ６１３ａと距離センサＤ６１３ｄとを用いてｐｏｓＡＤを計算し、距離センサＡ６１３ａと距離センサＢ６１３ｂとを用いてｐｏｓＡＢを計算し、距離センサＣ６１３ｃと距離センサＤ６１３ｄとを用いてｐｏｓＣＤを計算している状態を表す図である。

図２（ａ）は、ある時刻における観視者１００の頭部１０１の位置を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）と異なる時刻における観視者１００の頭部１０１の位置を示している。図２（ａ）において、観視者１００の頭部１０１はｐｏｓＡＤ＝０となる位置にある。

制御部６２０は、ｐｏｓＡＤの値が０に等しい値となったときのｐｏｓＡＢの値（ｐｏｓＡＢ０）を式２により算出する。制御部６２０は、ｐｏｓＡＤの値が０に等しい値となったときのｐｏｓＣＤの値（ｐｏｓＣＤ０）を式３により算出する。制御部６２０は、式４により係数Ｇを決定する．

係数Ｇは、制御部６２０が後述する観視者１００の頭部１０１の相対位置Ｅｓｔ_１又はＥｓｔ_２を求める際に用いられる係数である。

０に等しい値とは、距離センサからの出力信号におけるノイズや観視者１００の頭部１０１の形状等による誤差範囲を含むものとする。すなわち、厳密な０ではなく、特定の誤差範囲に収まる数値を０に等しい値と定義する。

制御部６２０は、観視者１００の頭部１０１が図２における第１の中点５１４よりも左側（第１の中点５１４から第３の中点５１６に向かう側）にある場合（このとき、ｐｏｓＡＤ＞＝０の状態である）において、式５により、Ｅｓｔ_１を計算する。Ｅｓｔ_１は観視者１００の頭部１０１の幾何学的重心と第１の直線５１４ａとの相対距離に相当する推定値である。

制御部６２０は、光束１１２の投影範囲１１３が、基準位置からＥｓｔ_１の距離だけ、第１の中点５１４と第３の中点５１６を結ぶ線分に沿った方向上を移動するように、駆動部１６４に指令を与える。駆動部１６４は、その指令を受け、反射板１６３を駆動させる。

制御部６２０は、観視者１００の頭部１０１が図２における第１の中点５１４よりも右側（第１の中点５１４から第２の中点５１５に向かう側）にある場合（このとき、ｐｏｓＡＤ＜０の状態である）において、式６により、Ｅｓｔ_２を計算し、反射板１６３を制御する。Ｅｓｔ₂は観視者１００の頭部１０１の幾何学的重心と第１の直線５１４ａとの相対距離に相当する推定値である。

制御部６２０は、光束１１２の投影範囲１１３が、基準位置からＥｓｔ_２の距離だけ、第１の中点５１４と第２の中点５１５を結ぶ線分に沿った方向上を移動するように、駆動部１６４に指令を与える。駆動部１６４は、その指令を受け、反射板１６３を駆動させる。

観視者１００はｐｏｓＡＤ＝０となる位置に頭部１０１がある状態で、表示装置１０の初期設定を行う（図２（ａ）の状態）。この時、光束１１２の投影範囲１１３が観視者１００の片眼１０５を含むように、観視者１００は反射板１６３の位置を調節する。この状態における、観視者１００の片眼１０５の位置を基準位置とする。

反射板１６３の位置とは、並進運動による位置と、回転運動による角度位置とを含む。

表示装置１０の使用中、制御部６２０はＥｓｔ_１、又はＥｓｔ₂を計算する。制御部６２０は、光束１１２の投影範囲１１３が、基準位置からＥｓｔ_１、又はＥｓｔ₂の距離だけ、第１の中点５１４と第２の中点５１５を結ぶ線分に沿った方向上を移動するように、駆動部１６４に指令を与える（信号を出力する）。駆動部１６４は、その指令を受け、反射板１６３を駆動させる。

例えば、ＡＤ＞＝０のときに計算結果がＥｓｔ_１＝＋５となった場合、制御部６２０は、光束１１２の投影範囲１１３を、第１の中点５１４から第３の中点５１６に向かう方向へ、基準位置から５ｃｍ移動するように、駆動部１６４に指令を与え、反射板の位置を調節する。駆動部１６４は、その指令を受け、反射板１６３を駆動させる。

図３は制御部６２０の制御方法を例示するフローチャートである。図３に示す制御方法は、表示装置１０の製造段階で、あらかじめ制御部６２０に初期の係数Ｇを持たせてある状態から開始する。または、観視者１００が表示装置１０の使用開始時に、まず、ｐｏｓＡＤ＝０となる位置に頭部１０１を移動させ、制御部６２０に初期の係数Ｇを計算させた状態から開始する。

図３に表したように、制御部６２０は、距離センサＡ６１３ａの出力電圧値と距離センサＤ６１３ｄの出力電圧値を用いて、式１によりｐｏｓＡＤを計算する（Ｓ３０１）。制御部６２０は、距離センサＡ６１３ａの出力電圧値と距離センサＢ６１３ｂの出力電圧値を用いて、式２によりｐｏｓＥＦを計算する（Ｓ３０２）。制御部６２０は、距離センサＣ６１３ｃの出力電圧値と距離センサＤ６１３ｄの出力電圧値を用いて、式２によりｐｏｓＣＤを計算する（Ｓ３０３）。ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３はサンプリング時間ごとに繰り返し行われる。ステップＳ３０１〜ステップＳ３０３は順不同である。

制御部６２０は、ｐｏｓＡＤの値が０に等しい値か否かを判定する（Ｓ３０４）。また、制御部６２０は、当該判定に加え、ｐｏｓＣＤ＜０かつｐｏｓＥＦ＞０であるか否かを判定しても構わない。ステップＳ３０４における判定がＹＥＳの場合、制御部６２０は、このときのｐｏｓＣＤの値（ｐｏｓＣＤ０）と、ｐｏｓＥＦの値（ｐｏｓＥＦ０）とから、式４により係数Ｇを計算する（Ｓ３０５）。

制御部６２０は、ｐｏｓＡＤが０以上であるか否かを判定する（Ｓ３０６）。ステップＳ３０６における判定がＹＥＳの場合、制御部６２０は、式５によりＥｓｔ_１を計算する（Ｓ３０７）。ステップＳ３０６における判定がＮＯの場合、制御部６２０は、式６によりＥｓｔ₂を計算する（Ｓ３０８）。

制御部６２０は、ステップＳ３０７又はステップＳ３０８の結果に基づいて、光束１１２の反射方向を制御する（Ｓ３０９）。

この方法により、出力電圧値から観視者１００の頭部１０１の距離への換算処理工程を省略することが可能となり、処理コストを低減することができる。さらに、温度や個体差等による補正を行わずに測定することができ、ロバスト性が向上する。

これにより、本実施の形態に係る表示装置１０は、高度な画像処理能力を要さずとも観視者の片眼の位置の追従を行うことが可能な表示装置を提供することができる。また、外光等の影響を受けず、ロバストに観視者の片眼へ映像を提示することが可能な表示装置を提供することができる。

なお、本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。こ本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０表示装置
１００観視者
１０１頭部
１０５片眼
１１２光束
１１３投影範囲
１１５光束生成部
１６３反射板
１６４駆動部
３１０透明板
３７１第１のレンズ
３７２第２のレンズ
３７３開口部
３７４光源
３７５制限部
３７６拡散部
３７７画像装置
５１４第１の中点
５１４ａ第１の直線
５１５第２の中点
５１５ａ第２の直線
５１６第３の中点
５１６ａ第３の直線
６１２頭部検出部
６１３ａ距離センサＡ
６１３ｂ距離センサＢ
６１３ｃ距離センサＣ
６１３ｄ距離センサＤ
６１５第１の距離センサ対
６１６第２の距離センサ対
６２０制御部

Claims

画像情報を含む光束を生成する光束生成部と、
前記光束生成部により生成された前記光束を観視者の片眼に向かって反射させる反射板と、
前記観視者の頭部の位置を検出する頭部検出部と、
前記頭部検出部からの出力に基づいて、前記反射板の位置を制御する制御部と、
前記制御部からの出力に基づいて、前記反射板を駆動させる駆動部
とを備え、
前記頭部検出部は、
距離センサＡと距離センサＢとを含む第１の距離センサ対と、距離センサＣと距離センサＤとを含む第２の距離センサ対とを用いて、前記観視者の頭部の位置を検出し、
前記制御部は、
距離センサＡの出力電圧と、距離センサＤの出力電圧とが等しい値となった場合、前記第１の距離センサ対の出力電圧差と、前記第２の距離センサ対の出力電圧差とから係数Ｇを算出し、
前記第１の距離センサ対の出力電圧差又は前記第２の距離センサ対の出力電圧差のうちのいずれか一方と、前記係数Ｇとに基づいて、前記反射板の向き又は位置を制御する
表示装置。
前記制御部は、
距離センサＡの出力電圧が距離センサＤの出力電圧以上である場合、前記第１の距離センサ対の出力電圧差と、前記係数Ｇとに基づいて、前記反射板の向き又は位置を制御し、
距離センサＡの出力電圧が距離センサＤの出力電圧未満である場合、前記第２の距離センサ対の出力電圧差と、前記係数Ｇとに基づいて、前記反射板の向き又は位置を制御する
請求項１記載の表示装置。
前記光束生成部は、
光源と、
前記光源からの光束の進行方向を制限する制限部と、
前記光束を拡散させる拡散部と、
前記拡散部により拡散された前記光束に画像情報を含ませる画像装置と、
前記画像装置を通過した前記光束を集光する第１のレンズと、
前記第１のレンズを通過した前記光束の発散角を制御する開口部と、
前記開口部を通過した前記光束を集光させる第２のレンズ
とを備える、
請求項２記載の表示装置。