JP6455724B2 - Image display device - Google Patents
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Description
本発明は、画像表示装置に関し、たとえば、乗用車等の移動体に搭載して好適なものである。 The present invention relates to an image display device, and is suitable for mounting on a moving body such as a passenger car, for example.
近年、ヘッドアップディスプレイと称される画像表示装置の開発が進められ、乗用車等の移動体に搭載されている。たとえば、乗用車に搭載されるヘッドアップディスプレイでは、画像情報により変調された光がウインドシールド(フロントガラス)に向けて投射され、その反射光が運転者の目に照射される。これにより、運転者は、ウインドシールドの前方に、画像の虚像を見ることができる。たとえば、車速や外気温等が、虚像として表示される。最近では、ナビゲーション画像や、通行人を注意喚起する画像を虚像として表示することも検討されている。 In recent years, an image display device called a head-up display has been developed, and is mounted on a moving body such as a passenger car. For example, in a head-up display mounted on a passenger car, light modulated by image information is projected toward a windshield (front glass), and the reflected light is irradiated to the eyes of the driver. As a result, the driver can see a virtual image of the image in front of the windshield. For example, the vehicle speed, the outside temperature, etc. are displayed as a virtual image. Recently, displaying navigation images and images that call attention to passers-by are also considered as virtual images.
上記ヘッドアップディスプレイでは、光源として、半導体レーザ等のレーザ光源が用いられ得る。この構成では、映像信号に応じてレーザ光が変調されつつ、スクリーンを走査する。レーザ光はスクリーンにより拡散され、運転者の目に照射される光の領域が広げられる。これにより、運転者が多少頭を動かしても、目が照射領域から外れなくなり、運転者は、良好かつ安定的に画像(虚像)を見ることができる。 In the head-up display, a laser light source such as a semiconductor laser can be used as a light source. In this configuration, the screen is scanned while the laser light is modulated in accordance with the video signal. The laser light is diffused by the screen, and the area of the light irradiated to the driver's eyes is expanded. As a result, even if the driver moves his head to some extent, the eyes do not come out of the irradiation area, and the driver can see the image (virtual image) well and stably.
このようなヘッドアップディスプレイでは、スクリーンをレーザ光の進行方向に平行に移動させることにより、奥行き方向に広がった画像を表示することができる。以下の特許文献1には、スクリーンをレーザ光の進行方向に平行に移動させる構成が記載されている。 In such a head-up display, an image spread in the depth direction can be displayed by moving the screen in parallel with the traveling direction of the laser beam. Patent Document 1 below describes a configuration in which a screen is moved in parallel with the traveling direction of laser light.
上記構成の画像表示装置では、スクリーンが所定の移動ストロークで光軸方向に往復移動される。この場合、奥行き方向に広がった画像は、スクリーンが移動している間にレーザ光がスクリーンを走査することにより表示される。これに対し、奥行き方向に広がりのない画像は、スクリーンが停止している状態でレーザ光がスクリーンを走査することにより表示される。このため、奥行き方向に広がりのない画像を表示するためには、移動ストロークの間に、スクリーンを一時的に停止させる必要がある。この場合、高速で移動中のスクリーンを、発振させることなく円滑に停止させる必要がある。 In the image display apparatus having the above configuration, the screen is reciprocated in the optical axis direction with a predetermined movement stroke. In this case, the image spread in the depth direction is displayed by scanning the screen with laser light while the screen is moving. On the other hand, an image that does not spread in the depth direction is displayed by scanning the screen with laser light while the screen is stopped. For this reason, in order to display an image that does not spread in the depth direction, it is necessary to temporarily stop the screen during the movement stroke. In this case, it is necessary to smoothly stop the moving screen at high speed without causing oscillation.
かかる課題に鑑み、本発明は、往復移動するスクリーンを円滑に一時停止させて奥行き方向に広がりのない画像を良好に表示させることが可能な画像表示装置を提供することを目的とする。 In view of such a problem, an object of the present invention is to provide an image display device capable of smoothly displaying a non-expanding image in the depth direction by smoothly stopping a reciprocating screen.
本発明の主たる態様に係る画像表示装置は、光を出射する光源と、前記光が走査されることにより画像が形成されるスクリーンと、前記光源から出射された前記光を前記スクリーンに対し走査させる走査部と、前記スクリーンを透過した前記光により虚像を生成する光学系と、少なくとも前記光の進行方向に平行に前記スクリーンを移動させる駆動部と、前記駆動部を駆動するスクリーン駆動回路と、を備える。ここで、前記スクリーン駆動回路は、前記スクリーンを所定周期で単調に往復移動させる周期信号に、前記スクリーンを停止させるための加減速信号を、前記スクリーンの停止タイミングに応じて重畳して、前記スクリーンを移動させるための駆動信号を生成する。 An image display device according to a main aspect of the present invention includes a light source that emits light, a screen on which an image is formed by scanning the light, and the screen that scans the light emitted from the light source. A scanning unit; an optical system that generates a virtual image by the light transmitted through the screen; a driving unit that moves the screen in parallel with at least the traveling direction of the light; and a screen driving circuit that drives the driving unit. Prepare. Here, the screen driving circuit superimposes an acceleration / deceleration signal for stopping the screen on a periodic signal that causes the screen to reciprocate monotonously at a predetermined period according to the stop timing of the screen. A drive signal for moving the is generated.
本態様に係る画像表示装置によれば、上記のように駆動信号が生成されるため、高速で移動中のスクリーンを、発振させることなく円滑に停止位置に位置付けることができる。 According to the image display apparatus according to this aspect, since the drive signal is generated as described above, the screen that is moving at high speed can be smoothly positioned at the stop position without being oscillated.
たとえば、スクリーンの移動位置をフィードバックして、スクリーンが所定位置に停止するように駆動信号が調整される場合、スクリーンが停止位置をオーバランした後、次第に停止位置に収束するような駆動信号が生成される。この場合、停止するまでにスクリーンが停止位置付近で振動する。このような振動は、奥行き方向に広がりのない画像の品質を低下させる。また、画質の低下を抑制するために、スクリーンの振動を短時間で収束させようとすると、バネ等によりスクリーンが弾性支持されている場合に、スクリーンが共振し、スクリーンが停止位置に収束することなく大きく発信することが起こり得る。こうなると、最早、奥行き方向に広がりのない画像を表示することができなくなる。 For example, when the drive signal is adjusted so that the screen is stopped at a predetermined position by feeding back the moving position of the screen, a drive signal is generated that gradually converges to the stop position after the screen overruns the stop position. The In this case, the screen vibrates near the stop position before stopping. Such vibration reduces the quality of an image that does not spread in the depth direction. In addition, when trying to converge the vibration of the screen in a short time in order to suppress degradation of the image quality, the screen resonates and converges to the stop position when the screen is elastically supported by a spring or the like. It can happen that the message is transmitted without much. In this case, an image that does not spread in the depth direction can no longer be displayed.
これに対し、本態様に係る画像表示装置によれば、スクリーンを所定周期で単調に往復移動させる周期信号に、スクリーンを停止させるための加減速信号を、スクリーンの停止タイミングに応じて重畳して、スクリーンを移動させるための駆動信号が生成されるため、停止位置付近でスクリーンが大きく振動することがない。よって、高速で移動中のスクリーンを、発振させることなく円滑に停止位置に位置付けることができ、奥行き方向に広がりのない画像を良好に表示させることができる。 On the other hand, according to the image display apparatus according to this aspect, the acceleration / deceleration signal for stopping the screen is superimposed on the periodic signal for reciprocally moving the screen in a predetermined cycle according to the stop timing of the screen. Since the drive signal for moving the screen is generated, the screen does not vibrate greatly in the vicinity of the stop position. Therefore, the screen moving at high speed can be smoothly positioned at the stop position without oscillating, and an image that does not spread in the depth direction can be displayed favorably.
以上のとおり、本発明によれば、往復移動するスクリーンを円滑に一時停止させて奥行き方向に広がりのない画像を良好に表示させることが可能な画像表示装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an image display device capable of smoothly displaying a non-expanding image in the depth direction by smoothly pausing the reciprocating screen.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when the present invention is implemented, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。便宜上、各図には、適宜、互いに直交するX、Y、Z軸が付記されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. For convenience, X, Y, and Z axes that are orthogonal to each other are appended to each drawing as appropriate.
図1(a)、(b)は、画像表示装置20の使用形態を模式的に示す図である。図1(a)は、乗用車1の側方から乗用車1の内部を透視した模式図、図1(b)は、乗用車1の内部から走行方向前方を見た図である。 FIGS. 1A and 1B are diagrams schematically illustrating how the image display device 20 is used. FIG. 1A is a schematic view of the inside of the passenger car 1 seen through from the side of the passenger car 1, and FIG. 1B is a view of the passenger car 1 as viewed from the front in the running direction.
本実施の形態は、車載用のヘッドアップディスプレイに本発明を適用したものである。図1(a)に示すように、画像表示装置20は、乗用車1のダッシュボード11の内部に設置される。 In the present embodiment, the present invention is applied to an in-vehicle head-up display. As shown in FIG. 1A, the image display device 20 is installed inside the dashboard 11 of the passenger car 1.
図1(a)、(b)に示すように、画像表示装置20は、映像信号により変調されたレーザ光を、ウインドシールド12下側の運転席寄りの投射領域13に投射する。レーザ光は、投射領域13で反射され、運転者2の目の位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に照射される。これにより、運転者2の前方の視界に、虚像として所定の画像30が表示される。運転者2は、ウインドシールド12の前方の景色上に、虚像である画像30を重ね合わせて見ることができる。すなわち、画像表示装置20は、虚像である画像30をウインドシールド12の投射領域13の前方の空間に結像させる。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the image display device 20 projects the laser light modulated by the video signal onto the projection area 13 near the driver seat below the windshield 12. The laser light is reflected by the projection region 13 and is irradiated to a horizontally long region (eye box region) around the eye position of the driver 2. Thus, the predetermined image 30 is displayed as a virtual image in the field of view ahead of the driver 2. The driver 2 can superimpose an image 30 that is a virtual image on the scenery in front of the windshield 12. That is, the image display device 20 forms an image 30 that is a virtual image in a space in front of the projection region 13 of the windshield 12.
図1(c)は、画像表示装置20の構成を模式的に示す図である。 FIG. 1C is a diagram schematically illustrating the configuration of the image display device 20.
画像表示装置20は、照射光生成部21と、ミラー22とを備える。照射光生成部21は、映像信号により変調されたレーザ光を出射する。ミラー22は曲面状の反射面を有し、照射光生成部21から出射されたレーザ光をウインドシールド12に向けて反射する。ウインドシールド12で反射されたレーザ光は、運転者2の目2aに照射される。照射光生成部21の光学系とミラー22は、ウインドシールド12の前方に虚像による画像30が所定の大きさで表示されるように設計されている。 The image display device 20 includes an irradiation light generation unit 21 and a mirror 22. The irradiation light generation unit 21 emits laser light modulated by the video signal. The mirror 22 has a curved reflecting surface, and reflects the laser light emitted from the irradiation light generation unit 21 toward the windshield 12. The laser beam reflected by the windshield 12 is applied to the eyes 2a of the driver 2. The optical system and the mirror 22 of the irradiation light generation unit 21 are designed so that a virtual image 30 is displayed in a predetermined size in front of the windshield 12.
図2は、画像表示装置20の照射光生成部21の構成および照射光生成部21に用いる回路の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the irradiation light generation unit 21 of the image display device 20 and a configuration of a circuit used for the irradiation light generation unit 21.
照射光生成部21は、光源101と、コリメータレンズ102a〜102cと、ミラー103と、ダイクロイックミラー104、105と、走査部106と、補正レンズ107と、スクリーン108と、駆動部109とを備える。 The irradiation light generation unit 21 includes a light source 101, collimator lenses 102 a to 102 c, a mirror 103, dichroic mirrors 104 and 105, a scanning unit 106, a correction lens 107, a screen 108, and a driving unit 109.
光源101は、3つのレーザ光源101a〜101cを備える。レーザ光源101a〜101cは、それぞれ、赤色波長帯、緑色波長帯および青色波長帯のレーザ光を出射する。本実施の形態では、画像30としてカラー画像を表示するために、光源101が3つのレーザ光源101a〜101cを備えている。画像30として単色の画像を表示する場合、光源101は、画像の色に対応する1つのレーザ光源のみを備えていてもよい。レーザ光源101a〜101cは、たとえば、半導体レーザからなっている。 The light source 101 includes three laser light sources 101a to 101c. The laser light sources 101a to 101c emit laser beams in a red wavelength band, a green wavelength band, and a blue wavelength band, respectively. In the present embodiment, in order to display a color image as the image 30, the light source 101 includes three laser light sources 101a to 101c. When displaying a monochromatic image as the image 30, the light source 101 may include only one laser light source corresponding to the color of the image. The laser light sources 101a to 101c are made of semiconductor lasers, for example.
レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、コリメータレンズ102a〜102cによって平行光に変換される。このとき、レーザ光源101a〜101cから出射されたレーザ光は、それぞれ、図示しないアパーチャによって、円形のビーム形状に整形される。なお、コリメータレンズ102a〜102cに代えて、レーザ光を円形のビーム形状に整形し且つ平行光化する整形レンズを用いてもよい。この場合、アパーチャは省略され得る。 Laser light emitted from the laser light sources 101a to 101c is converted into parallel light by the collimator lenses 102a to 102c, respectively. At this time, the laser beams emitted from the laser light sources 101a to 101c are each shaped into a circular beam shape by an aperture (not shown). Instead of the collimator lenses 102a to 102c, a shaping lens that shapes the laser beam into a circular beam shape and converts it into parallel light may be used. In this case, the aperture can be omitted.
その後、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光は、ミラー103と2つのダイクロイックミラー104、105によって光軸が整合される。ミラー103は、コリメータレンズ102aを透過した赤色レーザ光を略全反射する。ダイクロイックミラー104は、コリメータレンズ102bを透過した緑色レーザ光を反射し、ミラー103で反射された赤色レーザ光を透過する。ダイクロイックミラー105は、コリメータレンズ102cを透過した青レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー104を経由した赤色レーザ光および緑色レーザ光を透過する。ミラー103と2つのダイクロイックミラー104、105は、レーザ光源101a〜101cから出射された各色のレーザ光の光軸を整合させるように配置されている。 Thereafter, the optical axes of the laser beams of the respective colors emitted from the laser light sources 101a to 101c are aligned by the mirror 103 and the two dichroic mirrors 104 and 105. The mirror 103 substantially totally reflects the red laser light transmitted through the collimator lens 102a. The dichroic mirror 104 reflects the green laser light transmitted through the collimator lens 102 b and transmits the red laser light reflected by the mirror 103. The dichroic mirror 105 reflects the blue laser light transmitted through the collimator lens 102 c and transmits the red laser light and the green laser light transmitted through the dichroic mirror 104. The mirror 103 and the two dichroic mirrors 104 and 105 are arranged so that the optical axes of the laser beams of the respective colors emitted from the laser light sources 101a to 101c are aligned.
走査部106は、ダイクロイックミラー105を経由した各色のレーザ光を反射する。走査部106は、たとえば、MEMS(micro electro mechanical system)ミラーからなっており、ダイクロイックミラー105を経由した各色のレーザ光が入射されるミラー106aを、駆動信号に応じて、Y軸に平行な軸とX軸に平行な軸の周りに回転させる構成を備える。このようにミラー106aを回転することにより、レーザ光の反射方向が、X−Z平面の面内方向およびY−Z平面の面内方向において変化する。これにより、後述のように、各色のレーザ光によってスクリーン108が走査される。 The scanning unit 106 reflects the laser light of each color that passes through the dichroic mirror 105. The scanning unit 106 includes, for example, a micro electro mechanical system (MEMS) mirror, and a mirror 106a on which laser light of each color that has passed through the dichroic mirror 105 enters an axis parallel to the Y axis according to a drive signal. And a configuration for rotating around an axis parallel to the X axis. By rotating the mirror 106a in this way, the reflection direction of the laser light changes in the in-plane direction of the XZ plane and the in-plane direction of the YZ plane. Thereby, as will be described later, the screen 108 is scanned by the laser light of each color.
なお、ここでは、走査部106が、2軸駆動方式のMEMSミラーにより構成されたが、走査部106は、他の構成であってもよい。たとえば、Y軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーと、X軸に平行な軸の周りに回転駆動されるミラーとを組み合わせて走査部106が構成されてもよい。 Here, the scanning unit 106 is configured by a biaxially driven MEMS mirror, but the scanning unit 106 may have other configurations. For example, the scanning unit 106 may be configured by combining a mirror that is rotationally driven around an axis parallel to the Y axis and a mirror that is rotationally driven around an axis parallel to the X axis.
補正レンズ107は、走査部106によるレーザ光の振り角に拘わらず、各色のレーザ光をZ軸正方向に向かわせるように設計されている。スクリーン108は、レーザ光が走査されることにより画像が形成され、入射したレーザ光を運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス領域)に拡散させる作用を有する。スクリーン108の構成は、追って、図4(a)ないし図6(c)を参照して説明する。 The correction lens 107 is designed to direct the laser light of each color in the positive direction of the Z axis regardless of the swing angle of the laser light by the scanning unit 106. The screen 108 scans the laser beam to form an image, and has an action of diffusing the incident laser beam to a region around the position of the eyes 2a of the driver 2 (eye box region). The configuration of the screen 108 will be described later with reference to FIGS. 4 (a) to 6 (c).
駆動部109は、スクリーン108をレーザ光の進行方向に平行な方向(Z軸方向)に往復移動させる。駆動部109の構成は、追って、図3(a)、(b)を参照して説明する。 The drive unit 109 reciprocates the screen 108 in a direction (Z-axis direction) parallel to the traveling direction of the laser light. The configuration of the drive unit 109 will be described later with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
画像処理回路201は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理ユニットやメモリを備え、入力された映像信号を処理してレーザ駆動回路202、ミラー駆動回路203およびスクリーン駆動回路204を制御する。レーザ駆動回路202は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、レーザ光源101a〜101cの出射強度を変化させる。ミラー駆動回路203は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、走査部106のミラー106aを駆動する。スクリーン駆動回路204は、画像処理回路201からの制御信号に応じて、スクリーン108を駆動する。画像表示動作時における画像処理回路201における制御については、追って、図4(b)を参照して説明する。 The image processing circuit 201 includes an arithmetic processing unit such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and processes an input video signal to control the laser driving circuit 202, the mirror driving circuit 203, and the screen driving circuit 204. The laser drive circuit 202 changes the emission intensity of the laser light sources 101a to 101c in accordance with a control signal from the image processing circuit 201. The mirror driving circuit 203 drives the mirror 106 a of the scanning unit 106 in accordance with a control signal from the image processing circuit 201. The screen drive circuit 204 drives the screen 108 according to the control signal from the image processing circuit 201. The control in the image processing circuit 201 during the image display operation will be described later with reference to FIG.
図3(a)は、駆動部109の構成を示す斜視図、図3(b)は、図3(a)に示す駆動部109をY軸方向の中央位置においてX−Z平面に平行な平面で切断した場合の、ホルダ303付近の断面図である。 3A is a perspective view showing the configuration of the drive unit 109, and FIG. 3B is a plane parallel to the XZ plane of the drive unit 109 shown in FIG. 3A at the center position in the Y-axis direction. It is sectional drawing of the holder 303 vicinity at the time of cut | disconnecting by.
駆動部109は、Y軸方向およびX軸方向に対称な構成を有する。駆動部109は、Z軸負側が開放された矩形状の筐体301と、筐体301のZ軸負側に装着される支持板302と、ホルダ303と、2つの板バネ304と、コイル305と、磁石306、307と、ヨーク308と、を備える。 The drive unit 109 has a symmetric configuration in the Y-axis direction and the X-axis direction. The drive unit 109 includes a rectangular housing 301 whose Z-axis negative side is open, a support plate 302 attached to the Z-axis negative side of the housing 301, a holder 303, two leaf springs 304, and a coil 305. And magnets 306 and 307 and a yoke 308.
支持板302は、X軸正側とX軸負側にそれぞれ内方に突出したT字状の支持部302aを備える。これら支持部302aに2つの板バネ304が装着されている。上側の板バネ304は、位置P1、P2において支持部302aに固定され、下側の板バネ304は、位置P3、P4において支持部302aの固定されている。2つの板バネ304は、それぞれX軸に平行に設置されている。 The support plate 302 includes a T-shaped support portion 302a that protrudes inward on the X-axis positive side and the X-axis negative side. Two leaf springs 304 are attached to these support portions 302a. The upper leaf spring 304 is fixed to the support portion 302a at the positions P1 and P2, and the lower leaf spring 304 is fixed to the support portion 302a at the positions P3 and P4. The two leaf springs 304 are respectively installed in parallel to the X axis.
2つの板バネ304の長手方向の中間位置に、ホルダ303が固着されている。ホルダ303は、X軸方向の中間位置からY軸正方向およびY軸負方向にそれぞれ突出する2つの突部303aを備え、これら突部303aが板バネ304に固着されている。ホルダ303は、平面視において角が丸められた長方形の形状を有し、4つの角からそれぞれZ軸正方向に延びる脚部303bが形成されている。これら4つの脚部303bに巻回されるように、コイル305がホルダ303に装着されている。ホルダ303は、樹脂材料等の非磁性材料からなっている。 A holder 303 is fixed to an intermediate position in the longitudinal direction of the two leaf springs 304. The holder 303 includes two protrusions 303 a that protrude in the Y-axis positive direction and the Y-axis negative direction from an intermediate position in the X-axis direction, and these protrusions 303 a are fixed to the leaf spring 304. The holder 303 has a rectangular shape with rounded corners in plan view, and is formed with leg portions 303b extending from the four corners in the Z-axis positive direction. A coil 305 is mounted on the holder 303 so as to be wound around these four leg portions 303b. The holder 303 is made of a nonmagnetic material such as a resin material.
また、ホルダ303には、長方形の開口303cが設けられ、この開口303cにスクリーン108が装着されている。開口303cには、上側に段差303dが設けられ、この段差303dにスクリーン108が嵌め込まれて接着固定されている。また、筐体301の底面には、スクリーン108に対向する位置に開口301aが設けられている。スクリーン108をZ軸正方向に透過した光は、開口301aを通過して、ミラー22(図1(c)参照)へと至る。 The holder 303 is provided with a rectangular opening 303c, and the screen 108 is attached to the opening 303c. A step 303d is provided on the upper side of the opening 303c, and the screen 108 is fitted and fixed to the step 303d. An opening 301 a is provided on the bottom surface of the housing 301 at a position facing the screen 108. The light transmitted through the screen 108 in the positive Z-axis direction passes through the opening 301a and reaches the mirror 22 (see FIG. 1C).
図3(b)に示すように、ホルダ303の4つの脚部303bに矩形状に巻回固定されたコイル305を挟むように、磁石306、307が配置されている。筐体301の底面には、U字状のヨーク308が設置され、このヨーク308の内側面に磁石306、307が装着されている。 As shown in FIG. 3B, magnets 306 and 307 are arranged so as to sandwich a coil 305 wound and fixed in a rectangular shape on the four leg portions 303 b of the holder 303. A U-shaped yoke 308 is installed on the bottom surface of the housing 301, and magnets 306 and 307 are mounted on the inner surface of the yoke 308.
図3(b)には、矩形状に巻回されたコイル305の2辺の部分を挟む磁石306、307が図示されているが、コイル305の残り2辺の部分も、同様の構成により、2つの磁石によって挟まれている。磁石306、307および残りの磁石は、コイル305に電流を流すことによりZ軸正方向またはZ軸負方向の駆動力が生じるように磁極が調整されている。コイル305に流す電流の方向を切り替えることにより、ホルダ303の駆動方向が切り替わる。こうしてホルダ303が駆動されることにより、スクリーン108が、ホルダ303と一体的にZ軸方向に駆動される。 3B shows the magnets 306 and 307 sandwiching the two sides of the coil 305 wound in a rectangular shape, but the remaining two sides of the coil 305 have the same configuration. It is sandwiched between two magnets. The magnets 306 and 307 and the remaining magnets have their magnetic poles adjusted so that a driving force in the Z-axis positive direction or the Z-axis negative direction is generated by passing a current through the coil 305. By switching the direction of the current flowing through the coil 305, the driving direction of the holder 303 is switched. By driving the holder 303 in this way, the screen 108 is driven in the Z-axis direction integrally with the holder 303.
なお、駆動部109には、Z軸方向におけるホルダ303の位置、すなわち、Z軸方向におけるスクリーン108の位置を検出して、位置に関する信号を出力するエンコーダ(図示せず)が配置されている。エンコーダは、たとえば、ホルダ303に設置されホルダ303とともに移動するゲージと、筐体301に設置されゲージを光学的に検出するセンサとを備える構成とされ得る。Z軸方向におけるホルダ303の位置が検出可能であれば、他の構成を備えたエンコーダを用いてもよい。 The drive unit 109 is provided with an encoder (not shown) that detects the position of the holder 303 in the Z-axis direction, that is, the position of the screen 108 in the Z-axis direction and outputs a signal related to the position. For example, the encoder may be configured to include a gauge that is installed in the holder 303 and moves together with the holder 303, and a sensor that is installed in the housing 301 and optically detects the gauge. As long as the position of the holder 303 in the Z-axis direction can be detected, an encoder having another configuration may be used.
図4(a)は、スクリーン108の構成を模式的に示す斜視図である。 FIG. 4A is a perspective view schematically showing the configuration of the screen 108.
本実施の形態では、スクリーン108が、基材401と、マイクロレンズアレイ402と、ビーズ集合体403と、マスク500とからなっている。両面にそれぞれマイクロレンズアレイ402とビーズ集合体403が配された基材401と、マスク500とをスペーサ(図示せず)を介して一体化することにより、スクリーン108が構成される。 In the present embodiment, the screen 108 includes a base material 401, a microlens array 402, a bead aggregate 403, and a mask 500. The screen 108 is configured by integrating a base material 401 having a microlens array 402 and a bead assembly 403 on both sides and a mask 500 via spacers (not shown).
基材401は、平面視において矩形形状を有し、透明な材料からなっている。たとえば、基材401は、PET(ポリエチレンテレフタレート)等の透明な樹脂からなっている。 The base material 401 has a rectangular shape in a plan view and is made of a transparent material. For example, the base material 401 is made of a transparent resin such as PET (polyethylene terephthalate).
マイクロレンズアレイ402は、基材401のレーザ光出射側の面に配置される。マイクロレンズアレイ402は、たとえば、基材401の出射面に樹脂材料を塗布した後、樹脂材料をロール整形することにより形成される。 The microlens array 402 is disposed on the surface of the substrate 401 on the laser light emission side. The microlens array 402 is formed, for example, by applying a resin material to the emission surface of the base material 401 and then roll-shaping the resin material.
ビーズ集合体403は、基材401のレーザ光入射側の面に配置される。ビーズ集合体403は、樹脂を含ませたビーズを基材401の入射面に塗布することにより形成される。 The bead aggregate 403 is disposed on the laser light incident side surface of the base material 401. The bead aggregate 403 is formed by applying beads containing a resin to the incident surface of the substrate 401.
マイクロレンズアレイ402およびビーズ集合体403の材料および形成方法は、上記に限らず、他の材料や形成方法であってもよい。たとえば、ビーズ403aは、樹脂に限らず、ガラスであってもよい。 The materials and forming methods of the microlens array 402 and the bead aggregate 403 are not limited to the above, and other materials and forming methods may be used. For example, the beads 403a are not limited to resin and may be glass.
図5(a)は、マイクロレンズアレイ402の一部をZ軸正側から撮像した画像である。 FIG. 5A is an image obtained by capturing a part of the microlens array 402 from the Z axis positive side.
図5(a)に示すように、マイクロレンズアレイ402は、平面視において矩形のレンズ部402aが、X軸に平行な横方向とY軸に平行な縦方向に所定数ずつ並んだ構成となっている。各レンズ部402aの横方向の幅Wxは互いに同一であり、また、各レンズ部402aの縦方向の幅Wyも互いに同一である。幅Wx、Wyは、数10μm程度である。図5(a)の例では、幅Wxと幅Wyが互いに同一の寸法に設定されているが、幅Wxと幅Wyの寸法が異なっていてもよい。 As shown in FIG. 5A, the microlens array 402 has a configuration in which a predetermined number of rectangular lens portions 402a are arranged in a horizontal direction parallel to the X axis and a vertical direction parallel to the Y axis in plan view. ing. The width Wx in the horizontal direction of each lens unit 402a is the same as each other, and the width Wy in the vertical direction of each lens unit 402a is also the same. The widths Wx and Wy are about several tens of μm. In the example of FIG. 5A, the width Wx and the width Wy are set to the same dimension, but the width Wx and the width Wy may be different.
各レンズ部402aは、X軸方向の曲率半径RxとY軸方向の曲率半径Ryが互いに異なっている。ここで、曲率半径Rxは曲率半径Ryよりも小さく、たとえば、Rx:Ry=1:2に設定される。従って、レンズ部402aは、X軸方向の曲率がY軸方向の曲率よりも大きくなっている。このようにレンズ部402aの曲率を設定することにより、各レンズ部402aを透過するレーザ光を、効率良く、運転者2の目2aの位置周辺の横長の領域(アイボックス領域)に導くことができる。レンズ部402aの曲率は、アイボックス領域の形状に応じて決定される。 Each lens unit 402a has a different curvature radius Rx in the X-axis direction and a curvature radius Ry in the Y-axis direction. Here, the radius of curvature Rx is smaller than the radius of curvature Ry, for example, Rx: Ry = 1: 2. Therefore, in the lens portion 402a, the curvature in the X-axis direction is larger than the curvature in the Y-axis direction. By setting the curvature of the lens portion 402a in this manner, the laser light transmitted through each lens portion 402a can be efficiently guided to a horizontally long region (eye box region) around the position of the eyes 2a of the driver 2. it can. The curvature of the lens unit 402a is determined according to the shape of the eye box region.
図5(b)は、ビーズ集合体403の一部をZ軸負側から撮像した画像である。 FIG. 5B is an image obtained by imaging a part of the bead assembly 403 from the negative side of the Z axis.
図5(b)に示すように、ビーズ集合体403は、平面視においてビーズ403aが略隙間なく敷き詰められた構成となっている。ビーズ403aは、球形状の粒子からなっている。ここで、ビーズ403aは、粒径が不均一となっている。ビーズ403aの粒径が均一であると、ビーズ集合体403において、ビーズ403aが規則正しく並びやすくなり、このため、レーザ光がビーズ403aをそのまま突き抜けて、画像30上に輝点が生じるとの問題が起こり得る。これに対し、ビーズ403aの粒径を不均一に設定すると、図5(b)に示すようにビーズ403aが不規則に分布するため、レーザ光がビーズ403aをそのまま突き抜けることがなく、その結果、画像30上に輝点が生じることが抑制され得る。 As shown in FIG. 5B, the bead aggregate 403 has a configuration in which the beads 403a are spread almost without gaps in plan view. The beads 403a are made of spherical particles. Here, the beads 403a have non-uniform particle sizes. If the particle size of the beads 403a is uniform, the beads 403a are likely to be regularly arranged in the bead aggregate 403. For this reason, there is a problem in that the laser beam penetrates the beads 403a as they are and a bright spot is generated on the image 30. Can happen. On the other hand, if the particle size of the beads 403a is set non-uniformly, the beads 403a are irregularly distributed as shown in FIG. 5B, so that the laser light does not penetrate the beads 403a as they are, and as a result, Generation of bright spots on the image 30 can be suppressed.
図4(b)は、スクリーン108に対するレーザ光の走査方法を模式的に示す図である。 FIG. 4B is a diagram schematically showing a laser beam scanning method for the screen 108.
上記構成を有するスクリーン108のビーズ集合体403側の表面が、各色のレーザ光が重ねられたビームB1によって、X軸正方向に走査される。スクリーン108のビーズ集合体403側の表面に対して、予め、ビームB1が通る走査ラインL1〜Lnが、Y軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインL1〜Lnの開始位置と終了位置は、X軸方向において一致している。したがって、走査ラインL1〜Lnを囲む領域は長方形である。ビームB1の径は、たとえば、100μm程度に設定される。 The surface of the screen 108 having the above configuration on the side of the bead assembly 403 is scanned in the positive direction of the X axis by the beam B1 on which the laser beams of the respective colors are superimposed. Scan lines L1 to Ln through which the beam B1 passes are set in advance in the Y-axis direction at regular intervals with respect to the surface of the screen 108 on the bead assembly 403 side. The start position and the end position of the scanning lines L1 to Ln coincide with each other in the X-axis direction. Therefore, the area surrounding the scanning lines L1 to Ln is a rectangle. The diameter of the beam B1 is set to about 100 μm, for example.
映像信号により各色のレーザ光が変調されたビームB1により走査ラインL1〜Lnが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成される画像が、スクリーン108と、ミラー22およびウインドシールド12(図1(c)参照)を介して、運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス)に投射される。これにより、運転者2は、ウインドシールド12の前方の空間に、虚像として画像30を視認する。 The scanning lines L1 to Ln are scanned at a high frequency by the beam B1 in which the laser light of each color is modulated by the video signal, thereby forming an image. The image thus configured is projected onto an area (eye box) around the position of the eye 2a of the driver 2 via the screen 108, the mirror 22 and the windshield 12 (see FIG. 1C). As a result, the driver 2 visually recognizes the image 30 as a virtual image in the space in front of the windshield 12.
図6(a)は、マスク500の一部を正面(Z軸負側)から見た平面図、図6(b)は、庇502が形成される前のマスク500の一部を背面(Z軸正側)から見た斜視図、図6(c)は、庇502が形成された後のマスク500の一部を背面(Z軸正側)から見た斜視図である。便宜上、図6(a)には、マイクロレンズアレイ402の最上段のレンズ部402aが破線で示されている。 6A is a plan view of a part of the mask 500 as viewed from the front (Z-axis negative side), and FIG. 6B is a back view of the part of the mask 500 before the ridge 502 is formed (Z FIG. 6C is a perspective view of a part of the mask 500 after the ridge 502 is formed, as viewed from the back (Z-axis positive side). For convenience, in FIG. 6A, the uppermost lens portion 402a of the microlens array 402 is indicated by a broken line.
図6(b)に示すように、庇502が形成される前のマスク500には、光入射側(Z軸負側)の面に、X軸方向に延びる複数の溝500aが、Y軸方向に一定のピッチで形成されている。溝500aは、マスク500のX軸正側の側面からX軸負側の側面まで延びている。Y−Z平面で平行な平面で切断した溝500aの断面は、二等辺三角形である。マスク500は、たとえば、PET等の透明な樹脂材料からなっている。マスク500は、ガラス等の他の透明な材料からなっていてもよい。 As shown in FIG. 6B, the mask 500 before the ridge 502 is formed has a plurality of grooves 500a extending in the X-axis direction on the light incident side (Z-axis negative side) surface in the Y-axis direction. Are formed at a constant pitch. The groove 500a extends from the X-axis positive side surface of the mask 500 to the X-axis negative side surface. The cross section of the groove 500a cut along a plane parallel to the YZ plane is an isosceles triangle. The mask 500 is made of a transparent resin material such as PET. The mask 500 may be made of other transparent materials such as glass.
図6(c)に示すように、それぞれの溝500aに、光を吸収する黒色の色素を埋め込むことによって、庇502が形成される。庇502の断面形状は、溝500aと同様、二等辺三角形である。また、Y軸方向に隣り合う2つの庇502の間に、光を透過する横長の開口部501が形成される。Z軸負側から開口部501に入射した光は、開口部501aを透過して、Z軸正側の面から出射される。また、Z軸負側から庇502に入射した光は、庇502によって吸収される。 As shown in FIG. 6C, a ridge 502 is formed by embedding a black pigment that absorbs light in each groove 500a. The cross-sectional shape of the flange 502 is an isosceles triangle like the groove 500a. In addition, a horizontally long opening 501 that transmits light is formed between two ridges 502 adjacent in the Y-axis direction. The light that has entered the opening 501 from the Z-axis negative side passes through the opening 501a and is emitted from the surface on the Z-axis positive side. Further, light incident on the ridge 502 from the Z-axis negative side is absorbed by the ridge 502.
図6(a)に示すように、上記構成のマスク500には、平面視において横長の矩形の開口部501が、縦方向に一定間隔で並ぶように配置されている。開口部501の横方向の幅は、横方向に並ぶ全てのレンズ部402aの範囲よりも広く設定されている。すなわち、開口部501は、横方向に並ぶレンズ部402a群の横方向の範囲をカバーする。 As shown in FIG. 6A, in the mask 500 having the above-described configuration, horizontally long rectangular openings 501 are arranged at regular intervals in the vertical direction in plan view. The width of the opening 501 in the horizontal direction is set wider than the range of all the lens portions 402a arranged in the horizontal direction. That is, the opening 501 covers the range in the horizontal direction of the group of lens units 402a arranged in the horizontal direction.
また、開口部501の縦方向の幅は、レンズ部402aの幅Wyよりも狭く設定されている。さらに、開口部501の縦方向の幅は、開口部501を通過するレーザ光に回折が生じない寸法に設定される。たとえば、上記波長帯のレーザ光源101a〜101cでは、開口部501の縦方向の幅が10μm以下になるとレーザ光に回折が生じる。このため、開口部501の縦方向の幅は、10μm以上に設定されればよい。庇502のX軸方向の長さは、開口部501のX軸方向の長さと同一である。 Further, the vertical width of the opening 501 is set to be narrower than the width Wy of the lens portion 402a. Further, the vertical width of the opening 501 is set to a dimension that does not cause diffraction in the laser light passing through the opening 501. For example, in the laser light sources 101a to 101c in the wavelength band, diffraction occurs in the laser light when the vertical width of the opening 501 is 10 μm or less. For this reason, the vertical width of the opening 501 may be set to 10 μm or more. The length of the flange 502 in the X-axis direction is the same as the length of the opening 501 in the X-axis direction.
図7は、スクリーン108の作用を模式的に示す図である。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the operation of the screen 108.
スクリーン108に入射したレーザ光(図4(b)のビームB1)は、ビーズ集合体403により拡散された後、マイクロレンズアレイ402に入射する。ここで、ビーズ集合体403により拡散されたレーザ光は、マイクロレンズアレイ402の複数のレンズ部402aに入射して、レンズ部402aから光学作用を受ける。レンズ部402aは、透過するレーザ光を運転者2の目2aの位置周辺の領域(アイボックス)に導くための収束作用を、レーザ光に付与する。レンズ部402aの収束作用は、ミラー22およびウインドシールド12(図1(c)参照)の光学作用をも加味して設定されている。 The laser light (beam B 1 in FIG. 4B) incident on the screen 108 is diffused by the bead assembly 403 and then enters the microlens array 402. Here, the laser light diffused by the bead assembly 403 enters the plurality of lens portions 402a of the microlens array 402 and receives an optical action from the lens portions 402a. The lens unit 402a imparts a converging action to the laser light to guide the transmitted laser light to an area (eye box) around the position of the eyes 2a of the driver 2. The convergence action of the lens unit 402a is set in consideration of the optical action of the mirror 22 and the windshield 12 (see FIG. 1C).
その後、レーザ光は、マスク500の開口部501を通ってミラー22へと導かれる。このとき、開口部501を通過するレーザ光の大半は、庇502に入射することなく、ミラー22へと導かれる。しかしながら、開口部501を通過するレーザ光の一部は、図7に示すように、庇502に入射して庇502から光学作用を受ける。すなわち、庇502に浅い角度で入射したレーザ光は、庇502手前の溝500a(図6(b)参照)の界面で反射されてミラー22へと導かれる。また、庇502に深い角度で入射したレーザ光は、庇502手前の溝500a(図6(b)参照)の界面を通過して庇502へと至り、庇502で吸収される。 Thereafter, the laser light is guided to the mirror 22 through the opening 501 of the mask 500. At this time, most of the laser light passing through the opening 501 is guided to the mirror 22 without entering the ridge 502. However, as shown in FIG. 7, a part of the laser light that passes through the opening 501 enters the ridge 502 and receives an optical action from the ridge 502. That is, the laser light incident on the ridge 502 at a shallow angle is reflected at the interface of the groove 500a (see FIG. 6B) before the ridge 502 and guided to the mirror 22. Further, the laser light incident on the ridge 502 at a deep angle passes through the interface of the groove 500a (see FIG. 6B) before the ridge 502, reaches the ridge 502, and is absorbed by the ridge 502.
このように、庇502は、マイクロレンズアレイ402を透過した画像表示用のレーザ光の一部を、画像表示から除外する。しかし、その反面、庇502は、スクリーン108からミラー22およびウインドシールド12へと向かう光路を逆行して、外部からスクリーン108へと入射する自然光等の光(迷光)を、ビーズ集合体403に入射させずに遮光する作用を発揮する。 As described above, the ridge 502 excludes a part of the laser beam for image display transmitted through the microlens array 402 from the image display. On the other hand, however, the ridge 502 reverses the optical path from the screen 108 toward the mirror 22 and the windshield 12, and incident light (stray light) such as natural light that enters the screen 108 from the outside enters the bead assembly 403. Demonstrate the effect of light shielding.
たとえば、マスク500が設けられていない場合、上記のように外部からスクリーン108へと入射する迷光は、マイクロレンズアレイ402を透過してビーズ集合体403に入射する。ここで、ビーズ集合体403は、種々の粒径のビーズ403aからなっているため、ビーズ集合体403に入射した迷光の一部は、ビーズ集合体403中のビーズ403aにより反射されて、マイクロレンズアレイ402へと向かうようになる。こうして、マイクロレンズアレイ402へと向けられた迷光は、マイクロレンズアレイ402を透過してミラー22へと導かれる。その結果、運転者2は、迷光による白くぼやけた画像が、映像信号に基づく画像に重畳された画像を、視認することになってしまう。こうなると、運転者2は、ウインドシールド12の前方の風景に、白くぼやけた領域が重ねられた不自然な画像を見ることになり、運転者2に違和感を与える結果となってしまう。 For example, when the mask 500 is not provided, stray light that enters the screen 108 from the outside as described above passes through the microlens array 402 and enters the bead assembly 403. Here, since the bead aggregate 403 is composed of beads 403a having various particle diameters, a part of the stray light incident on the bead aggregate 403 is reflected by the beads 403a in the bead aggregate 403, and the microlens. Head towards the array 402. Thus, the stray light directed to the microlens array 402 passes through the microlens array 402 and is guided to the mirror 22. As a result, the driver 2 visually recognizes an image in which a white blurred image due to stray light is superimposed on an image based on the video signal. In this case, the driver 2 sees an unnatural image in which a white blurred region is superimposed on the scenery in front of the windshield 12, resulting in the driver 2 feeling uncomfortable.
これに対し、本実施の形態にように、マイクロレンズアレイ402のZ軸正側にマスク500を配置すると、外部からの迷光がマスク500の庇502によって遮光される。よって、迷光による白くぼやけた画像が映像信号に基づく画像に重畳されることを抑制でき、運転者2に自然な画像を提供することができる。 In contrast, when the mask 500 is arranged on the positive side of the Z-axis of the microlens array 402 as in the present embodiment, stray light from the outside is blocked by the ridge 502 of the mask 500. Therefore, it is possible to suppress a white blurred image due to stray light from being superimposed on an image based on the video signal, and to provide the driver 2 with a natural image.
なお、迷光を遮光する観点からは、庇502のZ軸方向の高さが高い方が望ましいと言える。しかしながら、庇502の高さを高くすると、マイクロレンズアレイ402を透過した映像信号に基づくレーザ光が庇502によって遮光される量が多くなり、運転者2に提供される画像30の輝度が低下する。よって、庇502の高さは、画像30に対する迷光重畳の抑制と、画像30の輝度確保とを考慮して、適正な値に設定する必要がある。たとえば、図6(c)に示すように、庇502の断面形状が二等辺三角形である場合、庇502の高さは、開口部501のY軸方向の幅の3〜5倍であることが望ましい。 From the viewpoint of blocking stray light, it can be said that the height of the ridge 502 in the Z-axis direction is desirable. However, when the height of the ridge 502 is increased, the amount of the laser light based on the video signal transmitted through the microlens array 402 is increased by the ridge 502, and the brightness of the image 30 provided to the driver 2 decreases. . Therefore, it is necessary to set the height of the ridge 502 to an appropriate value in consideration of suppression of stray light superimposition on the image 30 and securing the luminance of the image 30. For example, as shown in FIG. 6C, when the cross-sectional shape of the flange 502 is an isosceles triangle, the height of the flange 502 is 3 to 5 times the width of the opening 501 in the Y-axis direction. desirable.
なお、本実施の形態では、上記のように庇502の断面形状が二等辺三角形となっているが、これは以下の理由による。 In the present embodiment, the cross-sectional shape of the ridge 502 is an isosceles triangle as described above, and this is due to the following reason.
すなわち、機械的強度を保って庇502を高精度に形成するには、庇502の底辺部分の幅を所定寸法以上に確保する必要がある。ここで、仮に、底辺部分の幅のままZ軸正方向に庇502を突出させると、レンズ部402aを透過した映像信号に基づくレーザ光のうち、庇502に入射するレーザ光の割合が大きくなり、運転者2に提供される画像30の輝度が低下する。これに対し、庇502の断面形状を、先端に向かうに従って幅が小さくなる形状にすれば、映像信号に基づくレーザ光が庇502に入射する量を少なくでき、運転者2に提供される画像30の輝度を高めることができる。 That is, in order to form the ridge 502 with high accuracy while maintaining the mechanical strength, it is necessary to secure the width of the bottom side portion of the ridge 502 to a predetermined dimension or more. Here, if the ridge 502 protrudes in the positive direction of the Z-axis with the width of the bottom portion, the ratio of the laser light incident on the ridge 502 out of the laser light based on the video signal transmitted through the lens portion 402a increases. The brightness of the image 30 provided to the driver 2 is reduced. On the other hand, if the cross-sectional shape of the heel 502 is made to be a shape whose width decreases toward the tip, the amount of laser light based on the video signal incident on the heel 502 can be reduced, and the image 30 provided to the driver 2 Can increase the brightness.
このように、庇502は、機械的強度を保って庇502を高精度に形成するとの観点と、映像信号に基づくレーザ光が庇502で遮光される量を少なくするとの観点から、先端に向かうに従って幅が狭くなる断面形状、すなわち、二等辺三角形の断面形状とされている。 As described above, the ridge 502 is directed to the tip from the viewpoint of forming the ridge 502 with high accuracy while maintaining the mechanical strength, and from the viewpoint of reducing the amount of laser light based on the video signal shielded by the ridge 502. Accordingly, the cross-sectional shape becomes narrower in width, that is, the cross-sectional shape of an isosceles triangle.
なお、庇502の断面形状は、先端に向かうに従って幅が狭くなる形状であれば、二等辺三角形に限らず、他の形状であってもよい。たとえば、庇502の断面形状は、二等辺三角形の2辺が内方へと円弧状にやや凹んだ形状であってもよく、あるいは、台形であってもよい。また、機械的強度を保って庇502を高精度に形成できるのであれば、庇502の断面形状は、Z軸負側の底辺部分の幅をさらに縮めた長方形であってもよい。 Note that the cross-sectional shape of the ridge 502 is not limited to an isosceles triangle as long as the width becomes narrower toward the tip, and may be another shape. For example, the cross-sectional shape of the ridge 502 may be a shape in which two sides of an isosceles triangle are slightly recessed in an arc shape inward, or may be a trapezoid. In addition, as long as the ridge 502 can be formed with high accuracy while maintaining mechanical strength, the cross-sectional shape of the ridge 502 may be a rectangle in which the width of the bottom portion on the Z-axis negative side is further reduced.
以上のように、マスク500は、外部からスクリーン108へと入射する迷光を遮光する作用を発揮する。これにより、ビーズ集合体403に迷光が入射することによる画像30の画質低下を抑制できるとの効果が奏される。 As described above, the mask 500 exerts an action of shielding stray light incident on the screen 108 from the outside. Thereby, the effect that the image quality fall of the image 30 by stray light injecting into the bead aggregate 403 can be suppressed is show | played.
図8(a)は、スクリーン108の移動工程の一例を示す図、図8(b)は、スクリーン108を移動させることにより表示される画像の一例を示す図である。図8(a)の移動工程は、図8(b)のような画像を表示する場合のスクリーン108の移動工程である。 FIG. 8A is a diagram illustrating an example of the moving process of the screen 108, and FIG. 8B is a diagram illustrating an example of an image displayed by moving the screen 108. The moving process of FIG. 8A is a moving process of the screen 108 when displaying an image as shown in FIG.
図8(a)に示すように、スクリーン108は、時刻t0〜t4を1サイクルとして移動が繰り返される。時刻t0〜t1の間に、スクリーン108は、初期位置Ps0から最遠位置Ps1へと移動され、時刻t1〜t4の間に、スクリーン108は、最遠位置Ps1から初期位置Ps0へと戻される。スクリーン108の移動周期、すなわち、時刻t0〜t4の時間は、たとえば、1/60秒である。スクリーン108は、図3(b)に示すコイル305に印加する電流を変化させることにより、図8(a)に示すように移動される。 As shown in FIG. 8A, the movement of the screen 108 is repeated with time t0 to t4 as one cycle. Between times t0 and t1, the screen 108 is moved from the initial position Ps0 to the farthest position Ps1, and between times t1 and t4, the screen 108 is returned from the farthest position Ps1 to the initial position Ps0. The moving period of the screen 108, that is, the time from time t0 to t4 is, for example, 1/60 seconds. The screen 108 is moved as shown in FIG. 8A by changing the current applied to the coil 305 shown in FIG.
時刻t0〜t1は、図8(b)において、奥行き方向に広がる奥行き画像M1を表示するための期間であり、時刻t1〜t4は、図8(b)において、鉛直方向に広がる鉛直画像M2を表示するための期間である。図8(b)の例において、奥行き画像M1は、ナビゲーション機能により乗用車1が道路R1を曲がるべき方向を運転者2に示唆するための矢印であり、鉛直画像M2は、歩行者H1が居ることを運転者2に注意喚起するためのマーキングである。たとえば、奥行き画像M1と鉛直画像M2は、互いに異なる色で表示される。 Time t0 to t1 is a period for displaying the depth image M1 spreading in the depth direction in FIG. 8B, and time t1 to t4 is the vertical image M2 spreading in the vertical direction in FIG. 8B. This is the period for display. In the example of FIG. 8B, the depth image M1 is an arrow for suggesting to the driver 2 the direction in which the passenger car 1 should turn on the road R1 by the navigation function, and the vertical image M2 includes the pedestrian H1. This is a marking for alerting the driver 2. For example, the depth image M1 and the vertical image M2 are displayed in different colors.
時刻t0〜t1において、スクリーン108は、初期位置Ps0から最遠位置Ps1まで線形に移動される。スクリーン108が移動すると、これに伴い、ウインドシールド12前方の虚像が結像する位置が奥行き方向に移動する。したがって、奥行き画像M1の奥行き方向の各位置にスクリーン108が在るときに、奥行き画像M1に対応する走査ライン上の、奥行き画像M1に対応するタイミングにおいて、レーザ光源101a〜101cを発光させることにより、ウインドシールド12の投射領域13の前方に、図8(b)に示すような奥行き画像M1を虚像として表示させることができる。 At time t0 to t1, the screen 108 is linearly moved from the initial position Ps0 to the farthest position Ps1. As the screen 108 moves, the position where the virtual image in front of the windshield 12 is formed moves in the depth direction. Therefore, when the screen 108 exists at each position in the depth direction of the depth image M1, the laser light sources 101a to 101c are caused to emit light at the timing corresponding to the depth image M1 on the scanning line corresponding to the depth image M1. A depth image M1 as shown in FIG. 8B can be displayed as a virtual image in front of the projection area 13 of the windshield 12.
一方、鉛直画像M2は、奥行き方向には変化せず、鉛直方向のみに広がっているため、スクリーン108を、鉛直画像M2に対応する位置に固定して、虚像の生成を行う必要がある。図8(a)の停止位置Ps2は、鉛直画像M2の奥行き位置に対応するスクリーン108の位置である。スクリーン108は、最遠位置Ps1から初期位置Ps0に戻る間に、停止位置Ps2において、時刻t2〜時刻t3の間、停止される。この間に、鉛直画像M2に対応する走査ライン上の、鉛直画像M2に対応するタイミングにおいて、レーザ光源101a〜101cを発光させることにより、ウインドシールド12の投射領域13の前方に、図8(b)に示すような鉛直画像M2を虚像として表示させることができる。 On the other hand, since the vertical image M2 does not change in the depth direction and spreads only in the vertical direction, it is necessary to generate a virtual image with the screen 108 fixed at a position corresponding to the vertical image M2. The stop position Ps2 in FIG. 8A is the position of the screen 108 corresponding to the depth position of the vertical image M2. While the screen 108 returns from the farthest position Ps1 to the initial position Ps0, the screen 108 is stopped at the stop position Ps2 from time t2 to time t3. In the meantime, the laser light sources 101a to 101c emit light at the timing corresponding to the vertical image M2 on the scanning line corresponding to the vertical image M2, so that the front of the projection area 13 of the windshield 12 is shown in FIG. It is possible to display a vertical image M2 as shown in FIG.
以上の制御は、図2に示す画像処理回路201によって行われる。この制御により、時刻t0〜時刻t4の間に、奥行き画像M1と鉛直画像M2が虚像として表示される。上記の制御では、奥行き画像M1の表示タイミングと鉛直画像M2の表示タイミングにずれが生じるが、このずれは極めて短時間であるため、運転者2は、奥行き画像M1と鉛直画像M2を重ねた画像を認識する。こうして、運転者2は、投射領域13の前方に、映像信号に基づく画像(奥行き画像M1、鉛直画像M2)を、道路R1および歩行者H1を含む風景に重ねて見ることができる。 The above control is performed by the image processing circuit 201 shown in FIG. By this control, the depth image M1 and the vertical image M2 are displayed as virtual images between time t0 and time t4. In the above control, there is a difference between the display timing of the depth image M1 and the display timing of the vertical image M2, but since this shift is extremely short, the driver 2 is an image obtained by superimposing the depth image M1 and the vertical image M2. Recognize In this way, the driver 2 can view the image (depth image M1 and vertical image M2) based on the video signal in front of the projection area 13 over the landscape including the road R1 and the pedestrian H1.
なお、図8(b)では、鉛直画像M2が1つであったため、図8(a)の工程において、スクリーン108の停止位置Ps2が1つに設定されたが、鉛直画像M2が複数あれば、それに応じて、図8(a)の工程において、停止位置が複数設定される。ただし、図8(a)の工程において、時刻t0〜t4の時間は一定であり、時刻t4は不変であるため、停止位置の数の増減に応じて、停止位置前後のスクリーン108の移動速度(図8(a)の波形の傾き)が変更されることになる。 In FIG. 8B, since there is one vertical image M2, the stop position Ps2 of the screen 108 is set to one in the process of FIG. 8A, but if there are a plurality of vertical images M2. Accordingly, a plurality of stop positions are set in the process of FIG. However, in the process of FIG. 8A, the time from time t0 to t4 is constant, and time t4 is unchanged, so the moving speed of the screen 108 before and after the stop position ( The slope of the waveform in FIG. 8A is changed.
次に、スクリーン駆動回路204の回路構成について説明する。 Next, the circuit configuration of the screen driving circuit 204 will be described.
まず、図9(a)に、比較例に係るスクリーン駆動回路204の回路構成を示す。 First, FIG. 9A shows a circuit configuration of a screen driving circuit 204 according to a comparative example.
比較例に係るスクリーン駆動回路204は、カウンタ211と、比較回路212と、電流制御回路213とを備える。スクリーン108の移動位置に対応するパルス数のパルス信号Ptが、画像処理回路201からカウンタ211に入力される。比較回路212は、カウンタ211から入力される信号(スクリーン108の目標位置)と、駆動部109のエンコーダから入力される信号(スクリーン108の現在位置)とを比較し、両信号の差分に応じた信号を電流制御回路213に出力する。電流制御回路213は、比較回路212から入力される信号に基づき、駆動部109の位置をカウンタ211のカウント値に対応する位置に収束させるように、駆動部109のコイル305に印加する駆動信号Sdを調整する。これにより、スクリーン108は、画像処理回路201により指定された位置に追従しながら移動する。 The screen drive circuit 204 according to the comparative example includes a counter 211, a comparison circuit 212, and a current control circuit 213. A pulse signal Pt having the number of pulses corresponding to the moving position of the screen 108 is input from the image processing circuit 201 to the counter 211. The comparison circuit 212 compares the signal input from the counter 211 (target position of the screen 108) with the signal input from the encoder of the drive unit 109 (current position of the screen 108), and according to the difference between the two signals. The signal is output to the current control circuit 213. Based on the signal input from the comparison circuit 212, the current control circuit 213 drives the drive signal Sd to be applied to the coil 305 of the drive unit 109 so that the position of the drive unit 109 converges to a position corresponding to the count value of the counter 211. Adjust. As a result, the screen 108 moves while following the position designated by the image processing circuit 201.
このとき、画像処理回路201は、たとえば、図8(a)に示す波形に応じてスクリーン108を移動させるパルス信号Ptをカウンタ211に出力する。この場合、比較例に係るスクリーン駆動回路204は、時刻t1〜t2の間に移動するスクリーン108を時刻t2において急速に停止させ、その後、時刻t3までスクリーン108を停止状態に維持する制御を行う。 At this time, the image processing circuit 201 outputs, for example, a pulse signal Pt that moves the screen 108 to the counter 211 in accordance with the waveform shown in FIG. In this case, the screen driving circuit 204 according to the comparative example performs control to rapidly stop the screen 108 that moves between times t1 and t2 at time t2, and then maintain the screen 108 in a stopped state until time t3.
しかしながら、この制御の場合、スクリーン108を駆動する駆動部109には、スクリーン108が停止位置Ps2をオーバランした後、スクリーン108を停止位置Ps2に戻し、その後、次第にスクリーン108を停止位置Ps2に収束させる駆動信号Sdが供給される。したがって、この制御では、時刻t2からスクリーン108が停止位置Ps2に停止するまでの間、スクリーン108が停止位置付近で振動する。このような振動は、奥行き方向に広がりのない鉛直画像M2(図8(b)参照)の画質を低下させる。具体的には、画像の輪郭がぼやけてしまい、視認性に欠けた映像となる。また、画質の低下を抑制するために、スクリーン108の振動を短時間で収束させようとすると、図3(a)に示すように板バネ304によってスクリーン108が弾性支持されている場合に、スクリーン108が共振し、スクリーン108が停止位置に収束することなく大きく発振することが起こり得る。こうなると、最早、奥行き方向に広がりのない鉛直画像M2を適正に表示することができなくなる。 However, in this control, after the screen 108 overruns the stop position Ps2, the drive unit 109 that drives the screen 108 returns the screen 108 to the stop position Ps2, and then gradually converges the screen 108 to the stop position Ps2. A drive signal Sd is supplied. Therefore, in this control, the screen 108 vibrates in the vicinity of the stop position from the time t2 until the screen 108 stops at the stop position Ps2. Such vibration reduces the image quality of the vertical image M2 (see FIG. 8B) that does not spread in the depth direction. Specifically, the outline of the image is blurred, resulting in a video lacking visibility. Further, if it is attempted to converge the vibration of the screen 108 in a short time in order to suppress the deterioration of the image quality, the screen 108 is elastically supported by the leaf spring 304 as shown in FIG. 108 may resonate and the screen 108 may oscillate greatly without converging to the stop position. In this case, the vertical image M2 that does not spread in the depth direction can no longer be properly displayed.
このような問題を解消するため、本実施の形態に係るスクリーン駆動回路204は、図9(b)に記載の構成を備えている。 In order to solve such a problem, the screen driving circuit 204 according to the present embodiment has a configuration shown in FIG.
本実施の形態に係るスクリーン駆動回路204は、周期信号発生回路221と、加減速信号発生回路222と、加算器223と、電流制御回路224とを備える。周期信号発生回路221は、スクリーン108を所定周期で単調に往復移動させるための信号を出力する。加減速信号発生回路222は、スクリーン108を一定期間停止させた後、再び移動させる信号を、画像処理回路201からの制御信号Csに応じて出力する。加算器223は、周期信号発生回路221から入力される信号に、加減速信号発生回路222から入力される信号を重畳した信号を、電流制御回路224に供給する。電流制御回路224は、駆動部109のコイル305に印加する駆動信号Sdを、加算器223から入力された信号に応じて、変化させる。 The screen drive circuit 204 according to the present embodiment includes a periodic signal generation circuit 221, an acceleration / deceleration signal generation circuit 222, an adder 223, and a current control circuit 224. The periodic signal generation circuit 221 outputs a signal for moving the screen 108 back and forth monotonously at a predetermined period. The acceleration / deceleration signal generation circuit 222 outputs a signal for moving the screen 108 again after being stopped for a certain period in accordance with the control signal Cs from the image processing circuit 201. The adder 223 supplies the current control circuit 224 with a signal obtained by superimposing the signal input from the acceleration / deceleration signal generation circuit 222 on the signal input from the periodic signal generation circuit 221. The current control circuit 224 changes the drive signal Sd applied to the coil 305 of the drive unit 109 according to the signal input from the adder 223.
図10(a)は、スクリーン108を単調に往復移動させる場合にスクリーン108の駆動部109に供給される駆動信号(周期信号)の波形と、この駆動信号(周期信号)によって駆動されるスクリーン108の移動位置のシミュレーション結果を示す図である。 FIG. 10A shows a waveform of a drive signal (periodic signal) supplied to the drive unit 109 of the screen 108 when the screen 108 is monotonously moved back and forth, and the screen 108 driven by this drive signal (periodic signal). It is a figure which shows the simulation result of this movement position.
図10(a)において、「電流値」は、駆動部109のコイル305に供給される駆動信号を示している。また、図10(a)において、「目標値」は、スクリーン108の移動目標位置を示し、「実測値」は、「電流値」の駆動信号が駆動部109のコイル305に供給された場合のスクリーン108の実際の移動位置を示している。横軸は時間、左側の縦軸はスクリーン108の位置、右側の縦軸は電流値を示している。 In FIG. 10A, “current value” indicates a drive signal supplied to the coil 305 of the drive unit 109. In FIG. 10A, “target value” indicates the movement target position of the screen 108, and “actual value” indicates the case where the drive signal of “current value” is supplied to the coil 305 of the drive unit 109. The actual moving position of the screen 108 is shown. The horizontal axis represents time, the left vertical axis represents the position of the screen 108, and the right vertical axis represents the current value.
復路においてスクリーン108を停止させない場合、駆動部109のコイル305には、図10(a)に示す電流値の駆動信号(周期信号)が印加される。この場合、図9(b)の周期信号発生回路221からは、図10(a)の電流値と同様の波形の信号が出力される。図9(b)の加減速信号発生回路222からは、信号は出力されない。このような駆動信号(電流値)を駆動部109のコイル305に印加することにより、図10(a)に示すように、スクリーン108を略目標値の位置に追従させながら移動させることができる。 When the screen 108 is not stopped on the return path, a drive signal (periodic signal) having a current value shown in FIG. 10A is applied to the coil 305 of the drive unit 109. In this case, a signal having the same waveform as the current value in FIG. 10A is output from the periodic signal generation circuit 221 in FIG. No signal is output from the acceleration / deceleration signal generation circuit 222 of FIG. By applying such a drive signal (current value) to the coil 305 of the drive unit 109, the screen 108 can be moved while following the position of the substantially target value, as shown in FIG.
図10(a)において、正の振幅の波形信号A11によってスクリーン108の往路の移動が起動され、正の振幅の波形信号A12によってスクリーン108が定速移動される。また、負の振幅の波形信号A13によってスクリーン108の移動方向が復路方向に反転され、負の振幅の波形信号A14によってスクリーン108が定速駆動移動される。 In FIG. 10A, the forward movement of the screen 108 is activated by the positive amplitude waveform signal A11, and the screen 108 is moved at a constant speed by the positive amplitude waveform signal A12. Further, the moving direction of the screen 108 is reversed in the backward direction by the waveform signal A13 having a negative amplitude, and the screen 108 is driven at a constant speed by the waveform signal A14 having a negative amplitude.
図10(b)は、スクリーン108を所定期間停止させる場合に、図10(a)の駆動信号(周期信号)に重畳される信号(加減速信号)の波形を示す図である。 FIG. 10B is a diagram illustrating a waveform of a signal (acceleration / deceleration signal) superimposed on the drive signal (periodic signal) in FIG. 10A when the screen 108 is stopped for a predetermined period.
図10(b)には、図9(b)の電流制御回路224から出力される信号が示されている。この場合、図9(b)の加減速信号発生回路222からは、図10(b)と同様の波形の信号が出力される。 FIG. 10B shows a signal output from the current control circuit 224 of FIG. 9B. In this case, the acceleration / deceleration signal generation circuit 222 in FIG. 9B outputs a signal having the same waveform as that in FIG.
図10(b)において、正の振幅の波形信号A21によってスクリーン108の移動に制動力が与えられ、負の振幅の波形信号A22によって、再びスクリーン108の復路の移動が起動される。また、波形信号A22に続く負の振幅の波形信号A23によって復路の移動速度を高める推進力がスクリーン108に付与される。なお、図10(b)の例では、スクリーン108の停止期間が短いため、波形信号A21と波形信号A22が略連続しているが、スクリーン108の停止期間が長い場合は、波形信号A21と波形信号A22との間に、その期間における図10(a)の駆動信号(周期信号)を打ち消す正の振幅の波形信号が設定される。 In FIG. 10B, a braking force is applied to the movement of the screen 108 by the positive amplitude waveform signal A21, and the backward movement of the screen 108 is activated again by the negative amplitude waveform signal A22. Further, a propulsive force that increases the moving speed of the return path is applied to the screen 108 by a waveform signal A23 having a negative amplitude following the waveform signal A22. In the example of FIG. 10B, since the stop period of the screen 108 is short, the waveform signal A21 and the waveform signal A22 are substantially continuous. However, when the stop period of the screen 108 is long, the waveform signal A21 and the waveform Between the signal A22, a waveform signal having a positive amplitude that cancels the drive signal (periodic signal) in FIG. 10A during that period is set.
図10(c)は、図10(a)の駆動信号(周期信号)に図10(b)の信号(加減速信号)を重畳して得た駆動信号(電流値)の波形と、この駆動信号によって駆動されるスクリーン108の移動位置のシミュレーション結果を示す図である。 FIG. 10C shows the waveform of the drive signal (current value) obtained by superimposing the signal (acceleration / deceleration signal) of FIG. 10B on the drive signal (periodic signal) of FIG. It is a figure which shows the simulation result of the movement position of the screen driven by the signal.
この場合、図9(b)の周期信号発生回路221からは、図10(a)の電流値に対応する波形の信号が出力される。また、図9(b)の加減速信号発生回路222からは、図10(b)の電流値に対応する波形の信号が出力される。これら2つの信号が図9(b)の加算器223によって互いに重畳されて電流制御回路224に入力される。これにより、図10(c)の電流値に示す駆動信号が生成される。 In this case, a signal having a waveform corresponding to the current value in FIG. 10A is output from the periodic signal generation circuit 221 in FIG. Also, a signal having a waveform corresponding to the current value in FIG. 10B is output from the acceleration / deceleration signal generation circuit 222 in FIG. 9B. These two signals are superimposed on each other by the adder 223 in FIG. 9B and input to the current control circuit 224. As a result, a drive signal indicated by the current value in FIG.
こうして生成された駆動信号(電流値)を駆動部109のコイル305に印加することにより、図10(c)に示すように、スクリーン108を略目標値の位置に追従させながら移動させることができる。また、停止期間T1において、スクリーン108を目標位置である2.0mmの位置に略停止させることができる。 By applying the drive signal (current value) thus generated to the coil 305 of the drive unit 109, the screen 108 can be moved while following the position of the substantially target value, as shown in FIG. 10C. . In the stop period T1, the screen 108 can be substantially stopped at the target position of 2.0 mm.
また、図10(b)に示す信号では、波形信号A22に続く負の振幅の波形信号A23によって、復路の移動速度を高める推進力がスクリーン108に付与される。このため、図10(c)に示すように、停止期間T1に続く復路において、スクリーン108の移動速度が図10(a)の場合に比べて高められ、駆動信号の終了時刻が、図10(a)の駆動信号の終了時刻に一致している。これにより、駆動信号の周期性が保たれている。図10(b)の波形信号A23の負の振幅は、このように駆動信号の周期性が確保されるように、停止期間T1が長くなるほど大きく設定される。 In the signal shown in FIG. 10B, a propulsive force that increases the moving speed of the return path is applied to the screen 108 by the waveform signal A23 having a negative amplitude following the waveform signal A22. For this reason, as shown in FIG. 10C, in the return path following the stop period T1, the moving speed of the screen 108 is increased as compared with the case of FIG. 10A, and the end time of the drive signal is shown in FIG. It coincides with the end time of the drive signal in a). Thereby, the periodicity of the drive signal is maintained. The negative amplitude of the waveform signal A23 in FIG. 10B is set larger as the stop period T1 becomes longer so that the periodicity of the drive signal is ensured in this way.
本実施の形態に係るスクリーン駆動回路204によれば、上記のようにスクリーン108を所定周期で単調に往復移動させる周期信号に、スクリーン108を停止させるための加減速信号を、スクリーン108の停止タイミングに応じて重畳して、スクリーン108を移動させるための駆動信号が生成されるため、比較例のように停止位置付近でスクリーン108が過度に振動することがなく、スクリーン108を円滑に停止位置に位置付けることができる。このため、図3(a)に示すように板バネ304によってスクリーン108が弾性支持されている構成においても、停止の際にスクリーン108が共振することはなく、スクリーン108が停止位置で大きく発信することもない。よって、スクリーン108の停止期間において、奥行き方向に広がりのない鉛直画像M2を良好に表示させることができる。 According to the screen drive circuit 204 according to the present embodiment, as described above, the acceleration / deceleration signal for stopping the screen 108 is used as the periodic signal for causing the screen 108 to reciprocate monotonously in a predetermined cycle, and the stop timing of the screen 108 is used. Accordingly, a drive signal for moving the screen 108 is generated in accordance with the above, so that the screen 108 does not vibrate excessively near the stop position as in the comparative example, and the screen 108 is smoothly moved to the stop position. Can be positioned. Therefore, even when the screen 108 is elastically supported by the leaf spring 304 as shown in FIG. 3A, the screen 108 does not resonate when stopped, and the screen 108 transmits a large amount at the stop position. There is nothing. Therefore, it is possible to satisfactorily display the vertical image M2 that does not spread in the depth direction during the stop period of the screen 108.
なお、図10(c)には、スクリーン108の停止位置が1つである場合の例を示したが、スクリーン108の停止位置が複数である場合は、図10(b)に示す波形の加減速信号が、それぞれの停止位置に対応するタイミングで、図10(a)に示す駆動信号(周期信号)に重畳される。加減速信号の重畳タイミングは、図9(b)の画像処理回路201からの制御信号Csによって指示される。ただし、設定可能な停止位置の数は、図10(a)の周期信号の立下り期間において図10(b)の波形信号を重畳可能な数に制限される。 FIG. 10C shows an example in which there is one stop position of the screen 108. However, when there are a plurality of stop positions of the screen 108, the waveform shown in FIG. The deceleration signal is superimposed on the drive signal (periodic signal) shown in FIG. 10A at a timing corresponding to each stop position. The superimposition timing of the acceleration / deceleration signal is instructed by the control signal Cs from the image processing circuit 201 in FIG. However, the number of stop positions that can be set is limited to the number that can superimpose the waveform signal of FIG. 10B in the falling period of the periodic signal of FIG.
また、本実施の形態に係るスクリーン駆動回路204では、駆動信号の1周期期間において、スクリーン108の実際の移動位置が駆動信号の生成にフィードバックされないため、外乱等の影響により、スクリーン108の往路の終点位置または復路の終点位置にずれが生じることが想定され得る。このように、スクリーン108の往路の終点位置または復路の終点位置にずれが生じると、スクリーン108が正規のストローク範囲で移動されなくなってしまう。 Further, in the screen driving circuit 204 according to the present embodiment, the actual movement position of the screen 108 is not fed back to the generation of the driving signal in one cycle period of the driving signal. It can be assumed that a deviation occurs in the end point position or the end point position of the return path. As described above, when a shift occurs in the end position of the forward path or the end position of the return path of the screen 108, the screen 108 is not moved within the normal stroke range.
たとえば、図11(a)に示すように、スクリーン108に復路期間において、外乱Dsによりスクリーン108の復路の終点位置が、初期位置Ps0からΔPだけ最遠位置Ps1側に変位したとする。この場合、次の周期におけるスクリーン108の移動は、正規の初期位置Ps0からΔPだけずれた位置Ps0’から開始される。このため、次の周期における往路の終点位置および復路の終点位置は、それぞれ、正規の最遠位置Ps1および初期位置Ps0からΔPだけ離れた位置となり、また、停止位置も正規の停止位置Ps2からΔPだけ離れた位置となる。これらの位置ずれは、その後の駆動信号の周期においても受け継がれる。この問題は、往路期間において外乱によりスクリーン108の往路の終点位置がずれた場合も同様に生じる。 For example, as shown in FIG. 11A, it is assumed that the end point position of the return path of the screen 108 is displaced from the initial position Ps0 to the farthest position Ps1 side by ΔP during the return period of the screen 108 due to the disturbance Ds. In this case, the movement of the screen 108 in the next cycle is started from a position Ps0 ′ that is shifted by ΔP from the normal initial position Ps0. For this reason, the end point position of the forward path and the end position of the return path in the next cycle are positions that are separated by ΔP from the regular farthest position Ps1 and the initial position Ps0, respectively, and the stop position is also ΔP from the regular stop position Ps2. It will be a position far away. These positional shifts are inherited in the subsequent drive signal cycle. This problem also occurs when the end position of the forward path of the screen 108 is shifted due to disturbance during the forward path period.
このような問題を解消するため、本実施の形態では、図9(b)に示すように、駆動部109のエンコーダから出力される位置信号が、周期信号発生回路221に入力され、周期信号発生回路221において、スクリーン108の往路の終点位置と復路の終点位置が監視される。そして、スクリーン108の往路の終点位置または復路の終点位置が、正規の最遠位置Ps1または初期位置Ps0からずれていると、そのずれを是正するように、周期信号発生回路221から出力される往路期間の信号が調整される。すなわち、周期信号発生回路221は、駆動部109から取得した位置信号のピーク値(往路の終点位置)およびボトム値(復路の終点位置)がスクリーン108の往復移動のストローク範囲の境界に整合するか否かに基づいて、周期信号の波形を調整する。 In order to solve such a problem, in this embodiment, as shown in FIG. 9B, the position signal output from the encoder of the drive unit 109 is input to the periodic signal generation circuit 221 to generate the periodic signal. In the circuit 221, the end position of the forward path and the end position of the return path of the screen 108 are monitored. If the end position of the forward path or the end position of the return path of the screen 108 deviates from the normal farthest position Ps1 or the initial position Ps0, the forward path output from the periodic signal generation circuit 221 so as to correct the deviation. The period signal is adjusted. In other words, the periodic signal generation circuit 221 determines whether the peak value (the end position of the forward path) and the bottom value (the end position of the return path) of the position signal acquired from the drive unit 109 match the boundary of the stroke range of the reciprocating movement of the screen 108. Based on whether or not, the waveform of the periodic signal is adjusted.
たとえば、図11(a)のように外乱Dsによって復路の終点位置が正規の初期位置Ps0からΔPだけずれた場合、周期信号発生回路221は、次の周期の往路期間において、このずれの解消に必要な分だけスクリーン108の移動速度を低下させるべく、出力信号を調整する。具体的には、周期信号発生回路221は、図10(a)に示す通常の電流値信号において、波形信号A11の振幅を低下させてスクリーン108の起動を通常よりも緩やかにし、且つ、波形信号A12の振幅を低下させてスクリーン108の移動速度を通常よりも低下させる。これにより、図11(b)に示すように、次の周期におけるスクリーン108の往路の終点位置が、正規の最遠位置Ps1に整合する。その後の復路期間において、周期信号発生回路221は、通常の場合と同様の波形の信号を出力する。これにより、スクリーン108の復路の終点位置が、正規の初期位置Ps0に整合し、また、スクリーン108の停止位置が、正規の停止位置Ps2に整合する。 For example, as shown in FIG. 11A, when the end point position of the return path is shifted by ΔP from the normal initial position Ps0 due to the disturbance Ds, the periodic signal generation circuit 221 eliminates this shift in the forward period of the next period. The output signal is adjusted so as to reduce the moving speed of the screen 108 by a necessary amount. Specifically, the periodic signal generation circuit 221 reduces the amplitude of the waveform signal A11 in the normal current value signal shown in FIG. The amplitude of A12 is reduced to lower the moving speed of the screen 108 than usual. As a result, as shown in FIG. 11B, the end position of the forward path of the screen 108 in the next cycle is aligned with the regular farthest position Ps1. In the subsequent return period, the periodic signal generation circuit 221 outputs a signal having the same waveform as that in the normal case. Thereby, the end point position of the return path of the screen 108 is aligned with the regular initial position Ps0, and the stop position of the screen 108 is aligned with the regular stop position Ps2.
こうして、ずれが解消された後、周期信号発生回路221は、往路期間および復路期間の両方とも、通常の場合と同様の信号を出力する。その後、周期信号発生回路221は、引き続き、駆動部109のエンコーダから出力される位置信号を監視し、スクリーン108の往路の終点位置または復路の終点位置にずれが生じたことを検出するごとに、上記と同様の補正動作を実行する。 After the deviation is thus eliminated, the periodic signal generation circuit 221 outputs a signal similar to that in the normal case in both the forward pass period and the return pass period. Thereafter, the periodic signal generation circuit 221 continues to monitor the position signal output from the encoder of the drive unit 109, and each time it detects that a deviation has occurred in the end position of the forward path or the end position of the return path of the screen 108, A correction operation similar to the above is executed.
なお、往路において外乱等が生じ、これにより往路の終点位置が最遠位置Ps1からずれた場合も、上記と同様、周期信号発生回路221は、次の周期の往路期間において、このずれの解消に必要な分だけスクリーン108の移動速度を低下させるように、出力信号を調整する。これにより、上記と同様、往路の終点位置と復路の終点位置がそれぞれ正規の最遠位置Ps1と初期位置に整合される。 Even when a disturbance or the like occurs in the forward path, and the end position of the forward path deviates from the farthest position Ps1, the periodic signal generation circuit 221 eliminates this shift in the forward period of the next cycle as described above. The output signal is adjusted so as to reduce the moving speed of the screen 108 by a necessary amount. Thereby, as described above, the end point position of the forward path and the end point position of the return path are matched with the regular farthest position Ps1 and the initial position, respectively.
<実施形態の効果>
以上、本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
<Effect of embodiment>
As described above, according to the present embodiment, the following effects are exhibited.
スクリーン108を所定周期で単調に往復移動させる周期信号(図10(a)参照)に、スクリーン108を停止させるための加減速信号(図10(b)参照)を、スクリーン108の停止タイミングに応じて重畳して、スクリーン108を移動させるための駆動信号(図10(c)参照)が生成されるため、スクリーン108が停止位置付近で過度に振動することがない。よって、高速で移動中のスクリーン108を、発振させることなく円滑に停止位置に位置付けることができ、奥行き方向に広がりのない鉛直画像M2を良好に表示させることができる。 The acceleration / deceleration signal (see FIG. 10B) for stopping the screen 108 is set in accordance with the stop timing of the screen 108 in response to a periodic signal (see FIG. 10A) for reciprocating the screen 108 monotonously in a predetermined cycle. Thus, a drive signal (see FIG. 10C) for moving the screen 108 is generated, so that the screen 108 does not vibrate excessively near the stop position. Therefore, the screen 108 moving at high speed can be smoothly positioned at the stop position without oscillating, and the vertical image M2 that does not spread in the depth direction can be displayed favorably.
また、図8(a)の時刻t0〜t1の往路期間を、スクリーン108を単調に移動させて奥行き画像M1を表示させる期間に設定し、時刻t0〜t1の復路期間を、スクリーン108を随時停止させて鉛直画像M2を表示させる期間に設定しているため、奥行き画像M1および鉛直画像M2の表示を簡易な処理により円滑に行うことができる。 Further, the forward period from time t0 to t1 in FIG. 8A is set to a period in which the screen 108 is monotonously moved to display the depth image M1, and the screen 108 is stopped at any time during the return period from time t0 to t1. Therefore, since the vertical image M2 is set to be displayed, the depth image M1 and the vertical image M2 can be displayed smoothly by a simple process.
また、図8(a)に示すように、スクリーン108を停止させない往路期間よりもスクリーン108を停止させる復路期間の方が長く設定されている。このため、復路期間に対し、スクリーン108を停止させる停止期間をより多く設定でき、表示画像中により効果的に鉛直画像M2を配置することができる。 Further, as shown in FIG. 8A, the return pass period in which the screen 108 is stopped is set longer than the forward pass period in which the screen 108 is not stopped. For this reason, more stop periods for stopping the screen 108 can be set with respect to the return path period, and the vertical image M2 can be arranged more effectively in the display image.
図11(b)に示すように、外乱Ds等の影響によりスクリーン108に位置ずれが生じた場合には、スクリーン108の位置ずれに応じて周期信号発生回路221から出力される信号が調整され、位置ずれが解消される。これにより、常に適切な位置に、奥行き画像M1および鉛直画像M2を表示することができる。 As shown in FIG. 11B, when the screen 108 is displaced due to the influence of disturbance Ds or the like, the signal output from the periodic signal generation circuit 221 is adjusted according to the positional displacement of the screen 108, Misalignment is eliminated. Thereby, the depth image M1 and the vertical image M2 can always be displayed at appropriate positions.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、また、本発明の適用例も、上記実施の形態の他に、種々の変更が可能である。 The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and the application example of the present invention can be modified in various ways in addition to the above embodiment. Is possible.
たとえば、上記実施の形態では、スクリーン108を往復移動させるときの往路において奥行き画像M1を表示し、復路においてスクリーン108を一時停止させて鉛直画像M2を表示したが、往路においてスクリーン108を一時停止させて鉛直画像M2を表示し、復路においてスクリーン108を単調に移動させながら奥行き画像M1を表示してもよい。この場合、図10(b)に示す加減速信号は、往路期間のスクリーン108の移動タイミングにおいて駆動信号に重畳される。また、この場合は、往路期間を復路期間よりも長くして、より多くの停止期間を往路期間に設定できるようにするとよい。 For example, in the above-described embodiment, the depth image M1 is displayed in the forward path when the screen 108 is reciprocated, and the vertical image M2 is displayed by pausing the screen 108 in the return path. However, the screen 108 is temporarily stopped in the forward path. The vertical image M2 may be displayed, and the depth image M1 may be displayed while moving the screen 108 monotonously on the return path. In this case, the acceleration / deceleration signal shown in FIG. 10B is superimposed on the drive signal at the movement timing of the screen 108 in the forward path period. In this case, it is preferable that the forward period is longer than the return period so that more stop periods can be set as the forward period.
また、上記実施の形態では、スクリーン108が、マイクロレンズアレイ402およびビーズ集合体403と、開口部501および庇502とを備える構成であったが、スクリーン108は、レーザ光が走査されることにより画像が生成され、生成された画像を虚像として結像させ得る構成であれば、他の構成であってもよい。たとえば、スクリーン108がマイクロレンズアレイ402のみを備えていてもよく、また、複数のマイクロレンズアレイ402を組み合わせた構成であってもよい。 In the above embodiment, the screen 108 is configured to include the microlens array 402 and the bead assembly 403, the opening 501 and the ridge 502. However, the screen 108 is scanned with laser light. Any other configuration may be used as long as an image is generated and the generated image can be formed as a virtual image. For example, the screen 108 may include only the microlens array 402 or may be configured by combining a plurality of microlens arrays 402.
ただし、スクリーン108を上記実施の形態のように構成した場合、光源101からのレーザ光は、ビーズ集合体403によりランダムに拡散された後、マイクロレンズアレイ402に入射する。このため、マイクロレンズアレイ402を透過した後のレーザ光は、光学パスが分離され、互いの位相が揃いにくくなる。よって、干渉によるスペックルノイズの発生をより効果的に抑制することができる。また、ビーズ集合体403によりレーザ光を拡散させる構成であるため、ビーズ集合体403とマイクロレンズアレイ402との位置関係を厳密に調整する必要がない。よって、組立時の作業を簡易なものとすることができる。なお、ビーズ403aの粒径を小さくするほど、スペックルノイズをより効果的に抑制できる。上記のように、ビーズ403aの粒径は不均一であることが望ましい。 However, when the screen 108 is configured as in the above embodiment, the laser light from the light source 101 is randomly diffused by the bead assembly 403 and then enters the microlens array 402. For this reason, the laser light after passing through the microlens array 402 is separated from the optical path, and it is difficult to align the phases of each other. Therefore, the generation of speckle noise due to interference can be more effectively suppressed. In addition, since the laser light is diffused by the bead aggregate 403, it is not necessary to strictly adjust the positional relationship between the bead aggregate 403 and the microlens array 402. Therefore, the work at the time of assembly can be simplified. Note that speckle noise can be more effectively suppressed as the particle size of the beads 403a is reduced. As described above, it is desirable that the beads 403a have a non-uniform particle size.
また、上記実施の形態では、本発明を乗用車1に搭載されるヘッドアップディスプレイに適用した例を示したが、本発明は、車載用に限らず、他の種類の画像表示装置にも適用可能である。 Moreover, in the said embodiment, although the example which applied this invention to the head-up display mounted in the passenger car 1 was shown, this invention is applicable not only to vehicle-mounted but another kind of image display apparatus. It is.
また、画像表示装置20および照射光生成部21の構成は、図1(c)および図2に記載された構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。また、スクリーン108を移動させる駆動部109の構成も、図3(a)、(b)に示す構成に限られるものではなく、適宜、変更可能である。 The configurations of the image display device 20 and the irradiation light generation unit 21 are not limited to the configurations described in FIG. 1C and FIG. 2, and can be changed as appropriate. Further, the configuration of the drive unit 109 that moves the screen 108 is not limited to the configuration illustrated in FIGS. 3A and 3B, and can be changed as appropriate.
なお、上記実施の形態では、画像処理回路201とスクリーン駆動回路204とが別々に示されたが、これらが一つの制御部からなっていてもよい。 In the above-described embodiment, the image processing circuit 201 and the screen driving circuit 204 are shown separately, but these may be composed of one control unit.
本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。 The embodiments of the present invention can be appropriately modified in various ways within the scope of the technical idea shown in the claims.
20 … 画像表示装置
22 … ミラー(光学系)
101 … 光源
106 … 走査部
108 … スクリーン
109 … 駆動部
202 … レーザ駆動回路(光源駆動回路)
203 … ミラー駆動回路(走査部駆動回路)
204 … スクリーン駆動回路
205 … 画像処理回路(制御回路)
302a … 支持部
303 … ホルダ
304 … 板バネ(支持部)
305 … コイル
306、307 … 磁石
20 ... Image display device 22 ... Mirror (optical system)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Light source 106 ... Scanning part 108 ... Screen 109 ... Drive part 202 ... Laser drive circuit (light source drive circuit)
203 ... Mirror drive circuit (scanning unit drive circuit)
204 ... Screen drive circuit 205 ... Image processing circuit (control circuit)
302a ... support part 303 ... holder 304 ... leaf spring (support part)
305 ... Coil 306, 307 ... Magnet
Claims (6)
前記光が走査されることにより画像が形成されるスクリーンと、
前記光源から出射された前記光を前記スクリーンに対し走査させる走査部と、
前記スクリーンを透過した前記光により虚像を生成する光学系と、
少なくとも前記光の進行方向に平行に前記スクリーンを移動させる駆動部と、
前記駆動部を駆動するスクリーン駆動回路と、を備え、
前記スクリーン駆動回路は、前記スクリーンを所定周期で単調に往復移動させる周期信号に、前記スクリーンを停止させるための加減速信号を、前記スクリーンの停止タイミングに応じて重畳して、前記スクリーンを移動させるための駆動信号を生成する、
ことを特徴とする画像表示装置。 A light source that emits light;
A screen on which an image is formed by scanning the light;
A scanning unit that scans the screen with the light emitted from the light source;
An optical system that generates a virtual image by the light transmitted through the screen;
A drive unit that moves the screen parallel to at least the traveling direction of the light;
A screen drive circuit for driving the drive unit,
The screen drive circuit moves the screen by superimposing an acceleration / deceleration signal for stopping the screen on a periodic signal that causes the screen to reciprocate monotonously at a predetermined period according to the stop timing of the screen. Generating a drive signal for,
An image display device characterized by that.
前記スクリーン駆動回路は、第1の方向に前記スクリーンが移動する第1の移動ストロークでは前記スクリーンの移動を停止させず、前記第1の方向と反対の第2の方向に前記スクリーンが移動する第2の移動ストロークにおいて、前記スクリーンの移動を停止させる、
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 1,
The screen driving circuit does not stop the movement of the screen in a first movement stroke in which the screen moves in a first direction, and the screen moves in a second direction opposite to the first direction. Stop the movement of the screen in two movement strokes;
An image display device characterized by that.
前記光源を駆動する光源駆動回路と、
前記走査部を駆動する走査部駆動回路と、
前記スクリーン駆動回路、前記光源駆動回路および前記走査部駆動回路を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、前記第1の移動ストロークにおいて、奥行き方向に広がりのある奥行き画像の虚像を生成し、前記第2の移動ストロークの前記スクリーンの移動を停止させる期間において、奥行き方向に広がりのない鉛直画像の虚像を生成する制御を実行する、
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 2,
A light source driving circuit for driving the light source;
A scanning unit driving circuit for driving the scanning unit;
A control circuit for controlling the screen driving circuit, the light source driving circuit and the scanning unit driving circuit,
The control circuit generates a virtual image of a depth image spreading in the depth direction in the first movement stroke, and does not spread in the depth direction in a period for stopping the movement of the screen in the second movement stroke. Execute control to generate a virtual image of the vertical image,
An image display device characterized by that.
前記周期信号は、前記第1の方向に前記スクリーンを移動させる期間よりも前記第2の方向に前記スクリーンを移動させる期間が長くなっている、
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to claim 2 or 3,
The period signal has a period for moving the screen in the second direction longer than a period for moving the screen in the first direction.
An image display device characterized by that.
前記駆動部は、前記スクリーンの位置を示す位置信号を前記スクリーン駆動回路に出力し、
前記スクリーン駆動回路は、前記駆動部から取得した前記位置信号のピーク値およびボトム値が前記スクリーンの往復移動範囲の境界に整合するか否かに基づいて、前記周期信号の波形を調整する、
ことを特徴とする画像表示装置。 The image display device according to any one of claims 1 to 4,
The drive unit outputs a position signal indicating the position of the screen to the screen drive circuit;
The screen drive circuit adjusts the waveform of the periodic signal based on whether the peak value and the bottom value of the position signal acquired from the drive unit match the boundary of the reciprocating range of the screen.
An image display device characterized by that.
前記駆動部は、
前記スクリーンを保持するホルダと、
前記ホルダを弾性変位可能に支持する支持部と、
前記ホルダに駆動力を付与するコイルおよび磁石と、を備える、
ことを特徴とする画像表示装置。
In the image display device according to any one of claims 1 to 5,
The drive unit is
A holder for holding the screen;
A support portion for supporting the holder in an elastically displaceable manner;
A coil and a magnet for applying a driving force to the holder,
An image display device characterized by that.
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