JP6314584B2 - Head-up display device - Google Patents
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Description
本発明は、ユーザが視認する各種映像を生成するヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device that generates various images that are visually recognized by a user.
従来より、車両等の移動体の乗員に対して経路案内や障害物の警告等の運転情報を提供する情報提供手段として、様々な手段が用いられている。例えば、移動体に設置された液晶ディスプレイによる表示や、スピーカから出力する音声等である。そして、近年、このような情報提供手段の一つとして、ヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUDという)がある。 Conventionally, various means have been used as information providing means for providing driving information such as route guidance and obstacle warnings to passengers of moving bodies such as vehicles. For example, display on a liquid crystal display installed on a moving body, sound output from a speaker, and the like. In recent years, as one of such information providing means, there is a head-up display device (hereinafter referred to as HUD).
ここで、例えば移動体として特に車両に対して設置されたHUDは、特開2009−150947号公報に記載されているように、車両の乗員から見て車両のウィンドウ(例えばフロントウインドウ)の前方に、前方視野の前景に重畳して、運転情報(例えば、速度表示、経路案内表示等)を虚像として生成することが可能である。その結果、乗員は運転情報を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。 Here, for example, the HUD installed on the vehicle as a moving body is located in front of the vehicle window (for example, the front window) as seen from the vehicle occupant, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-150947. It is possible to generate driving information (for example, speed display, route guidance display, etc.) as a virtual image superimposed on the foreground of the front vision. As a result, the occupant can reduce the line-of-sight movement as much as possible when visually confirming the driving information, and can further reduce the burden during driving.
ここで、車両の乗員の運転時の負担をより少なくする為には、虚像を生成する位置(より具体的には乗員から虚像までの距離)を適切に設定することが重要である。例えば、障害物に対する警告の虚像を生成する為には、その障害物が実際に存在する位置に虚像を生成することが望ましい。また、道路の右左折を案内する虚像を生成する場合には、右左折する地点に虚像を生成することが望ましい。 Here, in order to reduce the burden on the vehicle occupant during driving, it is important to appropriately set the position (more specifically, the distance from the occupant to the virtual image) where the virtual image is generated. For example, in order to generate a virtual image of a warning for an obstacle, it is desirable to generate a virtual image at a position where the obstacle actually exists. In addition, when generating a virtual image that guides a right or left turn of a road, it is desirable to generate a virtual image at a point where the right or left turns.
そして、上記特許文献1の技術では、プロジェクタからの映像を投射する対象となるスクリーンの位置を光路に沿って前後に移動可能に構成し、虚像を生成する位置を調整することが開示されている。しかしながら、上記特許文献1の技術では、ユーザから虚像までの距離を任意に変更することは可能であるが、光源の位置は固定されている。その結果、ユーザから遠い距離に虚像を生成する場合において、ユーザから近い距離に虚像を生成する場合よりも虚像の解像度が低下する問題があった。 The technique of Patent Document 1 discloses that the position of a screen that is a target for projecting an image from a projector is configured to be movable back and forth along an optical path, and the position for generating a virtual image is adjusted. . However, in the technique disclosed in Patent Document 1, the distance from the user to the virtual image can be arbitrarily changed, but the position of the light source is fixed. As a result, when generating a virtual image at a distance far from the user, the resolution of the virtual image is lower than when generating a virtual image at a distance close to the user.
具体的には図16に示すように、虚像の位置を変位させる為に必要なスクリーン101の移動量は、虚像の変位量に比べれば極めて小さい。即ち、光源102の位置を固定すると、ユーザから虚像までの距離を2.5mとした場合であっても20mとした場合であっても、スクリーン101に映像103が投射される範囲はほとんど変化が無い。即ち、2.5m先においてユーザが見える虚像の大きさと、20m先においてユーザが見える虚像の大きさはほとんど同じ大きさとなる。例えば、同じ大きさの看板がユーザから2.5m先と20m先にあれば、20m先にある看板は2.5m先にある看板よりもかなり小さく見えることからも明らかなように、異なった距離で同じ大きさの虚像が見えるということは、遠くにある虚像程サイズが大きいこととなる。
Specifically, as shown in FIG. 16, the amount of movement of the
その結果、上記特許文献1の技術では、図17に示すように、ユーザ104から離れた位置にある虚像程、より大きいサイズの虚像となる。例えば、2.5m先に生成される虚像105は30インチの大きさとなるが、20m先に生成される虚像106は300インチの大きさとなる。そして、画像の総画素数は変わらないので、結果的にユーザ104から離れた位置にある虚像程、解像度(dpi)が低下することとなる。例えば、20m先に生成される虚像106の解像度は、2.5m先に生成される虚像105の解像度の約10分の1となる。
As a result, in the technique of the above-described Patent Document 1, as shown in FIG. For example, the
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、光源を光路に沿って移動させることによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても解像度が低下することを防止したヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. By moving the light source along the optical path, it is possible to prevent the resolution from being lowered even when a virtual image is displayed far from the user. An object of the present invention is to provide a head-up display device.
前記目的を達成するため本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置(1)は、スクリーン(20、21)と、光源(15)から出力される光に基づいて生成される映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタ(4)と、前記スクリーンに投射された前記映像から前記映像の虚像を生成する虚像生成手段(11、12)と、前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させるスクリーン移動手段(24)と、前記スクリーン移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記虚像を視認するユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段(31)と、前記スクリーン移動手段によって前記生成距離が長くなる前記光源側へと前記スクリーンを移動させる場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーン側へと移動させることによって、前記スクリーンに対して前記映像が投射される範囲を変更する光源移動手段(17)と、を有することを特徴とする。
尚、「光源」とは、光(例えばレーザ光やLED光)の出力供給源となるデバイスに加えて、ミラー、MEMS、DMD、カラーホイール、レンズ等の出力された光をスクリーンに投射する為に反射したり加工するデバイスも含む。
In order to achieve the above object, a head-up display device (1) according to the present invention projects a screen (20, 21) and an image generated based on light output from a light source (15) onto the screen. (4), virtual image generating means (11, 12) for generating a virtual image of the video from the video projected on the screen, and screen moving means (24) for moving the screen along the optical path of the light source. A virtual image position for changing a generation distance which is a distance from a user viewing the virtual image to the virtual image generated by the virtual image generation unit by moving the screen along the optical path of the light source by the screen moving unit. the subscription and changing means (31), to the light source side of the generated distance increases by the screen moving means A light source moving means (17) for changing a range in which the image is projected onto the screen by moving the light source toward the screen along an optical path when moving the light source. It is characterized by.
The “light source” is used to project light output from a mirror, MEMS, DMD, color wheel, lens, etc. onto a screen in addition to a device that is an output supply source of light (for example, laser light or LED light). Also includes devices that reflect or process.
前記構成を有する本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、光源を光路に沿って移動可能に構成することによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても、光源をスクリーン側に近づけることによって、生成される虚像の解像度が低下することを防止することが可能となる。 According to the head-up display device according to the present invention having the above-described configuration, the light source can be moved along the optical path so that the light source is brought closer to the screen side even when a virtual image is displayed far from the user. Thus, it is possible to prevent the resolution of the generated virtual image from being lowered.
以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置について具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment embodying a head-up display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
先ず、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUDという)1の構成について図1を用いて説明する。図1は本実施形態に係るHUD1の車両2への設置態様を示した図である。
First, the configuration of a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an installation mode of the HUD 1 according to the present embodiment on the
図1に示すようにHUD1は、車両2のダッシュボード3内部に設置されており、内部にプロジェクタ4やプロジェクタ4からの映像が投射されるスクリーン5を有する。そして、スクリーン5に投射された映像を、後述のようにHUD1が備えるミラーやフレネルレンズを介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ6に反射させて車両2の乗員7に視認させるように構成されている。尚、スクリーン5に投射される映像としては、車両2に関する情報や乗員7の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物(他車両や歩行者)に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。
As shown in FIG. 1, the HUD 1 is installed inside the dashboard 3 of the
また、本実施形態のHUD1では、フロントウィンドウ6を反射して乗員7がスクリーン5に投射された映像を視認した場合に、乗員7にはフロントウィンドウ6の位置ではなく、フロントウィンドウ6の先の遠方の位置にスクリーン5に投射された映像が虚像8として視認されるように構成される。尚、乗員7が視認できる虚像8はスクリーン5に投射された映像であるが、ミラーを介するので上下方向は反転する。また、フレネルレンズを介することによってサイズも変更する。
Further, in the HUD 1 of the present embodiment, when the
ここで、虚像8を生成する位置、より具体的には乗員7から虚像8までの距離(以下、生成距離という)Lについては、HUD1が備えるミラーやフレネルレンズの形状や位置、光路に対するスクリーン5の位置等によって適宜設定することが可能である。特に、本実施形態では後述のようにスクリーン5の位置を光路に沿って前後方向に移動可能に構成する。その結果、生成距離Lを適宜変更することが可能となる。例えば生成距離Lを2.5m〜20mの間で変更することが可能である。
Here, regarding the position where the
次に、図2を用いてHUD1のより具体的な構成について説明する。図2は、本実施形態に係るHUD1の内部構成を示した図である。 Next, a more specific configuration of the HUD 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing an internal configuration of the HUD 1 according to the present embodiment.
図2に示すようにHUD1は、プロジェクタ4と、スクリーン5と、反射ミラー10と、ミラー11と、フレネルレンズ12と、制御回路部13と、CANインターフェース14とから基本的に構成されている。
As shown in FIG. 2, the HUD 1 basically includes a
ここで、プロジェクタ4は光源としてLED光源やランプ光源やレーザ光源を用いた映像投射装置であり、例えばレーザ走査式プロジェクタとする。尚、プロジェクタ4としてはDLPプロジェクタや液晶プロジェクタやLCOSプロジェクタを用いても良い。尚、レーザ走査式プロジェクタ以外を用いた場合にはプロジェクタ4に対して別途投射レンズを配置する必要がある。
Here, the
図3はプロジェクタ4の構成を示した図である。図3に示すようにプロジェクタ4は、内部にレーザ光の光源15を備えており、例えばレーザ走査式プロジェクタでは光源15から出力されるレーザ光をMEMSミラー16で反射させ、スクリーン5上に走査させることによってスクリーン5に所望の映像を投射する。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
また、本実施形態に係るプロジェクタ4は、内蔵された光源15とMEMSミラー16とが一体に、光路に沿って移動可能に構成されている。具体的には、図3に示すようにプロジェクタ4に対してアクチュエータや回路基板を含む駆動機構17が設置されており、駆動機構17を駆動することによってプロジェクタ4全体を、光源15やMEMSミラー16を一体にして光路に沿って移動する。その結果、後述のようにプロジェクタ4はスクリーン5に対して映像を投射する範囲を変更することが可能となる。
Further, the
一方、スクリーン5は、プロジェクタ4から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばすりガラス等の拡散板やマイクロレンズアレイ等からなる透過型スクリーンが用いられる。ここで、図4はスクリーン5を示した図である。
On the other hand, the
図4に示すようにスクリーン5は、映像が投射される被投射エリア22を有しており、プロジェクタ4から投射された映像が表示される。また、スクリーン5は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。具体的には、スクリーン5の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ24を駆動させることによって、図5に示すようにスクリーン5を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。その結果、図6に示すようにスクリーン5に投射された映像の虚像8が生成される位置(具体的には乗員7から虚像8までの距離である生成距離L)を変更することが可能である。尚、生成距離Lは、ミラー11からスクリーン5までの距離に依存する。即ち、生成距離Lは、ミラー11からスクリーン5までの距離に応じて長短を変更される。例えば、ミラー11からスクリーン5までの距離が長くなると生成距離Lが長くなり、ミラー11からスクリーン5までの距離が短くなると生成距離Lが短くなる。
As shown in FIG. 4, the
例えば、スクリーン5をプロジェクタ4側(ミラー11までの距離が長くなる側)に移動させると、生成距離Lが長くなる(即ち、乗員7からはより遠くに虚像8が視認されるようになる)。一方、スクリーン5をプロジェクタ4と反対側(ミラー11までの距離が短くなる側)に移動させると、生成距離Lが短くなる(即ち、乗員7からはより近くに虚像8が視認されるようになる)。
For example, when the
また、スクリーン前後駆動モータ24はステッピングモータからなる。そして、HUD1は、制御回路部13から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン前後駆動モータ24を制御し、スクリーン5の前後位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。
The screen front /
また、本実施形態ではスクリーン5が光路に沿って移動すると、それに応じてプロジェクタ4(光源15)も光路に沿って移動する構成を有する。具体的には、図7に示すように生成距離Lが長くなる方向へとスクリーン5を移動させる場合に、プロジェクタ4(光源15)を光路に沿ってスクリーン5側へと移動させる。それによって、スクリーン5に対して映像25が投射される範囲がより狭くなる。
Further, in the present embodiment, when the
ここで、前述したように従来技術では、乗員7から離れた位置に生成される虚像程、より大きいサイズとなり、解像度が低下する問題があった(図17)。しかし、本実施形態に係るHUD1では、図7に示すように映像25の投射される範囲を変更することによって、生成距離Lを変更した場合であっても生成される虚像8の解像度を一定とすることが可能となる。例えば、生成距離Lが20mの場合には2.5mの場合よりも光源15がスクリーン5に近づくようにプロジェクタ4を移動するので、スクリーン5に投射される映像25が小さくなる。即ち、2.5m先において乗員7から見える虚像8の大きさよりも、20m先において乗員7から見える虚像8の大きさが小さくなる。それによって、2.5m先に生成される虚像8も20m先に生成される虚像8も同じ30インチの大きさに調整することが可能となる。その結果、乗員7からの距離に関わらず、生成される虚像8のサイズを同じサイズにでき、解像度も一定とすることが可能となる。尚、プロジェクタ4により投射される映像の画素数は、プロジェクタ4の位置に関わらず常に一定(例えば800×600)とする。
Here, as described above, in the prior art, there is a problem that the virtual image generated at a position away from the
一方、反射ミラー10は、図2に示すようにプロジェクタ4から投射された映像を反射して光路を変更し、スクリーン5へと投射する反射板である。
On the other hand, the reflecting
また、ミラー11は、図2に示すようにスクリーン5からの映像光を反射させ、フロントウィンドウ6を介してスクリーン5の映像を乗員7に視認させることにより、乗員7の前方に虚像8(図1参照)を生成する虚像生成手段である。ミラー11としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。尚、スクリーン5に対して投射された映像は、反射ミラー10やミラー11によって反射されるので、生成される虚像はスクリーン5に対して投射された映像と上下左右がそれぞれ反転した像となる。
Further, the
また、フレネルレンズ12は、図2に示すようにスクリーン5に投射された映像を拡大して虚像8を生成する為の拡大鏡である。そして、本実施形態に係るHUD1では、スクリーン5に投射された映像を、ミラー11やフレネルレンズ12を介し、更にフロントウィンドウ6に反射させて乗員7に視認させることによって、フロントウィンドウ6の先の遠方の位置にスクリーン5に投射された映像が拡大され、虚像8として乗員に視認される(図1参照)。
The
また、制御回路部13は、HUD1の全体の制御を行う電子制御ユニットである。ここで、図9は本実施形態に係るHUD1の構成を示したブロック図である。
The
図9に示すように制御回路部13は、演算装置及び制御装置としてのCPU31、並びにCPU31が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるRAM32、制御用のプログラムのほか、後述の虚像生成処理プログラム(図10参照)等が記録されたROM33、ROM33から読み出したプログラムや後述の位置設定テーブルを記憶するフラッシュメモリ34等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部13は、プロジェクタ4、駆動機構17、スクリーン前後駆動モータ24とそれぞれ接続され、プロジェクタ4や各種モータや機構の駆動制御を行う。
As shown in FIG. 9, the
また、CAN(コントローラエリアネットワーク)インターフェース14は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるCANに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、HUD1は、CANを介して、各種車載器や車両機器の制御装置(例えば、ナビゲーション装置48、AV装置49等)と相互通信可能に接続される。それによって、HUD1は、ナビゲーション装置48やAV装置49等の出力画面を投影可能に構成する。
The CAN (controller area network)
続いて、前記構成を有するHUD1においてCPU31が実行する虚像生成処理プログラムについて図10に基づき説明する。図10は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のACCがONされた後に実行され、車両の乗員であるユーザに視認可能な虚像を生成するとともに、スクリーンの移動に応じてプロジェクタ4(光源15)の移動を行うプログラムである。尚、以下の図10にフローチャートで示されるプログラムは、HUD1が備えているRAM32やROM33に記憶されており、CPU31により実行される。
Next, a virtual image generation processing program executed by the
先ず、虚像生成処理プログラムではステップ(以下、Sと略記する)1において、CPU31は、スクリーン5及びプロジェクタ4(光源15)の位置を初期位置に設定する。尚、スクリーン5の初期位置は乗員7から虚像8までの距離である生成距離Lが変更可能な範囲で最も短い距離(本実施形態では2.5m)となる位置とする。一方、プロジェクタ4(光源15)の位置はスクリーン5からの距離が最大となる位置、即ち、スクリーン5への映像の投射範囲が最大となる位置とする。尚、スクリーン5の初期位置は、生成距離Lが2.5m以外となる位置としても良い。但し、初期位置となる生成距離Lを長くし過ぎると、生成された虚像8が路面や前方車両に埋め込まれることとなるので、2m〜4m程度であることが好ましい。
First, in step (hereinafter abbreviated as S) 1 in the virtual image generation processing program, the
次に、S2においてCPU31は、プロジェクタ4によるスクリーン5への映像の投射を開始する。ここで、プロジェクタ4により投射される映像としては、車両2に関する情報や乗員7の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物(他車両や歩行者)に対する警告、ナビゲーション装置で設定された案内経路や案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等がある。特に本実施形態では車両が停車した状態では、上記映像の内、車両の現在車速の映像とテレビ画面を投射する構成とする。
Next, in S <b> 2, the
その結果、図11に示すように、フロントウィンドウ6の下縁付近で且つフロントウィンドウ6の前方2.5m先に、虚像8として現在車速を示す数値とテレビ画面が生成され、乗員から視認可能となる。
As a result, as shown in FIG. 11, a numerical value indicating the current vehicle speed and a television screen are generated as a
次に、S3においてCPU31は、車両が走行を開始したか否かを判定する。尚、前記S3の判定には、例えば車速センサを用いる。
Next, in S3, the
そして、車両が走行を開始したと判定された場合(S3:YES)には、S4へと移行する。それに対して、車両が継続して停車した状態にあると判定された場合(S3:NO)には、車両が走行を開始するまで待機する。 And when it determines with the vehicle having started driving | running | working (S3: YES), it transfers to S4. On the other hand, when it is determined that the vehicle is continuously stopped (S3: NO), the vehicle waits until the vehicle starts running.
S4においてCPU31は、プロジェクタ4へと信号を送信し、前記S2で投射が開始された近距離用の映像の投射を終了する。
In S <b> 4, the
次に、S5においてCPU31は、虚像8の生成距離Lを設定する。その後、CPU31は後述のように乗員7から前記S5で設定された生成距離Lだけ離れた位置に虚像8が生成されるようにスクリーン5の位置を制御する。ここで、前記S5で設定される生成距離Lは、現在の車両に対して虚像8を生成する必要がある位置に虚像8を生成する為の生成距離とする。また、虚像8を生成する必要がある位置は、走行中の車両の状況によって決定され、例えば案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した場合には該地点の位置となる。
Next, in S5, the
例えば、図12に示すように右左折対象となる交差点60が接近し、虚像8として右左折を示す案内矢印を表示する場合について説明する。先ず、乗員7から右左折対象となる交差点60までの距離をナビゲーション装置から取得した車両位置や地図情報に基づいて算出し、算出した距離を生成距離Lに設定する。本実施形態に係るHUD1は、前記したようにスクリーン5を光路に沿って前後方向に移動させることによって生成距離Lを変更することが可能である(図5参照)。従って、CPU31は乗員7から生成距離Lだけ離れた位置に虚像8が生成されるようにスクリーン5の位置を制御する。その結果、虚像8が生成される位置は、乗員7から設定された生成距離L前方の位置(図12に示す例では右折対象となる交差点60の位置)となる。従って、乗員7が視認する前方の風景と虚像8の位置を対応させることが可能となり、乗員7は、虚像8を視認する際にも視線移動を極力少なくすることが可能である。尚、その後に車両が移動することによって乗員7から右左折対象となる交差点までの距離が変化すれば、それに伴って生成距離Lも変更するように構成する。
For example, as shown in FIG. 12, a case will be described in which an
その後、S6においてCPU31は、前記S5で設定された生成距離Lに虚像8を生成する為のスクリーン5の移動を行う。ここで、スクリーン5の位置は、前記したようにプロジェクタ4の光源15の光路に沿って移動可能に構成される。そして、ミラー11からスクリーン5までの距離に生成距離Lが依存するので、スクリーン5の位置は、ミラー11からスクリーン5までの距離が設定された生成距離Lに対応する距離となるように決定される。尚、スクリーン5の位置の決定にはフラッシュメモリ34に記憶された位置設定テーブルが用いられる。位置設定テーブルは、図13に示すように生成距離L毎に、該生成距離Lに虚像8を生成する為のスクリーン5の位置が規定されている。また、CPU31は、決定された位置までスクリーン5を移動する為に、スクリーン前後駆動モータ24を駆動させるパルス信号をスクリーン前後駆動モータ24へと送信する。そして、パルス信号を受信したスクリーン前後駆動モータ24は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、スクリーン5は目標とする位置へと移動する。
Thereafter, in S6, the
続いて、S7においてCPU31は、前記S6のスクリーン5の移動に応じて、プロジェクタ4(光源15)の移動についても行う。ここで、プロジェクタ4は、前記したように内蔵された光源15とMEMSミラー16とが一体に、光路に沿って移動可能に構成される。そして、生成距離Lが長くなる方向へとスクリーン5が移動すると、プロジェクタ4(光源15)は映像の画素数(例えば800×600)を固定した状態で光路に沿ってスクリーン5側へと移動させる。より具体的には、図8に示すように生成距離Lを変更した場合であっても虚像8の解像度が常に一定となる条件を満たすようにプロジェクタ4(光源15)を移動させる。尚、プロジェクタ4(光源15)の位置の決定にはフラッシュメモリ34に記憶された位置設定テーブルが用いられる。位置設定テーブルは、図13に示すように生成距離L毎に、該生成距離Lに虚像8を生成する為のスクリーン5の位置に対応させて、生成される虚像8の解像度を一定とする為のプロジェクタ4(光源15)の位置についても規定されている。また、CPU31は、決定された位置までプロジェクタ4を移動する為に、駆動機構17のアクチュエータを駆動させる為の駆動信号を駆動機構17へと送信する。その結果、プロジェクタ4(光源15)は目標とする位置へと移動する。
Subsequently, in S7, the
次に、S8においてCPU31は、プロジェクタ4によるスクリーン5への映像の投射を開始する。ここで、プロジェクタ4により投射される映像は、現在の車両の状況によって異なる。例えば案内交差点等の走行案内を行う必要がある地点が接近した状況では走行案内情報(交差点の右左折を示す矢印等)に関する映像を投射する(図12参照)。
Next, in S <b> 8, the
続いて、S9においてCPU31は、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在するか否かを判定する。ここで、本実施形態に係るHUD1は、自車両の進行歩行前方に割り込みを行った他車両や飛び出した歩行者等の警告を行うべき障害物が存在する場合には、該障害物に対する警告を行う。そして、警告を行う場合には、該障害物に重畳する位置に虚像を生成するように構成する。従って、障害物に対する警告を行う場合には、より広いエリアに対して虚像を生成できる状態にあることが望ましい。従って、前記S9の判定は、スクリーン5に対して映像を広範囲に投射する必要が生じたか否かの判定にも相当する。
Subsequently, in S9, the
また、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在するか否かの判定は、車両に設置された測距センサやカメラで撮像された撮像画像を用いて行う。例えば、前方車両との距離を測距センサで常時検出する構成とし、その距離が一度に所定量以上短く変化した場合に、他車両が割り込みを行ったと判定する。また、車両の進行方向前方の所定距離以内に障害物を新たに検出した場合には、歩行者が飛び出したと判定する。 In addition, in order to determine whether there is an obstacle such as another vehicle or a pedestrian that is a warning target in front of the forward walking of the host vehicle, a captured image captured by a distance measuring sensor or a camera installed in the vehicle is used. Do it. For example, the distance sensor is always detected by a distance measuring sensor, and it is determined that the other vehicle has interrupted when the distance changes at least a predetermined amount at a time. Further, when an obstacle is newly detected within a predetermined distance ahead of the traveling direction of the vehicle, it is determined that the pedestrian has jumped out.
そして、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在すると判定された場合(S9:YES)、即ちスクリーン5に対して映像を広範囲に投射する必要が生じたと判定された場合には、S10へと移行する。それに対して、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在しないと判定された場合(S9:NO)、即ちスクリーン5に対して映像を広範囲に投射する必要が生じていないと判定された場合には、S17へと移行する。
When it is determined that there are obstacles such as other vehicles or pedestrians to be warned ahead of the forward walking of the host vehicle (S9: YES), that is, it is necessary to project an image on the
S10においてCPU31は、プロジェクタ4へと信号を送信し、前記S8で投射が開始された遠距離用の映像の投射を一時的に中断する。
In S <b> 10, the
続いて、S11においてCPU31は、プロジェクタ4(光源15)の位置を初期位置に移動させる。ここで、初期位置は生成距離Lが変更可能な範囲で最も短い距離(本実施形態では2.5m)となるスクリーン5の位置に対応するプロジェクタ4(光源15)の位置であり、より具体的にはスクリーン5からの距離が最大となる位置、即ち、スクリーン5への映像の投射範囲が最大となる位置である。ここで、前記したように本実施形態に係るHUD1は、生成される虚像8の解像度を一定とする為にスクリーン5が移動されるとプロジェクタ4も光路に沿って移動する構成を有する。従って、図7に示すように生成距離Lを長くした場合には、プロジェクタ4により映像を投射できる範囲が小さくなる。前記したように障害物に対する警告を行う場合には、該障害物に重畳する位置に虚像を生成することが効果的であるが、プロジェクタ4により映像を投射できる範囲が小さくなると、ごく狭い範囲に位置する障害物にのみしか虚像を重畳して生成できない問題がある。そこで、図14に示すようにプロジェクタ4(光源15)の位置を初期位置に移動させることにより、スクリーン5に対して映像を投射可能な範囲を一時的に広げることで、障害物に対する警告を適切に行うことが可能となる。
Subsequently, in S11, the
次に、S12においてCPU31は、プロジェクタ4による障害物に対する警告映像の投射を開始する。その結果、図15に示すように障害物61に重畳させて障害物に対する警告を行う虚像8を生成することが可能となる。尚、本実施形態では、障害物に対する警告を行う虚像8を生成する間は、前記S8で投射が開始された遠距離用の映像の投射を中断する構成としているが、遠距離用の映像の投射についても継続して行う構成としても良い。その場合には、警告以外の虚像(例えば交差点における案内矢印の虚像)についても同時に生成されることとなる。
Next, in S <b> 12, the
続いて、S13においてCPU31は、障害物に対する警告を解除するか否か、即ちスクリーン5に対して映像を広範囲に投射する必要が無くなったか否かを判定する。例えば、警告対象となっていた障害物が自車両から離れた場合や、警告を開始してから所定時間経過した場合等に、障害物に対する警告を解除すると判定する。
Subsequently, in S13, the
そして、障害物に対する警告を解除すると判定された場合(S13:YES)、即ちスクリーン5に対して映像を広範囲に投射する必要が無くなったと判定された場合には、S14へと移行する。それに対して、障害物に対する警告を解除しないと判定された場合(S13:NO)、即ちスクリーン5に対して映像を広範囲に投射する必要が継続してあると判定された場合には、継続して障害物に対する警告の虚像を生成する。
If it is determined that the warning for the obstacle is to be canceled (S13: YES), that is, if it is determined that it is no longer necessary to project the video on the
S14においてCPU31は、プロジェクタ4へと信号を送信し、前記S12で投射が開始された障害物を警告する映像の投射を終了する。
In S <b> 14, the
更に、S15においてCPU31は、駆動機構17を駆動し、プロジェクタ4(光源15)の位置を、前記S11の移動を行う直前の位置へと戻す。
Further, in S15, the
次に、S16においてCPU31は、前記S10で中断されたプロジェクタ4による遠距離用の映像の投射を再開する。その結果、現在の車両の状況に応じた内容(交差点の右左折を示す矢印等)の虚像8が再度生成されることとなる。
Next, in S <b> 16, the
その後、S17においてCPU31は、車両が走行を停止したか否か判定する。尚、前記S17の判定には、例えば車速センサを用いる。
Thereafter, in S17, the
そして、車両が走行を停止したと判定された場合(S17:YES)には、S18へと移行する。それに対して、車両が走行状態にあると判定された場合(S17:NO)にはS9へと戻り、継続して虚像の生成を行う。 And when it determines with the vehicle having stopped driving | running | working (S17: YES), it transfers to S18. On the other hand, when it is determined that the vehicle is in the running state (S17: NO), the process returns to S9, and the virtual image is continuously generated.
S18においてCPU31は、プロジェクタ4による映像の投射を終了するか否か判定する。例えば、車両のACCがオフされた場合や、シフト位置が「P」に設定された場合等にプロジェクタ4による映像の投射を終了すると判定する。
In S18, the
そして、プロジェクタ4による映像の投射を終了すると判定された場合(S18:YES)には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。それに対して、プロジェクタ4による映像の投射を終了しないと判定された場合(S18:NO)にはS1へと戻り、スクリーン5やプロジェクタ4の位置を初期位置に戻した上で近距離用の映像の投射を行う。
And when it determines with complete | finishing the projection of the image | video by the projector 4 (S18: YES), the said virtual image generation process program is complete | finished. On the other hand, when it is determined that the projection of the image by the
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るHUD1によれば、プロジェクタ4から出力した映像をスクリーン5に投射し、スクリーン5に投射された映像を車両2のフロントウィンドウ6に反射させて車両の乗員7に視認させることによって、車両の乗員7が視認する映像の虚像8を生成する。また、スクリーン5は光路に沿って移動可能とし、車両の乗員7から生成される虚像8までの距離である生成距離を変更可能とする。更に、生成距離が長くなる方向へとスクリーンを移動させる場合に、光源15を光路に沿ってスクリーン5側へと移動させることによって、スクリーン5に対して映像が投射される範囲を変更する(S7)ので、虚像8を車両の乗員7から遠方に表示する場合であっても、光源15をスクリーン5側に近づけることによって、生成される虚像8の解像度が低下することを防止することが可能となる。
As described above in detail, according to the HUD 1 according to the present embodiment, an image output from the
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではHUD1によって車両2のフロントウィンドウ6の前方に虚像を生成する構成としているが、フロントウィンドウ6以外のウィンドウの前方に虚像を生成する構成としても良い。また、HUD1により映像を反射させる対象はフロントウィンドウ6自身ではなくフロントウィンドウ6の周辺に設置されたバイザー(コンバイナー)であっても良い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the present embodiment, the virtual image is generated in front of the
また、本実施形態では車両2に対してHUD1を設置する構成としているが、車両2以外の移動体に設置する構成としても良い。例えば、船舶や航空機等に対して設置することも可能である。また、アミューズメント施設に設置されるライド型アトラクションに設置しても良い。その場合には、ライドの周囲に虚像を生成し、ライドの乗員に対して虚像を視認させることが可能となる。
In the present embodiment, the HUD 1 is installed on the
また、本実施形態では、プロジェクタ4の装置全体を移動させることによって、光源15を光路に沿って移動させる構成としているが、プロジェクタ4の装置全体は移動させずに、光源15やMEMSミラー16のみを移動させる構成としても良い。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施形態では投射レンズが不要となるレーザ走査式プロジェクタを用いているが、レーザ走査式プロジェクタ以外のプロジェクタ(例えば、DLPプロジェクタ、液晶プロジェクタ、LCOSプロジェクタ)を用いても良い。その場合には、光源に加えて投射レンズも一体に移動させる構成とする。また、光源の位置を固定して投射レンズを光源の光路に沿って移動する構成としても良い。その場合であっても、スクリーン5に対して映像が投射される範囲を変更することが可能であり、本願発明の目的を達成することが可能である。
In this embodiment, a laser scanning projector that does not require a projection lens is used, but a projector other than the laser scanning projector (for example, a DLP projector, a liquid crystal projector, or an LCOS projector) may be used. In that case, the projection lens is moved together with the light source. Moreover, it is good also as a structure which fixes the position of a light source and moves a projection lens along the optical path of a light source. Even in that case, it is possible to change the range in which the image is projected onto the
また、本実施形態ではスクリーンに対して映像を広範囲に投射する必要が生じる場合として、自車両の進行歩行前方に警告対象となる他車両や歩行者等の障害物が存在する場合を規定しているが、他の条件を満たした場合としても良い。例えば、案内や警告の虚像をより広い範囲に対して生成する必要がある状況として人通りが多い道路を走行する場合や、道幅の広い道路を走行する場合等を条件としても良い。 Also, in this embodiment, the case where there is an obstacle such as another vehicle or a pedestrian that is a warning target in front of the forward walking of the own vehicle is defined as a case where it is necessary to project a wide range of images on the screen. However, other conditions may be satisfied. For example, it may be a condition that a virtual image of guidance or warning needs to be generated for a wider range when traveling on a busy road or traveling on a wide road.
また、本実施形態ではスクリーン5の可動範囲を、生成距離Lが2.5m〜20mの間で変位するように設定しているが、生成距離Lの下限や上限は適宜変更することが可能である。
In this embodiment, the movable range of the
また、本実施形態では、スクリーンを1枚のスクリーンから構成しているが、スクリーンの数は2枚以上としても良い。また、スクリーンを2枚以上とした場合には、全てのスクリーンを光路に沿って移動可能に構成しても良いし、一部のスクリーンのみを光路に沿って移動可能に構成しても良い。また、スクリーンを2枚以上とした場合には、プロジェクタの数もスクリーンの数に対応させることによって、スクリーン毎に映像が投射される範囲を変更することが可能となる。 In this embodiment, the screen is composed of one screen, but the number of screens may be two or more. When two or more screens are used, all the screens may be configured to be movable along the optical path, or only a part of the screens may be configured to be movable along the optical path. Further, when the number of screens is two or more, the range in which an image is projected for each screen can be changed by making the number of projectors correspond to the number of screens.
また、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置を具体化した実施例について上記に説明したが、ヘッドアップディスプレイ装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。 Moreover, although the embodiment which actualized the head-up display device according to the present invention has been described above, the head-up display device can also have the following configuration, and in that case, the following effects can be obtained.
例えば、第1の構成は以下のとおりである。
スクリーンと、光源から出力される光に基づいて生成される映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像から前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させるスクリーン移動手段と、前記スクリーン移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記虚像を視認するユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、前記スクリーン移動手段によって前記生成距離が長くなる前記光源側へと前記スクリーンを移動させる場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーン側へと移動させることによって、前記スクリーンに対して前記映像が投射される範囲を変更する光源移動手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、光源を光路に沿って移動可能に構成することによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても、光源をスクリーン側に近づけることによって、生成される虚像の解像度が低下することを防止することが可能となる。
For example, the first configuration is as follows.
A screen, a projector that projects an image generated based on light output from a light source onto the screen, a virtual image generation unit that generates a virtual image of the image from the image projected on the screen, and the screen Screen moving means for moving along the optical path of the light source, and the virtual image generated by the virtual image generating means from the user viewing the virtual image by moving the screen along the optical path of the light source by the screen moving means. A virtual image position changing unit that changes a generation distance that is a distance to the light source , and when the screen is moved to the light source side where the generation distance is increased by the screen moving unit, the light source is moved to the screen side along an optical path. The image is projected onto the screen by moving to And having a light source moving means for changing the range, the.
According to the head-up display device having the above configuration, the light source is configured to be movable along the optical path, thereby generating the light source by bringing the light source closer to the screen side even when displaying a virtual image far from the user. It is possible to prevent the resolution of the virtual image to be lowered.
また、第2の構成は以下のとおりである。
前記光源移動手段は、前記スクリーンに投射される前記映像の画素数を固定した状態で前記光源を移動することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、プロジェクタから出力される映像の画素数を変更することなく、光源を光路に沿って移動することのみによって、虚像をユーザから遠方に表示する場合であっても、生成される虚像の解像度が低下することを防止することが可能となる。従って、プロジェクタにおける映像の表示制御に係る制御負担を軽減することが可能となる。
The second configuration is as follows.
The light source moving means moves the light source in a state where the number of pixels of the video projected on the screen is fixed.
According to the head-up display device having the above configuration, the virtual image is displayed far from the user only by moving the light source along the optical path without changing the number of pixels of the video output from the projector. However, it is possible to prevent the resolution of the generated virtual image from being lowered. Therefore, it is possible to reduce a control burden related to video display control in the projector.
また、第3の構成は以下のとおりである。
前記光源移動手段は、前記生成距離を変更した場合であっても前記虚像の解像度が一定になるように前記光源を移動することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、スクリーンの移動に応じて光源を光路に沿って移動させることによって、生成距離をどのように変更しても生成される虚像の解像度を一定とすることが可能となる。従って、生成される虚像の視認性を向上させることが可能となる。
The third configuration is as follows.
The light source moving means moves the light source so that the resolution of the virtual image is constant even when the generation distance is changed.
According to the head-up display device having the above configuration, the resolution of the generated virtual image is made constant regardless of how the generation distance is changed by moving the light source along the optical path according to the movement of the screen. Is possible. Therefore, the visibility of the generated virtual image can be improved.
また、第4の構成は以下のとおりである。
前記光源移動手段によって前記光源が光路に沿って前記スクリーン側へと移動された状態において、前記虚像により警告を行う対象となる障害物が存在するか否かを判定する投射判定手段と、前記投射判定手段によって前記虚像により警告を行う対象となる障害物が存在すると判定された場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動させる光源再移動手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、障害物に対する警告等の為に映像を広範囲に投射する必要が生じた場合には、光源を光路に沿ってスクリーンから遠ざかる方向へと一時的に移動させることにより、スクリーンに対して映像を広範囲に投射することが可能となる。その結果、虚像の解像度の低下を防止しつつ、必要な場合には映像の投射範囲を広げることによって、ユーザに必要な情報を虚像によって適切に提供することが可能となる。
The fourth configuration is as follows.
A projection determining unit that determines whether there is an obstacle to be warned by the virtual image in a state where the light source is moved to the screen side along the optical path by the light source moving unit; Light source re-moving means for moving the light source in a direction away from the screen along the optical path when it is determined by the determining means that there is an obstacle to be warned by the virtual image. Features.
According to the head-up display device having the above-described configuration, when it is necessary to project an image over a wide range for a warning to an obstacle, the light source is temporarily moved along the optical path in a direction away from the screen. By doing so, it becomes possible to project an image over a wide range on the screen. As a result, it is possible to appropriately provide necessary information to the user by the virtual image by expanding the projection range of the video when necessary while preventing the resolution of the virtual image from being lowered.
また、第5の構成は以下のとおりである。
前記光源再移動手段によって前記光源が光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動された状態において、前記虚像により警告を行う対象となる障害物が存在しなくなった場合に、前記光源の位置を前記光源再移動手段によって移動する前の位置に復帰させる光源復帰手段を有することを特徴とする。
上記構成を有するヘッドアップディスプレイ装置によれば、障害物に対する警告等が終了し、映像を広範囲に投射する必要がなくなった場合には、光源を元の位置に戻すことにより、虚像の解像度が低下することを可能な限り防止することが可能となる。
The fifth configuration is as follows.
In the state where the light source is moved in the direction away from the screen along the optical path by the light source re-moving means, the position of the light source when there is no obstacle to be warned by the virtual image A light source returning means for returning the light to a position before being moved by the light source re-moving means.
According to the head-up display device having the above configuration, when the warning for the obstacle is finished and it is no longer necessary to project the video over a wide range, the resolution of the virtual image is lowered by returning the light source to the original position. This can be prevented as much as possible.
1 ヘッドアップディスプレイ装置
2 車両
3 ダッシュボード
4 プロジェクタ
5 スクリーン
6 フロントウィンドウ
7 乗員
8 虚像
15 光源
17 駆動機構
24 スクリーン前後駆動モータ
31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 フラッシュメモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head up
32 RAM
33 ROM
34 Flash memory
Claims (5)
光源から出力される光に基づいて生成される映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
前記スクリーンに投射された前記映像から前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、
前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させるスクリーン移動手段と、
前記スクリーン移動手段によって前記スクリーンを前記光源の光路に沿って移動させることにより、前記虚像を視認するユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、
前記スクリーン移動手段によって前記生成距離が長くなる前記光源側へと前記スクリーンを移動させる場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーン側へと移動させることによって、前記スクリーンに対して前記映像が投射される範囲を変更する光源移動手段と、を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 Screen,
A projector that projects an image generated based on light output from a light source onto the screen;
Virtual image generating means for generating a virtual image of the video from the video projected on the screen;
Screen moving means for moving the screen along the optical path of the light source;
A virtual image position change that changes a generation distance that is a distance from a user viewing the virtual image to the virtual image generated by the virtual image generation unit by moving the screen along the optical path of the light source by the screen moving unit. Means,
When the screen is moved to the light source side where the generation distance is increased by the screen moving means, the image is projected onto the screen by moving the light source to the screen side along an optical path. A head-up display device comprising: a light source moving unit that changes a range to be displayed.
前記投射判定手段によって前記虚像により警告を行う対象となる障害物が存在すると判定された場合に、前記光源を光路に沿って前記スクリーンから遠ざかる方向へと移動させる光源再移動手段と、を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 A projection determination unit that determines whether or not there is an obstacle to be warned by the virtual image in a state where the light source is moved to the screen side along the optical path by the light source moving unit;
A light source re-moving means for moving the light source in a direction away from the screen along the optical path when it is determined by the projection determining means that there is an obstacle to be warned by the virtual image. The head-up display device according to claim 1, wherein the head-up display device is a head-up display device.
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