JP6660522B2

JP6660522B2 - Image display device

Info

Publication number: JP6660522B2
Application number: JP2016049291A
Authority: JP
Inventors: 進浦上; 古屋　博之; 博之古屋; 孝久白水; 黒塚　章; 章黒塚; 山本　雄大; 雄大山本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2020-03-11
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: JP2017167183A

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 suitably mounted 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。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 mounted on a moving body such as a passenger car. In a head-up display mounted on a passenger car, light modulated by image information is projected toward a windshield (a windshield), and the reflected light is emitted to the driver's eyes. This allows the driver to see a virtual image of the image in front of the windshield. For example, the vehicle speed, the outside temperature, and the like are displayed as virtual images. Recently, it has been considered to display a navigation image or an image that alerts a pedestrian as a virtual image.

上記ヘッドアップディスプレイでは、虚像を生成するための光源として、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、レーザ光がスクリーンを走査する。スクリーンでは、レーザ光が拡散され、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 may be used as a light source for generating a virtual image. In this configuration, the laser light scans the screen while the laser light is modulated according to the video signal. On the screen, the laser light is diffused, and the area of light irradiated to the driver's eyes is widened. Thus, even if the driver slightly moves his / her head, his / her eyes do not deviate from the irradiation area, and the driver can view an image (virtual image) satisfactorily and stably.

以下の特許文献１には、スクリーンを光軸方向に移動させて、虚像の結像位置を前後方向に変化させる構成が記載されている。この構成では、モータ、送りネジおよびラックを用いて、スクリーンが駆動される。 Patent Literature 1 below describes a configuration in which a screen is moved in an optical axis direction to change a virtual image forming position in a front-rear direction. In this configuration, the screen is driven using the motor, the feed screw, and the rack.

特開２００９−１５０９４７号公報JP 2009-150947 A

スクリーンの位置を光軸方向に高速で変化させながら、スクリーンに一連の画像を描画することにより、運転者に、奥行き方向に広がる画像を視認させることができる。また、スクリーンを所定の位置で停止させて画像を描画すれば、奥行き方向の所定の位置に立像を認識させることができる。これにより、たとえば、車両の進行方向を示す矢印等の奥行き方向に広がった画像（以下、「奥行き画像」という）を交差点に重ねて表示し、交差点より手前にある傷害物に危険を示す画像を重ねて表示することが可能となる。この場合、奥行き画像と固定距離の立像を１つの画像として運転者に視認させるためには、スクリーンを高速で移動させ、停止させる必要がある。 By drawing a series of images on the screen while changing the position of the screen in the optical axis direction at a high speed, the driver can visually recognize the image spreading in the depth direction. In addition, if the screen is stopped at a predetermined position and an image is drawn, a standing image can be recognized at a predetermined position in the depth direction. Thereby, for example, an image extending in the depth direction such as an arrow indicating the traveling direction of the vehicle (hereinafter, referred to as a “depth image”) is superimposed and displayed on the intersection, and an image indicating danger to an obstacle located in front of the intersection is displayed. It is possible to superimpose and display. In this case, in order for the driver to visually recognize the depth image and the standing image at a fixed distance as one image, it is necessary to move and stop the screen at high speed.

このとき、スクリーンを移動させるスクリーン駆動機構をオープン制御する場合、スクリーン駆動機構を駆動するスクリーン駆動回路の動作とスクリーンの位置を観測しながら、スクリーンの実際の動きが移動プロファイルにおける目標値に近づくように、製造段階において駆動パルスの数とスクリーンを移動させる方向を手動で調整していた。 At this time, when the screen drive mechanism for moving the screen is controlled to be open, the actual movement of the screen approaches the target value in the movement profile while observing the operation of the screen drive circuit for driving the screen drive mechanism and the position of the screen. In the manufacturing stage, the number of drive pulses and the direction in which the screen is moved were manually adjusted.

しかしながら、この場合、スクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に対して正確に近づけることが難しいという問題があった。 However, in this case, there is a problem that it is difficult to accurately bring the actual movement of the screen closer to the target value in the movement profile.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけ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。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is possible to accurately bring an actual movement of a screen moving in an optical axis direction of light emitted from a light source closer to a target value in a movement profile. It is an object to provide an image display device.

本発明の画像表示装置は、光源と、前記光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、前記スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、前記スクリーンを前記光源から照射された光の光軸方向に往復移動させるスクリーン駆動機構部と、前記スクリーンの移動に伴い奥行き画像を表示すると共に、前記スクリーンの位置を固定して鉛直画像を表示する画像処理回路と、前記スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、前記スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部と、前記記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、前記スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部と、を備えた画像表示装置において、前記スクリーン駆動波形情報は、前記スクリーン駆動機構部の運動特性に基づいて生成されている、ことを特徴とする。 The image display device of the present invention includes a light source, a screen on which an image is formed by irradiation with light from the light source, an optical system that generates a virtual image by light from the screen, and the screen from the light source. a screen driving mechanism section in the optical axis direction Ru is reciprocated in the irradiated light, and displays the depth image according to the movement of the screen, and an image processing circuit for displaying the vertical image to fix the position of the screen, A storage unit in which screen drive waveform information generated so that the screen follows the target movement profile when moving the screen is stored, and based on screen drive waveform information stored in the storage unit. And a screen drive circuit section for driving the screen drive mechanism section. Dynamic waveform information, the are generated based on motion characteristics of the screen drive mechanism, characterized in that.

本発明によれば、スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部を備え、その記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構部を駆動するので、スクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能となる。また、スクリーン駆動機構部の個体差を考慮して予め設定したスクリーン駆動波形情報に基づいてスクリーン駆動機構部を駆動するので、スクリーンを移動プロファイルにおける目標値に短時間で近づけることができる。その結果、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く、しかも短時間で近づけることができる。 According to the present invention, there is provided a storage unit in which a screen driving waveform information generated so that a screen follows a target movement profile when the screen is moved is stored, and the screen stored in the storage unit is provided. Since the screen drive mechanism is driven based on the drive waveform information, the actual movement of the screen can be brought close to the target value in the movement profile with high accuracy. Further, since the screen driving mechanism is driven based on the screen driving waveform information set in advance in consideration of the individual difference of the screen driving mechanism, the screen can be brought close to the target value in the movement profile in a short time. As a result, the actual movement of the screen moving in the direction of the optical axis of the light emitted from the light source can be made close to the target value in the movement profile accurately and in a short time.

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 the embodiments. However, the embodiment described below is merely an example when embodying the present invention, and the present invention is not limited to what is described in the following embodiment.

図１（ａ）、（ｂ）は、実施形態に係る画像表示装置の使用形態を模式的に示す図、図１（ｃ）は、実施形態に係る画像表示装置の構成を模式的に示す図である。1A and 1B are diagrams schematically illustrating a usage pattern of the image display device according to the embodiment, and FIG. 1C is a diagram schematically illustrating the configuration of the image display device according to the embodiment. It is. 図２は、実施形態に係る画像表示装置の照射光生成部および照射光生成部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 an irradiation light generation unit and a circuit used for the irradiation light generation unit of the image display device according to the embodiment. 図３は、実施形態に係るスクリーン駆動機構部の構成を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a screen driving mechanism unit according to the embodiment. 図４は、可動スクリーンおよび固定スクリーン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. 4 is a diagram schematically illustrating a method of scanning a movable screen and a fixed screen with laser light. 図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施形態に係る可動スクリーンの移動範囲を模式的に示す図、および、可動スクリーンの駆動例を示すグラフである。FIGS. 5A and 5B are a diagram schematically illustrating a moving range of the movable screen according to the embodiment and a graph illustrating a driving example of the movable screen, respectively. 図６は、実施形態に係る画像の表示例を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a display example of an image according to the embodiment. 図７は、本実施の形態における電流波形データを生成するアルゴリズムを説明するためのフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart for describing an algorithm for generating current waveform data according to the present embodiment. 図８は、可動スクリーンの移動プロファイルを示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the movement profile of the movable screen. 図９は、可動スクリーンの目標位置と、実際の位置と、駆動電流との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between a target position of the movable screen, an actual position, and a drive current. 図１０は、可動スクリーンの目標位置と、実際の位置と、駆動電圧との関係を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship among a target position, an actual position, and a drive voltage of the movable screen.

請求項１記載の発明は、光源と、光源からの光が照射されることにより画像が形成されるスクリーンと、スクリーンからの光により虚像を生成する光学系と、スクリーンを、光源から照射された光の光軸方向に移動させるスクリーン駆動機構部と、スクリーンを移動させる際の目標となる移動プロファイルに、スクリーンが追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶された記憶部とを備える。さらに、記憶部に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部を備え、スクリーン駆動波形情報は、スクリーン駆動機構部の運動特性に基づいて生成されていることを特徴とする。これにより、個々のスクリーン駆動機構部の駆動特性を考慮したスクリーン駆動波形情報を設定することができ、スクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能となる。また、スクリーン駆動機構部の個体差を考慮して予め設定したスクリーン駆動波形情報に基づいてスクリーン駆動機構部を駆動するので、スクリーンを移動プロファイルにおける目標値に短時間で近づけることができる。その結果、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く、しかも短時間で近づけることができる。 According to the first aspect of the present invention, a light source, a screen on which an image is formed by irradiating light from the light source, an optical system that generates a virtual image by the light from the screen, and the screen are radiated from the light source. A screen drive mechanism for moving the screen in the optical axis direction of the light, and a storage unit for storing screen drive waveform information generated so that the screen follows a target movement profile when the screen is moved. . Furthermore, a screen drive circuit unit that drives the screen drive mechanism based on the screen drive waveform information stored in the storage unit is provided, and the screen drive waveform information is generated based on the motion characteristics of the screen drive mechanism. It is characterized by the following. As a result, screen drive waveform information can be set in consideration of the drive characteristics of each screen drive mechanism, and the actual movement of the screen can be brought closer to the target value in the movement profile with high accuracy. Further, since the screen driving mechanism is driven based on the screen driving waveform information set in advance in consideration of the individual difference of the screen driving mechanism, the screen can be brought close to the target value in the movement profile in a short time. As a result, the actual movement of the screen moving in the direction of the optical axis of the light emitted from the light source can be made close to the target value in the movement profile accurately and in a short time.

請求項２記載の発明は、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電流波形情報であることを特徴とする。これにより、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部の制御を容易にすることができる。 The invention according to claim 2 is characterized in that the screen drive waveform information is screen drive current waveform information for driving a screen. Thereby, it is possible to easily control the screen drive circuit section that drives the screen drive mechanism section.

請求項３記載の発明は、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電圧波形情報であることを特徴とする。これにより、スクリーン駆動機構部を駆動するスクリーン駆動回路部の制御を容易にすることができる。 The invention according to claim 3 is characterized in that the screen drive waveform information is screen drive voltage waveform information for driving a screen. Thereby, it is possible to easily control the screen drive circuit section that drives the screen drive mechanism section.

請求項４記載の発明は、スクリーン駆動機構部が、スクリーンを移動可能に保持するホルダ部と、ホルダ部に支持された磁気コイル部と、ホルダ部を移動可能に保持するサスペンション部と、を備えたことを特徴とする。これにより、スクリーン駆動機構部の構成を最小構成として、スクリーン駆動回路部の制御を容易にすることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the screen drive mechanism includes a holder for movably holding the screen, a magnetic coil supported by the holder, and a suspension for movably holding the holder. It is characterized by having. Thus, the configuration of the screen drive mechanism can be minimized, and the control of the screen drive circuit can be facilitated.

（実施の形態１）
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。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。 (Embodiment 1)
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 appropriately added to the drawings. In the present embodiment, the present invention is applied to an in-vehicle head-up display.

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 a usage mode of the image display device 20. FIG. FIG. 1A is a schematic view of the interior of the passenger car 1 seen through from the side of the passenger car 1, and FIG. 1B is a view of the interior of the passenger car 1 as viewed from the front in the traveling direction.

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。 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 a laser beam modulated by a video signal onto a projection area 13 below a windshield 12 near a driver's seat. The laser light is reflected by the projection area 13 and is applied to a horizontally long area (eye box area) around the position of the eyes of the driver 2. As a result, a predetermined image 30 is displayed as a virtual image in the field of view ahead of the driver 2. The driver 2 can superimpose the virtual image 30 on the scene in front of the windshield 12. That is, the image display device 20 forms an image 30 which is a virtual image in a space in front of the projection area 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 generator 21 emits a laser light modulated by a video signal. The mirror 22 has a curved reflecting surface, and reflects the laser light emitted from the irradiation light generator 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 of the irradiation light generation unit 21 and the mirror 22 are designed so that the 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、可動スクリーン３０１と、固定スクリーン３０２と、スクリーン駆動機構３００とを備える。 The irradiation light generation unit 21 includes a light source 101, collimator lenses 102a to 102c, a mirror 103, dichroic mirrors 104 and 105, a scanning unit 106, a correction lens 107, a movable screen 301, a fixed screen 302, and a screen. And a drive mechanism 300.

光源１０１は、３つのレーザ光源１０１ａ、レーザ光源１０１ｂ、レーザ光源１０１ｃを備える。レーザ光源１０１ａ〜１０１ｃは、それぞれ、青色波長帯、緑色波長帯および赤色波長帯のレーザ光を出射する。本実施形態では、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, 101b, and 101c. The laser light sources 101a to 101c emit laser light in a blue wavelength band, a green wavelength band, and a red wavelength band, respectively. In the present embodiment, the light source 101 includes three laser light sources 101a to 101c in order to display a color image as the image 30. 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, for example, semiconductor lasers.

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、コリメータレンズ１０２ｂ、コリメータレンズ１０２ｃによって略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、円形を含む所定の縦横比の楕円形状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、レーザ光を円形を含む所定の縦横比の楕円形状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 substantially parallel light by the collimator lens 102a, the collimator lens 102b, and the collimator lens 102c, respectively. At this time, the laser beams emitted from the laser light sources 101a to 101c are each shaped into an elliptical beam shape having a predetermined aspect ratio including a circle by an aperture (not shown). Instead of the collimator lenses 102a to 102c, a shaping lens for shaping the laser beam into an elliptical beam shape having a predetermined aspect ratio including a circle and making the laser beam parallel may be used. In this case, the aperture may 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、ダイクロイックミラー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を透過した青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で反射された青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を透過した赤色レーザ光を反射し、ダイクロイックミラー１０４を経由した青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。 After that, the laser light of each color emitted from the laser light sources 101a to 101c has its optical axis aligned by the mirror 103, the two dichroic mirrors 104, and the dichroic mirror 105. The mirror 103 substantially totally reflects the blue laser light transmitted through the collimator lens 102a. The dichroic mirror 104 reflects the green laser light transmitted through the collimator lens 102b and transmits the blue laser light reflected by the mirror 103. The dichroic mirror 105 reflects the red laser light transmitted through the collimator lens 102c, and transmits the blue laser light and the green laser light transmitted through the dichroic mirror 104. The mirror 103 and the two dichroic mirrors 104 to 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（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）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を回転させることにより、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可動スクリーン３０１が走査される。 The scanning unit 106 reflects the laser light of each color via the dichroic mirror 105. The scanning unit 106 is composed of, for example, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) mirror, and moves a mirror 106a, on which laser light of each color passes through the dichroic mirror 105, to an axis parallel to the Y axis in accordance with a drive signal. And a configuration for rotating about an axis parallel to the X axis. By rotating the mirror 106a in this manner, the reflection direction of the laser beam changes in the in-plane direction of the XZ plane and the in-plane direction of the YZ plane. Thereby, the movable screen 301 is scanned by the laser light of each color, as described later.

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 MEMS mirror of a two-axis drive system, but the scanning unit 106 may have another configuration. For example, the scanning unit 106 may be configured by combining a mirror that is driven to rotate around an axis parallel to the Y axis and a mirror that is driven to rotate 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。可動スクリーン３０１および固定スクリーン３０２は、それぞれ、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。 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 movable screen 301 and the fixed screen 302 each form an image by being scanned by the laser light, and diffuse the incident laser light to an area (eye box area) around the position of the eye 2a of the driver 2. Have.

スクリーン駆動機構３００は、可動スクリーン３０１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。固定スクリーン３０２は、スクリーン駆動機構３００によって移動されない。固定スクリーン３０２は、スクリーン駆動機構３００上の所定の位置に固定される。 The screen driving mechanism 300 reciprocates the movable screen 301 in a direction (Z-axis direction) parallel to the traveling direction of the laser light. The fixed screen 302 is not moved by the screen driving mechanism 300. The fixed screen 302 is fixed at a predetermined position on the screen driving mechanism 300.

画像処理回路２０１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）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、可動スクリーン３０１を駆動する。 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 according to a control signal from the image processing circuit 201. The mirror driving circuit 203 drives the mirror 106a of the scanning unit 106 according to a control signal from the image processing circuit 201. The screen driving circuit 204 drives the movable screen 301 according to a control signal from the image processing circuit 201.

メモリ２０５は、可動スクリーン３０１を移動させる際の目標となる移動プロファイルを実現するために駆動電流プロファイルを記憶する。記憶された駆動電流プロファイルは、個々のスクリーン駆動機構３００の駆動特性が考慮されたものであり、画像表示装置２０の製造段階で取得された情報に基づき生成されている。また、メモリ２０５に記憶する駆動電流プロファイルは、歩行者Ｈ１および道路Ｒ１の位置に応じて、奥行き画像Ｍ１および鉛直画像Ｍ２の位置を選択できるように複数準備される。そして、これら複数の駆動電流プロファイルから、歩行者Ｈ１および道路Ｒ１の位置に応じて、１つの駆動電流プロファイルが選択される。スクリーン駆動回路２０４は、この選択された駆動電流プロファイルに基づき、スクリーン駆動機構３００を駆動する。 The memory 205 stores a drive current profile in order to realize a target movement profile when moving the movable screen 301. The stored drive current profile takes into account the drive characteristics of each screen drive mechanism 300 and is generated based on information obtained at the stage of manufacturing the image display device 20. A plurality of drive current profiles stored in the memory 205 are prepared so that the positions of the depth image M1 and the vertical image M2 can be selected according to the position of the pedestrian H1 and the road R1. Then, one drive current profile is selected from the plurality of drive current profiles according to the position of the pedestrian H1 and the road R1. The screen drive circuit 204 drives the screen drive mechanism 300 based on the selected drive current profile.

図３は、スクリーン駆動機構３００の構成を示す斜視図である。なお、以下では、ＸＹＺ軸により方向を規定する他、便宜上、平面視において、スクリーン駆動機構３００の中心に近い方を内側とし、スクリーン駆動機構３００の中心から離れた方を外側として構成の説明を行う。 FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the screen driving mechanism 300. Note that, in the following, in addition to defining the direction by the XYZ axes, for convenience, the description of the configuration is such that, in plan view, the side closer to the center of the screen driving mechanism 300 is the inside, and the side far from the center of the screen driving mechanism 300 is the outside. Do.

スクリーン駆動機構３００は、ホルダ３０３と、カバー３０４と、２つのサスペンション３０５と、支持部材３０６と、ベース３０７と、ワッシャー３０８と、ネジ３０９と、磁気回路３１０とを備えている。可動スクリーン３０１は、ホルダ３０３に保持され、固定スクリーン３０２は、カバー３０４に保持されている。カバー３０４には、開口３０４ａが形成され、この開口３０４ａから可動スクリーン３０１が露出している。固定スクリーン３０２は、開口３０４ａのＹ軸正側の部分に設置されている。 The screen drive mechanism 300 includes a holder 303, a cover 304, two suspensions 305, a support member 306, a base 307, a washer 308, a screw 309, and a magnetic circuit 310. The movable screen 301 is held by a holder 303, and the fixed screen 302 is held by a cover 304. An opening 304a is formed in the cover 304, and the movable screen 301 is exposed from the opening 304a. The fixed screen 302 is installed at a portion on the Y axis positive side of the opening 304a.

ホルダ３０３は、サスペンション３０５によって、Ｚ軸方向に移動可能に支持されている。支持部材３０６がベース３０７に設置され、この支持部材３０６に、サスペンション３０５がワッシャー３０８とネジ３０９により固定されている。さらに、ベース３０７には磁気回路３１０が設置されている。ホルダ３０３に保持された磁気コイル（図示せず）に磁気回路３１０から磁界が印加される。コイルに電流を流すことにより、ホルダ３０３がＺ軸方向に駆動される。 The holder 303 is supported by a suspension 305 so as to be movable in the Z-axis direction. A support member 306 is installed on a base 307, and a suspension 305 is fixed to the support member 306 by a washer 308 and a screw 309. Further, a magnetic circuit 310 is provided on the base 307. A magnetic field is applied from a magnetic circuit 310 to a magnetic coil (not shown) held by the holder 303. By passing current through the coil, the holder 303 is driven in the Z-axis direction.

また、スクリーン駆動機構３００は、ごく一般的なムービングコイル型の磁気駆動構造を採用している。図示されない磁気コイルおよびマグネットにより、磁気回路３１０が構成される。そして、ホルダ３０３と、このホルダ３０３に固定された磁気コイルと、同じくホルダ３０３に固定された可動スクリーン３０１等により可動部が構成され、この可動部はサスペンション３０５によって、Ｚ軸方向に移動可能に支持されている。これにより、スクリーン駆動機構部の構成を最小構成として、スクリーン駆動回路２０４の制御を容易にすることができる。 The screen driving mechanism 300 employs a very common moving coil type magnetic driving structure. A magnetic circuit 310 is configured by a magnetic coil and a magnet (not shown). A movable part is constituted by a holder 303, a magnetic coil fixed to the holder 303, a movable screen 301 and the like also fixed to the holder 303, and the movable part is movable in the Z-axis direction by a suspension 305. Supported. Thus, the configuration of the screen driving mechanism can be minimized, and the control of the screen driving circuit 204 can be facilitated.

図４は、可動スクリーン３０１および固定スクリーン３０２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. 4 is a diagram schematically illustrating a method of scanning the movable screen 301 and the fixed screen 302 with laser light.

可動スクリーン３０１は、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。可動スクリーン３０１に対して、予め、ビームＢ１が通る走査ラインＬ１１〜Ｌ１ｎが、Ｙ軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインＬ１１〜Ｌ１ｎ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Ｌ１１〜Ｌ１ｎを囲む領域は長方形である。 The movable screen 301 is scanned in the positive X-axis direction by a beam B1 on which laser beams of respective colors are superimposed. For the movable screen 301, scanning lines L11 to L1n through which the beam B1 passes are set at predetermined intervals in the Y-axis direction. The start position and the end position of the scanning lines L11 to L1n coincide in the X-axis direction. Therefore, the area surrounding the scan lines L11 to L1n is rectangular.

こうして、可動スクリーン３０１が走査された後、可動スクリーン３０１のＹ軸負側に配置された固定スクリーン３０２がビームＢ１によってＸ軸正方向に走査される。固定スクリーン３０２にも、予め、ビームＢ１が通る走査ラインＬ２１〜Ｌ２ｍが、Ｙ軸方向に一定間隔で設定されている。走査ラインＬ２１〜Ｌ２ｍ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Ｌ２１〜Ｌ２ｍを囲む領域は長方形である。 After the movable screen 301 is scanned in this way, the fixed screen 302 disposed on the Y axis negative side of the movable screen 301 is scanned in the positive X-axis direction by the beam B1. Also on the fixed screen 302, scanning lines L21 to L2m through which the beam B1 passes are set in advance at fixed intervals in the Y-axis direction. The start position and the end position of the scanning lines L21 to L2m coincide in the X-axis direction. Therefore, the area surrounding the scan lines L21 to L2m is rectangular.

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Ｌ１１〜Ｌ１ｎと走査ラインＬ２１〜Ｌ２ｍが高周波で走査されることにより、画像が構成される。こうして構成された画像が、可動スクリーン３０１および固定スクリーン３０２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。 An image is formed by scanning the scanning lines L11 to L1n and the scanning lines L21 to L2m at a high frequency with the beam B1 in which the laser light of each color is modulated by the video signal. The image formed in this way is moved to the area (eye box) around the position of the eye 2a of the driver 2 via the movable screen 301 and the fixed screen 302, the mirror 22, and the windshield 12 (see FIG. 1C). Projected. Thereby, the driver 2 visually recognizes the image 30 as a virtual image in the space in front of the windshield 12.

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、可動スクリーン３０１の移動範囲Ｄ１を模式的に示す図、および、可動スクリーン３０１の駆動例を示すグラフである。 FIGS. 5A and 5B are a diagram schematically illustrating a moving range D1 of the movable screen 301 and a graph illustrating a driving example of the movable screen 301, respectively.

図５（ａ）に示すように、本実施形態では、固定スクリーン３０２が可動スクリーン３０１に対してＺ軸正側およびＹ軸正側に変位した位置に固定されている。すなわち、固定スクリーン３０２は、可動スクリーン３０１よりも、光源１０１から光学的に離れた位置に配置され、可動スクリーン３０１の短辺に平行な方向に、可動スクリーン３０１から離れた位置に配置されている。 As shown in FIG. 5A, in the present embodiment, the fixed screen 302 is fixed to a position displaced to the positive Z-axis side and the positive Y-axis side with respect to the movable screen 301. That is, the fixed screen 302 is arranged at a position optically farther from the light source 101 than the movable screen 301, and is arranged at a position farther from the movable screen 301 in a direction parallel to the short side of the movable screen 301. .

ここで、虚像として生成される画像３０は、可動スクリーン３０１がＺ軸負側（光源１０１側）にあるほど運転者の視点（目２ａの位置）から遠い位置に生成される。固定スクリーン３０２は可動スクリーン３０１よりもＺ軸正側にあるため、固定スクリーン３０２による画像は、可動スクリーン３０１による画像よりも、運転者の視点に近い位置に生成される。また、固定スクリーン３０２は、移動されないため、固定スクリーン３０２による画像は、常に、運転者の視点から一定の距離の位置に生成される。 Here, the image 30 generated as a virtual image is generated at a position farther from the driver's viewpoint (the position of the eye 2a) as the movable screen 301 is on the negative side of the Z axis (the light source 101 side). Since the fixed screen 302 is located on the positive side of the Z-axis with respect to the movable screen 301, the image of the fixed screen 302 is generated at a position closer to the driver's viewpoint than the image of the movable screen 301. Further, since the fixed screen 302 is not moved, an image by the fixed screen 302 is always generated at a position at a certain distance from the driver's viewpoint.

図６は、可動スクリーン３０１と固定スクリーン３０２によって生成された画像の表示例を模式的に示す図である。 FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a display example of an image generated by the movable screen 301 and the fixed screen 302.

図６の表示例において、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。 In the display example of FIG. 6, the depth image M1 is an arrow for indicating to the driver 2 the direction in which the passenger car 1 should turn the road R1 by the navigation function, and the vertical image M2 indicates that the pedestrian H1 is present. This is a marking for alerting the person 2. For example, the depth image M1 and the vertical image M2 are displayed in different colors.

可動スクリーン３０１と固定スクリーン３０２によって生成された画像が表示される領域Ｓ０は、上側の領域Ｓ１と下側の領域Ｓ２に区分される。上側の領域Ｓ１には、可動スクリーン３０１によって生成された画像が表示され、下側の領域Ｓ２には、固定スクリーン３０２によって生成された画像が表示される。 An area S0 in which an image generated by the movable screen 301 and the fixed screen 302 is displayed is divided into an upper area S1 and a lower area S2. An image generated by the movable screen 301 is displayed in the upper area S1, and an image generated by the fixed screen 302 is displayed in the lower area S2.

図６に示すように、領域Ｓ１には、奥行き画像Ｍ１や鉛直画像Ｍ２等、運転に応じて動的に変化する画像が表示される。領域Ｓ２には、車速や外気温等の静的な画像が表示される。上記のように、領域Ｓ２には、固定スクリーン３０２によって生成された画像が表示され、この画像は、運転者の視点（目の位置）からの距離が短い位置（たとえば、２ｍ程度の位置）に表示される。この距離は、通常の運転において運転者が眺める距離（たとえば、数１０ｍ〜１００ｍ程度）よりもかなり短い。よって、領域Ｓ２に表示された静的な画像は、通常の運転動作に支障を及ぼしにくい。また、この画像は、領域Ｓ０に下部に配置されており、運転者の視界に掛かりにくい。よって、領域Ｓ２に表示された静的な画像は、より一層、通常の運転動作に支障を及ぼしにくい。 As shown in FIG. 6, in the area S1, an image that dynamically changes according to driving, such as a depth image M1 and a vertical image M2, is displayed. In the area S2, a static image such as a vehicle speed and an outside air temperature is displayed. As described above, the image generated by the fixed screen 302 is displayed in the area S2, and this image is displayed at a position (for example, a position of about 2 m) where the distance from the driver's viewpoint (eye position) is short. Is displayed. This distance is considerably shorter than the distance seen by the driver in normal driving (for example, about several tens to 100 m). Therefore, the static image displayed in the area S2 is unlikely to hinder normal driving operation. In addition, this image is arranged in the lower part in the area S0, and is less likely to be seen by the driver. Therefore, the static image displayed in the area S2 is less likely to hinder normal driving operation.

図５（ｂ）は、図６に示すような動的な画像を領域Ｓ１に表示する際の可動スクリーン３０１の駆動例を示している。 FIG. 5B shows an example of driving the movable screen 301 when a dynamic image as shown in FIG. 6 is displayed in the area S1.

可動スクリーン３０１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、可動スクリーン３０１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、可動スクリーン３０１は、最遠位置Ｐｓ１から初期位置Ｐｓ０へと戻される。可動スクリーン３０１の移動周期、すなわち、時刻ｔ０〜ｔ４の時間は、たとえば、１／６０秒（６０Ｈｚ）である。可動スクリーン３０１は予めメモリ２０５に記録された駆動電流プロファイルに応じた電流を上述のコイル３１５に印加することにより、図５（ｂ）に示すように移動される。 The movement of the movable screen 301 is repeated with time t0 to t4 as one cycle. The movable screen 301 is moved from the initial position Ps0 to the furthest position Ps1 between times t0 and t1, and the movable screen 301 is returned from the furthest position Ps1 to the initial position Ps0 between times t1 and t4. It is. The moving cycle of the movable screen 301, that is, the time from time t0 to t4 is, for example, 1/60 second (60 Hz). The movable screen 301 is moved as shown in FIG. 5B by applying a current according to a drive current profile recorded in the memory 205 in advance to the coil 315 described above.

時刻ｔ０〜ｔ１は、図６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６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。 Time t0 to t1 is a period for displaying the depth image M1 spreading in the depth direction in FIG. 6, and time t1 to t4 is a period for displaying the vertical image M2 spreading in the vertical direction in FIG. is there.

時刻ｔ０〜ｔ１において、可動スクリーン３０１は、初期位置Ｐｓ０から最遠位置Ｐｓ１まで略線形に移動される。可動スクリーン３０１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前方に移動する。したがって、奥行き画像Ｍ１の奥行き方向の各位置に可動スクリーン３０１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、図６に示すような奥行き画像Ｍ１を領域Ｓ１に虚像として表示させることができる。 At times t0 to t1, the movable screen 301 is moved substantially linearly from the initial position Ps0 to the farthest position Ps1. When the movable screen 301 moves, the position where the virtual image in front of the windshield 12 is formed moves forward. Therefore, when the movable screen 301 exists at each position in the depth direction of the depth image M1, the laser light sources 101a to 101c emit light at the timing corresponding to the depth image M1 on the scanning line corresponding to the depth image M1. Thereby, the depth image M1 as shown in FIG. 6 can be displayed as a virtual image in the area S1.

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、可動スクリーン３０１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５（ｂ）の停止位置Ｐｓ２は、鉛直画像Ｍ２の奥行き位置に対応する可動スクリーン３０１の位置である。可動スクリーン３０１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〜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６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 extends only in the vertical direction, it is necessary to fix the movable screen 301 at a position corresponding to the vertical image M2 and generate a virtual image. The stop position Ps2 in FIG. 5B is a position of the movable screen 301 corresponding to the depth position of the vertical image M2. The movable screen 301 is stopped at the stop position Ps2 from time t2 to t3 while returning to the initial position Ps0 from the farthest position Ps1. During this time, the laser light sources 101a to 101c emit light at the timing corresponding to the vertical image M2 on the scan line corresponding to the vertical image M2, so that the laser light sources 101a to 101c emit light in front of the projection area 13 of the windshield 12, as shown in FIG. The vertical image M2 can be displayed as a virtual image.

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〜ｔ４の間に、奥行き画像Ｍ１と鉛直画像Ｍ２が領域Ｓ１に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、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. With this control, the depth image M1 and the vertical image M2 are displayed as virtual images in the area S1 between times t0 and t4. In the above-described control, a difference occurs between the display timing of the depth image M1 and the display timing of the vertical image M2. However, since this difference is extremely short, the driver 2 obtains an image obtained by superimposing the depth image M1 and the vertical image M2. Recognize. In this manner, the driver 2 can view the image (the depth image M1 and the vertical image M2) based on the video signal over the scenery including the road R1 and the pedestrian H1.

なお、図６の例では、鉛直画像Ｍ２が１つであったため、図５（ｂ）の工程において、可動スクリーン３０１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５（ｂ）の工程において、停止位置が複数設定される。ただし、図５（ｂ）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、停止位置前後の可動スクリーン３０１の移動速度（図５（ｂ）の波形の傾き）が変更されることになる。 In the example of FIG. 6, since there is one vertical image M2, the stop position Ps2 of the movable screen 301 is set to one in the step of FIG. 5B, but if there are a plurality of vertical images M2, Accordingly, in the step of FIG. 5B, a plurality of stop positions are set. However, in the process of FIG. 5B, the time from time t0 to time t4 is constant, and the time t4 is unchanged, so that the moving speed of the movable screen 301 before and after the stop position depends on the number of stop positions. (The slope of the waveform in FIG. 5B) will be changed.

図６に示すような奥行き画像Ｍ１と鉛直画像Ｍ２を表示する場合、可動スクリーン３０１を６０Ｈｚ程度で高速に移動させる必要がある。本実施形態の構成では、固定スクリーン３０２を設けることにより、可動スクリーン３０１の移動範囲Ｄ１を大幅に短くすることができる。 When displaying the depth image M1 and the vertical image M2 as shown in FIG. 6, it is necessary to move the movable screen 301 at a high speed of about 60 Hz. In the configuration of the present embodiment, by providing the fixed screen 302, the moving range D1 of the movable screen 301 can be significantly shortened.

ここで、図３に示したスクリーン駆動機構３００が可動スクリーン３０１を駆動するときの運動方程式を次式に示す。 Here, the following equation shows the equation of motion when the screen driving mechanism 300 shown in FIG. 3 drives the movable screen 301.

Ｆ＝ｍａ＋ｃｖ＋ｋｘ＝Ｋｔ・Ｉ
上記の式において、Ｆ：可動部を駆動するために必要な推力（Ｎ）、すなわち可動スクリーン３０１，可動スクリーン３０１を保持するホルダ３０３，およびホルダ３０３に保持された磁気コイルを駆動するために必要な推力（Ｎ）、ｍ：可動部（可動スクリーン３０１，可動スクリーン３０１を保持するホルダ３０３，およびホルダ３０３に保持された磁気コイル（図示せず）を示し、以下単に可動部と記す）の質量（ｋｇ）、ａ：可動部の加速度（ｍ／ｓ^２）、ｃ：可動部の粘性係数（Ｎｓ／ｍ）、ｖ：可動部の速度（ｍ／ｓ）、ｋ：サスペンション３０５のばね定数（Ｎ／ｍ）、ｘ：可動部の変位量（ｍ）、Ｋｔ：スクリーン駆動機構３００の推力定数（Ｎ／Ａ）、Ｉ：スクリーン駆動機構３００の駆動電流（Ａ）である。 F = ma + cv + kx = Kt · I
In the above formula, F: thrust (N) required to drive the movable portion, that is, required to drive the movable screen 301, the holder 303 holding the movable screen 301, and the magnetic coil held by the holder 303. Thrust (N), m: Mass of movable part (shows movable screen 301, holder 303 holding movable screen 301, and magnetic coil (not shown) held in holder 303, hereinafter simply referred to as movable part) (Kg), a: acceleration of the movable part (m / s ² ), c: viscosity coefficient of the movable part (Ns / m), v: velocity of the movable part (m / s), k: spring constant of the suspension 305 ( N / m), x: displacement amount of the movable part (m), Kt: thrust constant (N / A) of the screen driving mechanism 300, I: driving current (A) of the screen driving mechanism 300.

本実施の形態では、可動スクリーン３０１を駆動するための駆動波形データを、以下の［１］〜［８］のアルゴリズムによって生成する。なお、理解を助けるため、図７のフローチャートを併用して説明する。 In the present embodiment, drive waveform data for driving the movable screen 301 is generated by the following algorithms [1] to [8]. In order to facilitate understanding, the description will be made with reference to the flowchart of FIG.

［１］
可動スクリーン３０１を駆動する際の移動目標とする移動プロファイルを実現するために駆動電流プロファイルを用意する。例えば、本実施の形態における移動プロファイルは図８に示すような波形である。同図に示すように、可動スクリーンの可動範囲（位置）が約＋１．２ｍｍ〜約−１．２ｍｍになっている。これは、可動スクリーン３０１が、図５（ａ）のＺ軸正側に１．２ｍｍ移動した位置から、Ｚ軸負側へ１．２ｍｍ移動した位置の間で駆動されることを示す。また、０．０ｍｍの位置は、可動スクリーン３０１が駆動されていないときの中立位置である。 [1]
A driving current profile is prepared in order to realize a moving profile as a moving target when driving the movable screen 301. For example, the movement profile in the present embodiment has a waveform as shown in FIG. As shown in the figure, the movable range (position) of the movable screen is about +1.2 mm to about -1.2 mm. This indicates that the movable screen 301 is driven between a position moved 1.2 mm to the positive side of the Z axis in FIG. 5A and a position moved 1.2 mm to the negative side of the Z axis. The position of 0.0 mm is a neutral position when the movable screen 301 is not driven.

すなわち、可動スクリーン３０１は、図８に示す移動プロファイルでは中立位置（位置０．０ｍｍ）を中心に約±１．２ｍｍの範囲で移動される。これは、可動スクリーン３０１を中立位置からＺ軸負側（あるいはＺ軸正側）へのみ移動させる仕様にした場合、可動スクリーン３０１を一方向にのみ大きな距離を移動させなければならず、機械的に大きな負担を与えることになるため、これを避ける目的で上記の如き可動範囲としている。 That is, the movable screen 301 is moved within a range of about ± 1.2 mm around the neutral position (position 0.0 mm) in the movement profile shown in FIG. This is because when the movable screen 301 is moved only from the neutral position to the negative side of the Z-axis (or the positive side of the Z-axis), the movable screen 301 must be moved a large distance only in one direction. In order to avoid this, the movable range is set as described above.

［２］
まず、可動スクリーン３０１を駆動する際の移動目標とする移動プロファイルを準備した後、時刻（ｔ）における可動スクリーン３０１の現在位置［Ｘ（ｔ）］と、移動プロファイルにおける目標位置［Ｘｔ（ｔ）］を利用して、スクリーン駆動機構３００の駆動電流［Ｉ（ｔ）］を計算する。 [2]
First, after preparing a movement profile as a movement target when driving the movable screen 301, the current position [X (t)] of the movable screen 301 at time (t) and the target position [Xt (t) in the movement profile are set. ], The driving current [I (t)] of the screen driving mechanism 300 is calculated.

［３］
次に、上記［２］で算出したスクリーン駆動機構３００の駆動電流［Ｉ（ｔ）］を利用して、時刻（ｔ）におけるスクリーン駆動機構３００の磁気回路が発生する推力［Ｆ（ｔ）］＝［Ｋｔ・Ｉ（ｔ）］を計算する（Ｓ１０２）。すなわち、可動部（可動スクリーン３０１，可動スクリーン３０１を保持するホルダ３０３，およびホルダ３０３に保持された磁気コイルを示し、以下単に可動部と記す）を駆動する場合の運動方程式を計算する。ここで、Ｋｔはスクリーン駆動機構３００の推力定数を示し、１Ａ当たりに発生することができる力を算出して決定する。 [3]
Next, using the driving current [I (t)] of the screen driving mechanism 300 calculated in the above [2], the thrust [F (t)] generated by the magnetic circuit of the screen driving mechanism 300 at the time (t). = [Kt · I (t)] is calculated (S102). That is, an equation of motion for driving a movable portion (movable screen 301, holder 303 holding movable screen 301, and magnetic coil held in holder 303, hereinafter simply referred to as a movable portion) is calculated. Here, Kt indicates a thrust constant of the screen driving mechanism 300, and is determined by calculating a force that can be generated per 1A.

［４］
上記［３］で算出したスクリーン駆動機構３００の磁気回路が発生する推力［Ｆ（ｔ）］を利用して、可動部の加速に寄与するスクリーン駆動機構３００の駆動力［Ｄ（ｔ）］＝［Ｆ（ｔ）−ｃ・Ｖ（ｔ）−ｋ・Ｘ（ｔ）］を計算する（Ｓ１０３）。ここで、ｃは可動部の粘性係数を示し、実験的に求められる。一例として、横軸を周波数、縦軸をゲインとする周波数応答特性図における共振点のＱ値の大きさから粘性係数を決定する方法がある。Ｖ（ｔ）は時刻（ｔ）における可動部の速度を示し、Ｖ（０）として０を用いることが多い。ｋは可動部を弾性的に支持するサスペンション３０５のばね定数を示し、実験的に求める。一例として、可動部分に荷重をかけたときの可動部分の変位からばね定数を求める方法がある。なお、Ｘ（ｔ）は、時刻（ｔ）における可動スクリーン３０１の現在位置である。 [4]
Using the thrust [F (t)] generated by the magnetic circuit of the screen driving mechanism 300 calculated in the above [3], the driving force [D (t)] of the screen driving mechanism 300 contributing to acceleration of the movable part = [F (t) -cV (t) -kX (t)] is calculated (S103). Here, c indicates the viscosity coefficient of the movable part, and is obtained experimentally. As an example, there is a method of determining the viscosity coefficient from the magnitude of the Q value at the resonance point in the frequency response characteristic diagram with the horizontal axis representing the frequency and the vertical axis representing the gain. V (t) indicates the speed of the movable portion at time (t), and 0 is often used as V (0). k indicates the spring constant of the suspension 305 that elastically supports the movable part, and is obtained experimentally. As an example, there is a method of obtaining a spring constant from a displacement of a movable part when a load is applied to the movable part. Note that X (t) is the current position of the movable screen 301 at time (t).

［５］
上記［４］で算出した可動部の加速に寄与するスクリーン駆動機構３００の駆動力［Ｄ（ｔ）］を利用して、時刻（ｔ）における可動部の加速度［Ａ（ｔ）］＝［Ｄ（ｔ）／ｍ］を計算する（Ｓ１０４）。ここで、ｍは可動部の質量を示す。 [5]
Using the driving force [D (t)] of the screen driving mechanism 300 that contributes to the acceleration of the movable part calculated in [4], the acceleration [A (t)] of the movable part at time (t) = [D (T) / m] is calculated (S104). Here, m indicates the mass of the movable part.

［６］
上記［５］で算出した時刻（ｔ）における可動部の加速度［Ａ（ｔ）］を利用して、単位時間経過後の可動部の速度［Ｖ（ｔ＋ｄｔ）］＝［Ｖ（ｔ）＋Ａ（ｔ）・ｄｔ］を計算する（Ｓ１０５）。ここで、ｄｔは単位時間を示す。なお、Ｖ（ｔ）は時刻（ｔ）における可動部の速度を示す。 [6]
Using the acceleration [A (t)] of the movable part at the time (t) calculated in the above [5], the velocity [V (t + dt)] of the movable part after the elapse of the unit time = [V (t) + A ( t) · dt] is calculated (S105). Here, dt indicates a unit time. V (t) indicates the speed of the movable part at time (t).

［７］
次に、単位時間経過後の可動部の位置［Ｘ（ｔ＋ｄｔ）］＝［Ｘ（ｔ）＋Ｖ（ｔ）・ｄｔ］を計算する（Ｓ１０６）。なお、ｄｔは単位時間を示し、Ｘ（ｔ）は可動スクリーン３０１の現在位置を示し、Ｖ（ｔ）は時刻（ｔ）における可動部の速度を示す。 [7]
Next, the position [X (t + dt)] = [X (t) + V (t) · dt] of the movable part after the elapse of the unit time is calculated (S106). Note that dt indicates a unit time, X (t) indicates the current position of the movable screen 301, and V (t) indicates the speed of the movable unit at time (t).

［８］
次に、単位時間経過後の可動部の速度［Ｖ（ｔ＋ｄｔ）］および単位時間経過後の可動部の位置［Ｘ（ｔ＋ｄｔ）］を連続的に求めるために、現在時刻（ｔ）に単位時間（ｄｔ）を加算する（Ｓ１０７）。本実施の形態では、単位時間［（ｄｔ）］を１μｓｅｃとした。 [8]
Next, in order to continuously obtain the speed [V (t + dt)] of the movable part after the unit time has elapsed and the position [X (t + dt)] of the movable part after the unit time has elapsed, the current time (t) is calculated by the unit time (Dt) is added (S107). In the present embodiment, the unit time [(dt)] is set to 1 μsec.

そして、可動スクリーン３０１を駆動する一周期分、すなわち図５（ｂ）に示す時刻ｔ０から時刻ｔ４までの期間を一周期として上記［２］〜［８］の計算を繰り返す（Ｓ１０８）。これにより、各時刻（ｔ）における可動部の駆動電流Ｉ（ｔ）、各時刻（ｔ）における可動部の加速度Ａ（ｔ）、各時刻（ｔ）における可動部の速度Ｖ（ｔ）、各時刻（ｔ）における可動部の位置Ｘ（ｔ）が求められる。なお、本実施の形態では、可動スクリーン３０１は６０Ｈｚで駆動されるため、その駆動の一周期は約１６．６ｍｓｅｃとなる。 Then, the calculation of [2] to [8] is repeated with one cycle of driving the movable screen 301, that is, the period from time t0 to time t4 shown in FIG. 5B as one cycle (S108). Thereby, the drive current I (t) of the movable part at each time (t), the acceleration A (t) of the movable part at each time (t), the speed V (t) of the movable part at each time (t), The position X (t) of the movable part at the time (t) is obtained. In the present embodiment, since the movable screen 301 is driven at 60 Hz, one cycle of the driving is about 16.6 msec.

以上のように、上記アルゴリズム［２］〜［８］を繰り返すことにより、スクリーン駆動機構３００の運動特性に基づいて生成される制御対象の数式モデルを算出し、目標とする移動プロファイルに可動スクリーン３０１を追従させる場合のスクリーン駆動電流波形情報、すなわち可動スクリーン３０１を駆動するためのスクリーン駆動波形情報が計算される。そして、このスクリーン駆動波形情報を、製造段階で予めメモリ２０５に格納しておく。その後、画像表示装置２０を使用する際に、メモリ２０５からスクリーン駆動波形情報を読み出して可動スクリーン３０１を駆動する。このように、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電流波形情報であることにより、スクリーン駆動機構３００を駆動するスクリーン駆動回路２０４の制御を容易にすることができる。 As described above, by repeating the above algorithms [2] to [8], the mathematical model of the control target generated based on the motion characteristics of the screen driving mechanism 300 is calculated, and the movable screen 301 is set to the target moving profile. Is calculated, that is, the screen drive waveform information for driving the movable screen 301 is calculated. Then, the screen drive waveform information is stored in the memory 205 in advance at the manufacturing stage. Thereafter, when the image display device 20 is used, the screen driving waveform information is read from the memory 205 and the movable screen 301 is driven. As described above, since the screen drive waveform information is the screen drive current waveform information for driving the screen, it is possible to easily control the screen drive circuit 204 that drives the screen drive mechanism 300.

また、このときに、スクリーン駆動機構３００が、可動スクリーン３０１を移動可能に保持するホルダ３０３と、そのホルダ３０３に支持された磁気コイル（図示せず）と、ホルダ３０３を移動可能に保持するサスペンション３０５と、を備えることで、スクリーン駆動機構３００の構成を最小構成として、スクリーン駆動回路２０４の制御をさらに容易にすることができる。 At this time, the screen driving mechanism 300 also includes a holder 303 for movably holding the movable screen 301, a magnetic coil (not shown) supported by the holder 303, and a suspension for movably holding the holder 303. 305, the configuration of the screen driving mechanism 300 can be minimized, and the control of the screen driving circuit 204 can be further facilitated.

図９は、上記のようにして計算されたスクリーン駆動電流波形情報を用いて、可動スクリーン３０１を駆動した場合の状態を示した図である。同図において、実線は電流波形を示し、一点差線は可動スクリーン３０１の目標位置であり、さらに破線は可動スクリーンの実際の位置を示している。同図に示すように、可動スクリーンの実際の移動位置は、目標位置に極めて近い位置に駆動されていることが分かる。 FIG. 9 is a diagram illustrating a state where the movable screen 301 is driven using the screen drive current waveform information calculated as described above. In the figure, a solid line indicates a current waveform, a dashed line indicates a target position of the movable screen 301, and a dashed line indicates an actual position of the movable screen. As shown in the figure, it can be seen that the actual moving position of the movable screen is driven to a position very close to the target position.

なお、上記に説明したような電流波形の替わりに電圧波形によって可動スクリーン３０１を駆動する回路を採用した場合のスクリーン駆動電圧波形情報は次式で求めることができる。 Note that screen driving voltage waveform information in a case where a circuit for driving the movable screen 301 with a voltage waveform instead of the current waveform as described above is employed can be obtained by the following equation.

Ｅ（ｔ）=Ｌ・ｄＩ（ｔ）／ｄｔ＋Ｒ・Ｉ（ｔ）＋Ｋｔ・Ｖ（ｔ）
上式において、Ｌ：コイルのインダクタンス（Ｈ）、ｄＩ（ｔ）は電流増分（Ａ）、ｄｔは単位時間（ｓ）、Ｒ：スクリーン駆動機構３００のコイル抵抗（Ω）、Ｉ（ｔ）はスクリーン駆動機構３００に通電する電流（Ａ）、Ｋｔ：スクリーン駆動機構３００の推力定数、Ｖ（ｔ）：スクリーン駆動機構３００の速度（ｍ／ｓ）である。 E (t) = L · dI (t) / dt + RI · (t) + Kt · V (t)
In the above equation, L: coil inductance (H), dI (t) is current increment (A), dt is unit time (s), R: coil resistance (Ω) of screen driving mechanism 300, and I (t) is A current (A) that flows through the screen driving mechanism 300, Kt: a thrust constant of the screen driving mechanism 300, and V (t): a speed (m / s) of the screen driving mechanism 300.

こうして求めたスクリーン駆動電圧波形情報、すなわち可動スクリーン３０１を駆動するためのスクリーン駆動波形情報を、スクリーン駆動電流波形情報のときと同様に製造段階で予めメモリ２０５に格納しておき、画像表示装置２０を使用する際に、メモリ２０５からスクリーン駆動波形情報を読み出して可動スクリーン３０１を駆動すればよい。このように、スクリーン駆動波形情報が、スクリーンを駆動するためのスクリーン駆動電圧波形情報であることにより、スクリーン駆動機構３００を駆動するスクリーン駆動回路２０４の制御を容易にすることができる。 The screen drive voltage waveform information thus determined, that is, the screen drive waveform information for driving the movable screen 301 is stored in the memory 205 in advance in the manufacturing stage as in the case of the screen drive current waveform information, and is stored in the image display device 20. Is used, the screen driving waveform information may be read from the memory 205 to drive the movable screen 301. As described above, since the screen drive waveform information is the screen drive voltage waveform information for driving the screen, the control of the screen drive circuit 204 that drives the screen drive mechanism 300 can be facilitated.

図１０は、上記のアルゴリズムで求めたスクリーン駆動電圧波形情報を用いて、可動スクリーン３０１を駆動する際の状態を示した図である。同図において、実線は電圧波形を示し、一点差線は可動スクリーン３０１の目標位置であり、さらに破線は可動スクリーンの実際の位置を示している。同図に示すように、可動スクリーン３０１の実際の移動位置は、目標位置に極めて近い位置に駆動されていることが分かる。 FIG. 10 is a diagram illustrating a state when the movable screen 301 is driven using the screen driving voltage waveform information obtained by the above algorithm. In the drawing, a solid line indicates a voltage waveform, a dashed line indicates a target position of the movable screen 301, and a broken line indicates an actual position of the movable screen. As shown in the figure, it can be seen that the actual moving position of the movable screen 301 is driven to a position very close to the target position.

これまで、可動スクリーン３０１を移動させるスクリーン駆動機構３００をオープン制御する場合、スクリーン駆動機構３００を駆動するスクリーン駆動回路２０４の動作と可動スクリーン３０１の位置を観測しながら、可動スクリーン３０１の実際の動きが移動プロファイルにおける目標値に近づくように、製造段階において駆動パルスの数とスクリーンを移動させる方向を手動で調整していた。しかしながら、この場合、可動スクリーン３０１の実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に対して正確に近づけることが難しいという問題があった。 Until now, when the screen drive mechanism 300 that moves the movable screen 301 is controlled to be open, the actual movement of the movable screen 301 is observed while observing the operation of the screen drive circuit 204 that drives the screen drive mechanism 300 and the position of the movable screen 301. In the manufacturing stage, the number of drive pulses and the direction in which the screen is moved were manually adjusted so that approached the target value in the movement profile. However, in this case, there is a problem that it is difficult to accurately bring the actual movement of the movable screen 301 closer to the target value in the movement profile.

これに対し、本実施の形態では、可動スクリーン３０１を移動させる際の目標となる移動プロファイルに、可動スクリーン３０１が追従するようにして生成されたスクリーン駆動波形情報が記憶されたメモリ２０５を備え、そのメモリ２０５に記憶されたスクリーン駆動波形情報に基づいて、スクリーン駆動機構３００を駆動するので、可動スクリーン３０１の実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることが可能となる。また、スクリーン駆動機構３００の個体差を考慮して予め設定したスクリーン駆動波形情報に基づいてスクリーン駆動機構３００を駆動するので、可動スクリーン３０１を移動プロファイルにおける目標値に短時間で近づけることができる。その結果、光源から照射された光の光軸方向に移動する可動スクリーン３０１の実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く、しかも短時間で近づけることができる。 On the other hand, in the present embodiment, the memory 205 in which the screen driving waveform information generated so that the movable screen 301 follows the target movement profile when the movable screen 301 is moved is stored, Since the screen driving mechanism 300 is driven based on the screen driving waveform information stored in the memory 205, the actual movement of the movable screen 301 can be brought close to the target value in the moving profile with high accuracy. Further, since the screen driving mechanism 300 is driven based on the screen driving waveform information set in advance in consideration of the individual difference of the screen driving mechanism 300, the movable screen 301 can be brought close to the target value in the moving profile in a short time. As a result, the actual movement of the movable screen 301 that moves in the optical axis direction of the light emitted from the light source can be made close to the target value in the movement profile accurately and in a short time.

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。 Various changes can be made to the embodiments of the present invention as appropriate within the scope of the technical idea described in the claims.

本発明は、光源から照射された光の光軸方向に移動するスクリーンの実際の動きを移動プロファイルにおける目標値に精度良く近づけることができるので、乗用車等の移動体に搭載される画像表示装置などに適応可能である。 The present invention can accurately approximate the actual movement of a screen moving in the optical axis direction of light emitted from a light source to a target value in a movement profile, so that an image display device mounted on a moving body such as a passenger car, etc. It is adaptable to.

１乗用車
２運転者
２ａ目
１１ダッシュボード
１２ウインドシールド
１３投射領域
２０画像表示装置
２１照射光生成部
２２ミラー
３０画像
１０１光源
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃレーザ光源
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃコリメータレンズ
１０３ミラー
１０４、１０５ダイクロイックミラー
１０６走査部
１０６ａミラー
１０７補正レンズ
２０１画像処理回路
２０２レーザ駆動回路
２０３ミラー駆動回路
２０４スクリーン駆動回路
２０５メモリ
３００スクリーン駆動機構
３０１可動スクリーン
３０２固定スクリーン
３０４カバー
３０４ａ開口
３０５サスペンション
３０６支持部材
３０７ベース
３０８ワッシャー
３０９ネジ
３１０磁気回路 Reference Signs List 1 passenger car 2 driver 2a eyes 11 dashboard 12 windshield 13 projection area 20 image display device 21 irradiation light generation unit 22 mirror 30 image 101 light source 101a, 101b, 101c laser light source 102a, 102b, 102c collimator lens 103 mirror 104, 105 Dichroic mirror 106 Scanning unit 106a Mirror 107 Correction lens 201 Image processing circuit 202 Laser driving circuit 203 Mirror driving circuit 204 Screen driving circuit 205 Memory 300 Screen driving mechanism 301 Movable screen 302 Fixed screen 304 Cover 304a Opening 305 Suspension 306 Support member 307 Base 308 Washer 309 Screw 310 Magnetic circuit

Claims

Light source,
A screen on which an image is formed by being irradiated with light from the light source,
An optical system that generates a virtual image by light from the screen,
A screen driving mechanism which Ru is reciprocated the screen in the direction of the optical axis of light emitted from the light source,
An image processing circuit that displays a depth image with the movement of the screen, and displays a vertical image by fixing the position of the screen.
A storage unit in which screen drive waveform information generated so that the screen follows the target movement profile when the screen is moved is stored,
A screen drive circuit unit that drives the screen drive mechanism based on the screen drive waveform information stored in the storage unit;
The screen drive waveform information is generated based on the motion characteristics of the screen drive mechanism,
An image display device characterized by the above-mentioned.

The image display device according to claim 1, wherein the screen drive waveform information is screen drive current waveform information for driving the screen.

The image display device according to claim 1, wherein the screen driving waveform information is screen driving voltage waveform information for driving the screen.

The screen drive mechanism,
A holder unit that movably holds the screen,
A magnetic coil portion supported by the holder portion,
A suspension unit that movably holds the holder unit,
The image display device according to claim 1, further comprising: