JP6319145B2

JP6319145B2 - 路面投影システム

Info

Publication number: JP6319145B2
Application number: JP2015048411A
Authority: JP
Inventors: 光古賀
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: JP2016168874A

Description

本発明は、車両に搭載された路面投影システムに関する。

特許文献１には、車両用投影装置が記載されている。この車両用投影装置は、自車両の現在位置、及び、現在位置から設定された目的地までの経路を探索し、自車両が経路上の分岐点に近づいたとき、経路案内画像として矢印画像を自車両の前方の路面上に投影する。運転者は、路面に投影された矢印画像を確認しながら走行することで、視線を自車両の進行方向から外すことなく、目的地までの経路を確認できる。

特開２０１２−２４７３６９号公報

ところで、従来の路面投影システムでは、自車両から投影した路面上の投影画像が、自車両の乗員だけでなく、自車両の外にいる人（他車両の乗員や歩行者）にも見える。そのため、投影画像を不要な情報と感じる人に、煩わしさを与えてしまう。また、投影画像によって他車両の乗員の誤解を招く虞もある。

本発明は、自車両の外にいる人に路面上の投影画像が見えることを抑制しつつ、自車両の乗員が特殊なメガネ等を装着しなくても投影画像を見ることができる路面投影システムを提供することを目的とする。

第１の発明は、車両に搭載された路面投影システムであって、車両の前方の路面に、近赤外光による画像を投影する車載プロジェクタと、電圧を印加した期間に１／４波長板として機能する偏光制御素子と、偏光ビームスプリッタと、近赤外光を可視光へ変換する波長変換素子とがこの順番で車外側から積層され、偏光制御素子に対する電圧制御によって、近赤外光が偏光ビームスプリッタを透過する状態と、近赤外光が偏光ビームスプリッタを透過しない状態とに切り替わるフロントウィンドウと、車載プロジェクタによって近赤外光による画像の投影を行う際に、車載プロジェクタから近赤外光をパルス発振させ、偏光制御素子に対する電圧制御によって、近赤外光の発振周期と、偏光ビームスプリッタにおける近赤外光の透過周期とを同期させる制御部とを備える、路面投影システムである。

第１の発明では、自車両の前方の路面に近赤外光の画像を投影する際に、制御部は、車載プロジェクタから近赤外光をパルス発振させ、偏光制御素子に対する電圧制御によって、近赤外光の発振周期と、偏光ビームスプリッタにおける近赤外光の透過周期とを同期させる。そのため、車載プロジェクタから出射されて路面で反射した近赤外光は、偏光ビームスプリッタを透過する。自車両の乗員は、近赤外光を可視光へ変換する波長変換素子を介して、路面上の投影画像を可視画像として見ることができる。

一方、路面上の投影画像は近赤外光により形成されるため、自車両の外にいる人のうち、車外にいる人、及び、同じ路面投影システムを搭載していない他車両の乗員には見えない。さらに、同じ路面投影システムを搭載した他車両が、自車両の近傍で画像の投影を行う場合であっても、自車両及び他車両の各々で、画像の投影期間に、偏光ビームスプリッタにおける近赤外光の透過期間が、近赤外光の発振期間に同期して間欠的になる。そのため、自車両の車載プロジェクタからの近赤外光の発振期間と、他車両の偏光ビームスプリッタにおける近赤外光の透過期間とが重複しにくい。そのため、自車両から投影した近赤外光の画像が、この他車両の乗員に見えることも抑制できる。

第１の発明によれば、自車両の外にいる人に路面上の投影画像が見えることを抑制しつつ、自車両の乗員は特殊なメガネ等を装着しなくても投影画像を見ることができる。従って、投影画像を不要な情報と感じる人に煩わしさを与えたり、投影画像によって他車両の乗員の誤解を招いたりすることを防止できる。

実施の形態に係る路面投影システムの模式図フロントウィンドウの模式図車載プロジェクタが近赤外光の経路案内画像を路面に投影している期間に、フロントウィンドウに入射する入射光の光強度特性を示す図表偏光制御素子の透過特性を示す図表偏光制御素子に電圧が印加されているフロントウィンドウにおける入射光の透過状態等を表す図偏光制御素子に電圧が印加されていないフロントウィンドウにおける入射光の透過状態等を表す図

以下、図１−図６を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。図１は、実施の形態に係る路面投影システムの模式図である。図２は、車両のフロントウィンドウの模式図である。

［概要］
本実施の形態は、車両に搭載された路面投影システムである。この路面投影システムは、車両の前方の路面に近赤外光による画像を投影することで、投影画像が、自車両の外にいる人のうち、車外にいる人、及び、同じ路面投影システムを搭載していない他車両の乗員に見えないようにしている。さらに、この路面投影システムは、偏光ビームスプリッタにおける近赤外光の透過期間を、近赤外光の発振期間に同期して間欠的にすることで、投影画像が、同じ路面投影システムを搭載した他車両の乗員に見えることも抑制している。

［路面投影システムの構造］
路面投影システム１０は、図１に示すように、車載カメラ１１と、車載プロジェクタ１２と、フロントウィンドウ１３（ウィンドシールド）と、制御部１４とを備えている。制御部１４は、自車両１に搭載されたナビゲーションシステム（図示省略）に接続されている。

車載カメラ１１は、自車両１の前方の道路状況を取得するために、自車両１の前方を撮像するカメラである。車載カメラ１１は、フロントウィンドウ１３の内面の上部又は天井に取り付けられている。車載カメラ１１は、自車両１の前方を撮像して画像データを生成し、その画像データを制御部１４に出力する。

車載プロジェクタ１２は、自車両１の前方の路面２０に、人には知覚できない近赤外光による経路案内画像２５を投影する。経路案内画像２５は、例えば、自車両１が進むべき進路（ナビゲーションシステムによって決定された経路に従った進路）を示す矢印画像である。なお、車載プロジェクタ１２は、矢印画像を投影するターンバイターン表示を行うだけでなく、矢印画像以外の画像を路面２０に投影してもよい。

車載プロジェクタ１２は、自車両１の前部に取り付けられている。例えば、車載プロジェクタ１２は、ヘッドライトに一体化され、ヘッドライトカバーを介して、近赤外光を路面２０に照射する。車載プロジェクタ１２は、レーザー光源と、空間光変調器とを備えている（図示省略）。例えば、レーザー光源にレーザーダイオードを用い、空間光変調器にＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラーを用いることができる。ＭＥＭＳミラーとしては、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）又は半導体ＭＥＭＳミラーを用いることができる。

レーザー光源は、空間光変調器に近赤外光を出射する。レーザー光源から出射される近赤外光は、偏光状態が円偏光である。レーザー光源のピーク波長は、例えば１０５０ｎｍであり、近赤外領域（例えば、８５０〜２５００ｎｍ）内にある。レーザー光源の出射光は、コーヒレンスが高い光で鋭いピークを持つ。なお、レーザー光源の出射光は、人が路面２０に投影した画像を認識できない程度の可視光成分を含んでいてもよいし、可視光成分を含んでいなくてもよい。

また、空間光変調器は、例えば、半導体ＭＥＭＳミラーの１種である２軸光スキャナである。空間光変調器では、制御電位に従ってミラーが２つの回転軸の各々を中心に回転することで、上下左右にミラーの向きが変化する。空間光変調器は、制御電位が周期的に制御されることで、ミラーで反射したレーザー光によって、２次元の画像を路面２０に描画する。

フロントウィンドウ１３は、図２に示すように、電圧を印加した期間に１／４波長板として機能する偏光制御素子１３ａと、偏光ビームスプリッタ１３ｂと、近赤外光を可視光へ変換する波長変換素子１３ｃとの３つの光学部品（３つの特殊なガラス）により構成されている。偏光制御素子１３ａと偏光ビームスプリッタ１３ｂと波長変換素子１３ｃとの各々は、板状に形成されている。偏光制御素子１３ａと偏光ビームスプリッタ１３ｂと波長変換素子１３ｃとは、この順番で、室外側から重なられている。偏光制御素子１３ａ及び偏光ビームスプリッタ１３ｂでは、偏光制御素子１３ａに対する電圧制御によって、近赤外光（レーザー光の反射光）が偏光ビームスプリッタ１３ｂを透過する状態と、近赤外光（レーザー光の反射光）が偏光ビームスプリッタ１３ｂを透過しない状態とに切り替わる。波長変換素子１３ｃは、車載プロジェクタ１２から出射されて路面２０で反射した近赤外光を可視光へ変換する素材により構成されている。

なお、車載プロジェクタ１２が近赤外光の経路案内画像２５を路面２０に投影している期間は、フロントウィンドウ１３に、レーザー光源から出射されて路面２０で反射した反射光と、自然光（背景光）とが混合した状態で入射する。レーザー光の反射光は、偏光状態がレーザー光源の出射光と同じ円偏光である。図３は、フロントウィンドウ１３への入射光（反射光＋自然光）の光強度特性を示す。図３における１０５０ｎｍ付近のピークは、レーザー光源のピーク波長に相当する。

偏光制御素子１３ａは、例えば、一対のガラス基板（図２における水晶の板）の間にネマチック液晶層が封入された透明板により構成されている。偏光制御素子１３ａの両面には、透明導電膜がコーティングされている。図４は、偏光制御素子１３ａの透過特性を示す。偏光制御素子１３ａは、図４に示すように、自然光の波長帯域は概ね透過する透過特性を有し、様々な偏光状態の光が混在する自然光をそのまま透過させる。偏光制御素子１３ａは、透明導電膜間に電圧が印加されていない非印加状態では、入射光（レーザー光の反射光）を円偏光のまま透過させ、透明導電膜間に電圧が印加された印加状態では、入射光（レーザー光の反射光）を円偏光から直線偏光に変換して透過させる。偏光制御素子１３ａへの電圧印加は、制御部１４により制御される。なお、偏光制御素子１３ａは、本実施の形態のものに限定されない。

偏光ビームスプリッタ１３ｂは、円偏光を透過させ、直線偏光を透過させない。レーザー光の反射光は、非印加状態の偏光制御素子１３ａを透過した場合（円偏光のまま透過した場合）には偏光ビームスプリッタ１３ｂを透過するが、印加状態の偏光制御素子１３ａを透過した場合（直線偏光に変換される場合）には偏光ビームスプリッタ１３ｂを透過しない。

波長変換素子１３ｃは、レーザー光のような強い光に対して非線形光学効果を及ぼす非線形光学結晶（波長変換結晶）により構成されている。非線形光学結晶としては、例えばＬＢＯ結晶を用いることができる。波長変換素子１３ｃは、レーザー光が入射した場合に、レーザー光の周波数を整数倍（本実施の形態では２倍）の周波数へ変換して透過させる。つまり、波長変換素子１３ｃを透過するレーザー光は、波長が半分に変換される。波長変換素子１３ｃに１０５０ｎｍのレーザー光の反射光が入射すると、波長が５２５ｎｍの緑色光（可視光）に変換される。波長変換素子１３ｃは、自然光が入射した場合には、周波数を変換することなく自然光をそのまま透過させる。

制御部１４は、車載カメラ１１、車載プロジェクタ１２、及びフロントウィンドウ１３の各々に接続されている。制御部１４は、車載カメラ１１から画像データを取得すると共に、ナビゲーションシステムから経路情報及び自車両１の位置情報を取得する。制御部１４は、車載プロジェクタ１２によって近赤外光のレーザー光による画像の投影を行う際に、車載プロジェクタ１２からレーザー光をパルス発振（繰り返しパルス発振）させると共に、さらに、偏光制御素子１３ａに対する電圧制御によって、レーザー光を発振する発振周期と、偏光ビームスプリッタ１３ｂにおけるレーザー光の透過周期とを同期させ、発振周期及び透過周期を周波数変調により変化させる。

［路面投影システムの動作について］
路面投影システム１０の動作について説明する。まず、自車両１の車載プロジェクタ１２が経路案内画像２５を投影しない場合について説明する。

この場合、制御部１４は、レーザー光源を点灯させず、偏光制御素子１３ａに電圧を継続的に印加する。偏光制御素子１３ａは印加状態に維持される。ここで、同じ路面投影システム１０を搭載した他車両が、自車両１の近傍に近赤外光の経路案内画像２５を投影することが想定される。この場合、図５に示すように、路面２０で反射したレーザー光（近赤外光）は、自然光と共にフロントウィンドウ１３に入射する。入射光のうちレーザー光は、印加状態の偏光制御素子１３ａで円偏光から直線偏光に変換されるため、偏光ビームスプリッタ１３ｂを透過できない。一方、入射光のうち自然光は、部分偏光のまま、偏光制御素子１３ａと偏光ビームスプリッタ１３ｂと波長変換素子１３ｃを透過する。従って、自車両１のドライバーには、自車両１の前方の風景は見えるが、他車両が投影した経路案内画像２５は見えない。

続いて、自車両１の車載プロジェクタ１２が経路案内画像２５を投影する場合について説明する。制御部１４は、ナビゲーションシステムから取得した経路情報及び自車両１の位置情報に基づいて、自車両１が経路上の分岐点（例えば、左折又は右折する交差点等）に近づいていることを検出した場合に、経路案内画像２５の投影動作の実行を判断する。制御部１４は、投影動作の実行を判断すると、交差点における進路に応じた経路案内画像２５（矢印画像）を制御部１４のメモリーから読み出す。さらに、制御部１４は、車載カメラ１１からの画像データを解析し、その解析結果を用いて、左折又は右折する道路の位置を特定し、経路案内画像２５の投影位置までの距離情報を生成する。制御部１４は、自車両１の移動に伴い逐次距離情報を更新する。そして、制御部１４は、車載プロジェクタ１２のレーザー光源を点灯させ、実際の道路形状に合わせて経路案内画像２５が路面２０に投影されるように、画像データ及び上述の距離情報に基づいて、空間光変調器のミラーの向きを制御する。これにより、レーザー光源から出射されたレーザー光は、空間光変調器のミラーによって２次元走査されて、経路案内画像２５が路面２０に描画される。図１に示すように、自車両１が交差点で左折する場合は、左に折れ曲がった矢印画像２５が、メモリーから読み出され、路面２０に描画される。

この場合、制御部１４は、パルス電圧をレーザー光源に繰り返し印加して、レーザー光をパルス発振させる。また、制御部１４は、周波数変調により、パルス電圧を印加する周期（つまり、車載プロジェクタ１２からのレーザー光の発振周期）を変化させる。また、制御部１４は、パルス電圧をレーザー光源に印加する期間に同期して、偏光制御素子１３ａへの電圧の印加を停止する。偏光制御素子１３ａでは、印加状態と非印加状態との切り替えが繰り返される。偏光制御素子１３ａへの電圧の印加を停止する周期（偏光ビームスプリッタ１３ｂにおける近赤外光の透過周期）は、パルス電圧を印加する周期に合わせて変調される。

自車両１の車載プロジェクタ１２が経路案内画像２５を投影する期間のうち、偏光制御素子１３ａが印加状態の期間は、図５を用いて説明した、他車両の経路案内画像２５と同様に、自車両１のドライバーには、自車両１の経路案内画像２５が見えない。一方、偏光制御素子１３ａが非印加状態の期間は、図６に示すように、路面２０で反射したレーザー光（近赤外光）が、自然光と共にフロントウィンドウ１３に入射する。入射光のうちレーザー光は、非印加状態の偏光制御素子１３ａを円偏光のまま透過するため、偏光ビームスプリッタ１３ｂを透過し、波長変換素子１３ｃで緑色光に変換される。一方、入射光のうち自然光は、部分偏光のまま、偏光制御素子１３ａと偏光ビームスプリッタ１３ｂと波長変換素子１３ｃを透過する。従って、自車両１のドライバーには、自車両１の前方の風景だけでなく、自車両１が投影した経路案内画像２５も見ることができる。

また、同じ路面投影システム１０を搭載した他車両が、自車両１の近傍で画像の投影を行う場合であっても、自車両１及び他車両の各々で、画像の投影期間に、偏光ビームスプリッタ１３ｂにおける近赤外光の透過期間が、近赤外光の出射期間に同期して間欠的になる。さらに、自車両及び他車両の各々で、発振周期及び透過周期を周波数変調により変化させる。そのため、自車両１の車載プロジェクタ１２からの近赤外光（レーザー光）の出射期間と、他車両の偏光ビームスプリッタ１３ｂにおける近赤外光（レーザー光）の透過期間とが重複しにくい。そのため、自車両１から投影した経路案内画像２５が、この他車両の乗員に見えることも抑制できる。

［実施の形態の効果］
本実施の形態では、自車両１の外にいる人に路面２０上の投影画像が見えないようにしつつ、自車両１の乗員は特殊なメガネ等を装着しなくても投影画像を見ることができる。従って、投影画像を不要な情報と感じる人に煩わしさを与えたり、投影画像によって他車両の乗員の誤解を招いたりすることを防止できる。

本発明は、車両に搭載された路面投影システムなどに適用可能である。

１０路面投影システム
１１車載カメラ
１２車載プロジェクタ
１３フロントウィンドウ
１４制御部
２５経路案内画像

Claims

車両に搭載された路面投影システムであって、
前記車両の前方の路面に、近赤外光による画像を投影する車載プロジェクタと、
電圧を印加した期間に１／４波長板として機能する偏光制御素子と、偏光ビームスプリッタと、近赤外光を可視光へ変換する波長変換素子とがこの順番で車外側から積層され、前記偏光制御素子に対する電圧制御によって、前記近赤外光が前記偏光ビームスプリッタを透過する状態と、前記近赤外光が前記偏光ビームスプリッタを透過しない状態とに切り替わるフロントウィンドウと、
前記車載プロジェクタによって前記近赤外光による画像の投影を行う際に、前記車載プロジェクタから前記近赤外光をパルス発振させ、前記偏光制御素子に対する電圧制御によって、前記近赤外光の発振周期と、前記偏光ビームスプリッタにおける前記近赤外光の透過周期とを同期させる制御部とを備える、路面投影システム。