JP7005107B2 - Display device for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、車両用表示装置に関する。 The present invention relates to a vehicle display device.
従来、車両のウインドシールドを介して虚像をドライバの前方に表示するヘッドアップディスプレイ(HUD:Head Up Display)装置等の車両用表示装置がある。例えば、特許文献1では、ウインドシールドに向けて画像を投影する凹面鏡の角度を、ドライバのアイポイントの高さに応じて変更し、画像の投影位置を移動させる表示装置が開示されている。
Conventionally, there are display devices for vehicles such as a head up display (HUD) device that displays a virtual image in front of the driver via a windshield of the vehicle. For example,
ところで、特許文献2,3では、MEMS(Micro Electro Mechanical System:微小電気機械システム)技術を利用した走査ミラーを用いてレーザ光を走査して画像を投影する画像表示装置等が開示されている。
By the way,
しかしながら、従来の車両用表示装置では、ウインドシールドに向けて画像を投影する反射ミラーが固定されていないことから、車両の振動等により反射ミラーの角度がずれて、画像の投影位置が変化してしまうおそれがある。 However, in the conventional vehicle display device, since the reflection mirror that projects the image toward the windshield is not fixed, the angle of the reflection mirror shifts due to the vibration of the vehicle or the like, and the projection position of the image changes. There is a risk that it will end up.
本発明は、反射ミラーを動かすことなく画像の投影位置を変更することができる車両用表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a vehicle display device capable of changing the projection position of an image without moving a reflection mirror.
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、車両のドライバに視認させる画像に対応するレーザ光を出射する投影器と、前記投影器から出射された前記レーザ光に対応する前記画像が投影され、かつ前記レーザ光を透過する被投影部材と、前記被投影部材を透過した前記レーザ光を反射して前記車両のウインドシールドに向けて反射する反射ミラーと、を備え、前記投影器は、前記レーザ光を出力する少なくとも1つの光源と、前記光源からの前記レーザ光を、前記被投影部材の被投影面の主走査方向に反射させつつ、前記主走査方向と直交する副走査方向に反射させながら走査を行う走査ミラーと、前記被投影部材において、前記走査ミラーによる走査が可能な走査可能領域より前記副走査方向において狭い走査領域に前記画像を投影するように前記走査ミラーを駆動する走査ミラー駆動手段と、を有し、前記走査ミラー駆動手段は、前記走査ミラーを駆動することで、前記走査領域を前記走査可能領域内において前記副走査方向に移動可能であり、前記車両から得られる前記ドライバのアイポイントに応じた位置に前記画像を投影できる目標走査領域と前記走査領域とが重なるように、前記走査ミラーを駆動し、前記目標走査領域は、前記アイポイントの移動方向における変化量に応じて、前記走査ミラーの前記副走査方向の走査角を決定させることにより前記副走査方向における位置を変化する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the vehicle display device according to the present invention corresponds to a projector that emits a laser beam corresponding to an image to be visually recognized by a vehicle driver, and the laser beam emitted from the projector. A projected member on which the image is projected and transmitting the laser beam, and a reflection mirror that reflects the laser beam transmitted through the projected member and reflected toward the windshield of the vehicle are provided. The projector reflects at least one light source that outputs the laser beam and the laser beam from the light source in the main scanning direction of the projected surface of the projected member, and is orthogonal to the main scanning direction. A scanning mirror that scans while reflecting light in the scanning direction, and the scanning mirror that projects the image onto a scanning region that is narrower in the sub-scanning direction than the scannable region that can be scanned by the scanning mirror in the projected member. The scanning mirror driving means can move the scanning area in the scannable area in the sub-scanning direction by driving the scanning mirror. The scanning mirror is driven so that the target scanning area capable of projecting the image at a position corresponding to the eye point of the driver obtained from the vehicle and the scanning area overlap, and the target scanning area moves the eye point. It is characterized in that the position in the sub-scanning direction is changed by determining the scanning angle of the scanning mirror in the sub-scanning direction according to the amount of change in the direction .
上記車両用表示装置において、前記アイポイントの移動方向と前記副走査方向とが平行であることが好ましい。 In the vehicle display device, it is preferable that the moving direction of the eye point and the sub-scanning direction are parallel.
本発明に係る車両用表示装置によれば、反射ミラーを動かすことなく画像の投影位置を変更することができるという効果を奏する。 According to the vehicle display device according to the present invention, there is an effect that the projection position of the image can be changed without moving the reflection mirror.
以下に、本発明に係る車両用表示装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 Hereinafter, embodiments of the vehicle display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, the components in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same. In addition, the components in the following embodiments may be omitted, replaced, or modified in various ways without departing from the gist of the invention.
[実施形態]
図1は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成を示す図である。図2は、実施形態に係るプロジェクタの概略構成を示す図である。図3は、実施形態に係るMEMSミラーによるスクリーンの走査を説明する図である。図4は、実施形態に係るMEMSミラーによるスクリーンの走査切替えを説明する図である。図5は、実施形態に係るMEMSミラーへの通電電流波形の一例を示す図である。図6は、実施形態におけるアイポイントの位置と画像の投影位置との関係を示す図である。図7は、実施形態に係る車両用表示装置により投影される画像の一例を示す図である。なお、図1は、車両用表示装置を搭載した車両を側方側から視た場合の各要素の位置関係を示す。図7は、ドライバのアイポイントからの見え方を示す。
[Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a vehicle display device according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a projector according to an embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating scanning of the screen by the MEMS mirror according to the embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating scanning switching of the screen by the MEMS mirror according to the embodiment. FIG. 5 is a diagram showing an example of an energization current waveform to the MEMS mirror according to the embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the position of the eye point and the projection position of the image in the embodiment. FIG. 7 is a diagram showing an example of an image projected by the vehicle display device according to the embodiment. Note that FIG. 1 shows the positional relationship of each element when the vehicle equipped with the vehicle display device is viewed from the side. FIG. 7 shows how the driver looks from the eye point.
実施形態に係る車両用表示装置1は、図1に示すように、例えば、自動車等の車両100に搭載されるヘッドアップディスプレイ(HUD)装置である。車両用表示装置1は、車両100のダッシュボード(不図示)の内側に配置され、車両100のウインドシールド101に車両100に関する種々の情報に対応する画像を投影する。車両100に関する種々の情報には、例えば、車速、車両状態、道路情報等のドライバ(運転者)200の運転を支援するための情報が含まれる。車両用表示装置1は、ウインドシールド101に画像を投影して、アイポイント201の前方に虚像110を表示する。虚像110は、ドライバ200にアイポイント201上で視認させる画像である。ウインドシールド101は、半透過性を有し、車両用表示装置1から入射するレーザ光をアイポイント201に向けて反射する。アイポイント201は、車両100の運転席(不図示)に着座したドライバ200の視点位置として予め定められる位置である。ドライバ200は、ウインドシールド101によって反射された画像を虚像110として認識する。虚像110は、ドライバ200にとって、ウインドシールド101よりも前方に存在するかのように認識される。車両用表示装置1は、図1に示すように、プロジェクタ3と、スクリーン5と、非球面ミラー7と、筐体9とを有する。
As shown in FIG. 1, the
プロジェクタ3は、投影器である。プロジェクタ3は、スクリーン5と対向する位置に配置されている。プロジェクタ3は、ドライバ200に視認させる画像に対応するレーザ光11を出射する。プロジェクタ3は、スクリーン5に向けてレーザ光11を出射することでスクリーン5に画像を投影する。プロジェクタ3は、図2に示すように、光源部30、第1光源31、第2光源32、第3光源33、ダイクロイックミラー34,35、および走査ミラー36を有する。光源部30は、第1光源31~第3光源33およびダイクロイックミラー34,35で構成される。
The
プロジェクタ3は、互いに異なる波長のレーザ光を出力する3つの光源を有する。すなわち、第1光源31は、例えば赤色レーザ光を出力するレーザダイオードである。第1光源31から出力された赤色レーザ光は、図2に示すように、ダイクロイックミラー34に照射される。第2光源32は、赤色レーザ光と波長が異なる緑色レーザ光を発生するレーザダイオードである。第2光源32から出力される緑色レーザ光は、ダイクロイックミラー34に照射される。第3光源33は、赤色レーザ光および緑色レーザ光とは異なる青色レーザ光を発生するレーザダイオードである。第3光源33から出力される青色レーザ光は、ダイクロイックミラー35に照射される。
The
ダイクロイックミラー34は、赤色のレーザ光を透過させ、かつ緑色のレーザ光を反射する。赤色のレーザ光と、ダイクロイックミラー34によって反射された緑色のレーザ光とは同じ光軸上のレーザ光となってダイクロイックミラー35に入射する。ダイクロイックミラー35は、赤色および緑色のレーザ光を透過させ、かつ青色のレーザ光を反射する。赤色および緑色のレーザ光と、ダイクロイックミラー35によって反射された青色のレーザ光とは合波され、同じ光軸上のレーザ光として走査ミラー36に入射する。すなわち、ダイクロイックミラー34,35を含む光学系は、赤色、緑色、および青色の3つのレーザ光を合波する。
The
走査ミラー36は、図2に示すように、光源部30からのレーザ光11を、スクリーン5の被投影面の主走査方向に反射させつつ、主走査方向と直交する副走査方向に反射させながら走査を行う。走査ミラー36は、直交する2本の回転軸X1,X2の周りに回転振動しながらレーザ光11をスクリーン5に向けて反射することでスクリーン5に画像を投影する。走査ミラー36は、例えば、MEMS技術を用いて制作されたMEMSミラーである。MEMSミラーは、機械要素部品、センサ、アクチュエータ、電子回路等が半導体基板上に集積化された光学デバイスである。走査ミラー36は、ステージ部37、およびミラー部38等を含む。
As shown in FIG. 2, the
走査ミラー36によって反射されたレーザ光11は、走査ミラー36のミラー部38が回転軸X1周りに回転振動することにより、スクリーン5を主走査方向に走査する。また、レーザ光11は、走査ミラー36のミラー部38が回転軸X2周りに回転振動することにより、スクリーン5を副走査方向に走査する。つまり、プロジェクタ3は、走査ミラー36の反射光であるレーザ光11によってスクリーン5を主走査方向および副走査方向に走査しながらスクリーン5に画像を投影する。
The
ステージ部37は、貫通孔を有する板状部材であり、走査ミラー36本体の貫通孔に配置されている。ステージ部37は、回転軸X2方向に延在する2本の梁によって走査ミラー36本体と接続されている。ステージ部37の表面には、渦状に巻かれたコイル(不図示)が配置されている。このコイルには、走査ミラー36本体側から電力が供給される。ステージ部37は、コイルが電力の供給を受けることにより、回転軸X2を回転中心として走査ミラー36に対して相対回転する。
The
ミラー部38は、円盤形状の部材である。ミラー部38は、ステージ部37の貫通孔に配置されている。ミラー部38は、回転軸X1方向に延在する2本の梁によってステージ部37と接続されている。回転軸X1と回転軸X2とは直交している。ミラー部38は、共振により回転軸X1の周りに回転振動する。すなわち、ミラー部38は、共振によってステージ部37に対して相対回転する。ステージ部37が予め定められた第一周波数で回転振動する場合に、共振によってミラー部38が第二周波数で回転振動するように、ミラー部38等の諸元が設計されている。
The
スクリーン5は、被投影部材である。スクリーン5は、全体が平面状に形成され、プロジェクタ3と対向する位置に配置されている。スクリーン5は、光を透過する透過性スクリーンである。スクリーン5は、マイクロレンズアレイ、拡散板等で構成される。スクリーン5は、画像が投影される被投影面5aを有する。スクリーン5は、プロジェクタ3から出射されたレーザ光11に対応する画像が被投影面5aに投影され、かつレーザ光11を透過する。スクリーン5を透過したレーザ光11は、非球面ミラー7に入射する。
The
スクリーン5は、図2~図4に示すように、被投影面5aにおいて、走査ミラー36による走査が可能な走査可能領域6を有する。走査可能領域6は、例えば矩形状に形成されている。走査可能領域6は、レーザ光11の走査により画像が投影される走査領域60を有する。走査領域60は、走査可能領域6と同様に、矩形状に形成されている。走査領域60は、レーザ光11の走査を受けてスクリーン5に画像が描画される領域である。走査領域60は、走査可能領域6より副走査方向において狭く設定されている。走査領域60は、走査可能領域6内において副走査方向に移動可能である。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
プロジェクタ3は、車両用表示装置1内の制御部10により制御される。制御部10は、プロジェクタ3内の第1~第3光源31~33を駆動制御することにより、プロジェクタ3から出射するレーザ光11の光量や色を制御する。制御部10は、例えば、レーザ光11の光量や色の目標値に基づいて、各光源のレーザ光11の出力を制御する。
The
制御部10は、走査ミラー駆動手段として、走査ミラー36を駆動する。制御部10が走査ミラー36を駆動することで、走査領域60を走査可能領域6内において副走査方向に移動可能にする。すなわち、制御部10は、ステージ部37のコイルに流す電流値を変更することで、走査領域60を副走査方向に移動させて、ウインドシールド101に対する画像の投影位置を変更することができる。
The control unit 10 drives the
制御部10は、車両100から得られるドライバ200のアイポイント201に応じた位置に画像を投影できる目標走査領域と走査領域60とが重なるように、走査ミラー36を駆動する。アイポイント201は、例えば、ドライバ200を撮影してアイポイント201を検出するカメラやセンサ等により得られる。例えば、アイポイント201が上下方向に移動した場合、アイポイント201の移動方向における変化量に応じて、副走査方向における目標走査領域の位置が変化する。制御部10は、目標走査領域の位置の変化に合わせて、当該目標走査領域と走査領域60とが重なるように、走査領域60を副走査方向における上方向または下方向に移動させる。このとき、走査領域60に描画される画像がドライバ200の中心視野におくべき内容であった場合には、制御部10は、アイポイント201上でドライバ200の中心視野に入る位置に画像が投影されるように、走査ミラー36を駆動する。一方、画像がドライバ200の周辺視野におくべく内容であった場合には、制御部10は、アイポイント201上でドライバ200の周辺視野に入る位置に画像が投影されるように、走査ミラー36を駆動する。
The control unit 10 drives the
制御部10は、走査ミラー36を駆動制御して、走査領域60の副走査方向の幅を設定する。走査領域60の副走査方向の幅は、走査ミラー36の副走査方向の走査角(振れ角)θ[°]により決定される。走査角θは、ステージ部37のコイルが電力の供給を受けて、ステージ部37が回転軸X2を回転中心として走査ミラー36に対して相対回転するときに成される。したがって、制御部10は、コイルへの通電電流A1,A2が図5に示すような波形となるように、電流値を一定の変動幅で周期的に変化させることで、走査領域60の副走査方向の幅を設定することができる。走査角θは、コイルへの通電電流A1,A2の変動幅を一定に保持した状態で電流値を変化させると、走査領域60が走査可能領域6内において副走査方向に移動しても変化しない。走査角θは、例えば15°程度である。走査角θは、軸Yを中心に副走査方向にそれぞれ等角度を成す。走査領域60の幅は、走査領域60に描画される画像の品位が保持できるように設定されることが好ましい。
The control unit 10 drives and controls the
非球面ミラー7は、反射ミラーである。非球面ミラー7は、プロジェクタ3とスクリーン5との間の光路上に配置されている。非球面ミラー7は、ウインドシールド101に向かって凹状に形成された非球面を有する。非球面ミラー7は、スクリーン5を透過したレーザ光11を車両100のウインドシールド101に向けて反射して画像を投影する。非球面ミラー7は、レーザ光11を反射して車両100のウインドシールド101に画像を投影する。本実施形態における非球面ミラー7は、筐体9に直接固定されている。
The
筐体9は、プロジェクタ3、非球面ミラー7等の車両用表示装置1を構成する種々の部品が組み付けられ、これらを収容するケースを構成するものである。筐体9は、絶縁性の樹脂材料等によって構成される。筐体9は、ウインドシールド101に向かう面に透明カバー9aを有する。非球面ミラー7により反射されたレーザ光11は、透明カバー9aを介してウインドシールド101に照射される。
The
上記構成を有する車両用表示装置1は、制御部10が走査ミラー36を駆動することで、走査領域60を走査可能領域6内において副走査方向に移動可能にし、アイポイント201に応じた位置に画像を投影できる目標走査領域と走査領域60とが重なるように、走査ミラー36を駆動する。例えば、アイポイント201aがアイポイント201bに変化した場合(図6)、走査領域60が副走査方向における下方向に移動することにより、図7に示すように、ウインドシールド101の第一投影領域103に投影されていた画像が第二投影領域104に移動する。
In the
以上説明したように、本実施形態に係る車両用表示装置1は、プロジェクタ3が、光源部30からのレーザ光11を、スクリーン5の被投影面5aの主走査方向に反射させつつ、副走査方向に反射させながら走査を行う走査ミラー36と、スクリーン5において、走査ミラー36による走査が可能な走査可能領域6より副走査方向において狭い走査領域60に画像を投影するように走査ミラー36を駆動する制御部10とを有する。制御部10は、走査ミラー36を駆動することで、走査領域60を走査可能領域6内において副走査方向に移動可能であり、車両100から得られるドライバ200のアイポイント201に応じた位置に画像を投影できる目標走査領域と走査領域とが重なるように、走査ミラー36を駆動する。
As described above, in the
上記構成を有する本実施形態に係る車両用表示装置1によれば、非球面ミラー7を動かすことなく画像の投影位置を変更することができる。また、非球面ミラー7を筐体9に固定することができ、車両100の振動等により非球面ミラー7の角度ずれを減らすことができる。また、非球面ミラー7を駆動するモータが不要となることから、低コスト化を図ることができると共に、モータの駆動音を減らすことができる。
According to the
また、本実施形態に係る車両用表示装置1は、アイポイント201の移動方向と副走査方向とが平行であり、目標走査領域が、アイポイント201の移動方向における変化量に応じて、副走査方向における位置が変化するので、例えば、ドライバ200のアイポイント201が変化した場合であっても、走査領域60を移動して好適な位置に画像を投影することができる。
Further, in the
[変形例]
なお、上記実施形態では、プロジェクタ3は、RGBの3つの光源を有しているが、これに限定されず、1つの光源であってもよい。また、プロジェクタ3は、複数のレーザ光をダイクロイックミラー34,35により合波して、1つのレーザ光を生成しているが、複数のレーザ光を合波可能なものであれば、これらの光学系に限定されるものではない。
[Modification example]
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、制御部10は、走査領域60の副走査方向の幅を設定しているが、画像の内容に応じて、走査領域60の幅を変更するように構成してもよい。例えば、走査領域60の走査幅を狭くすることにより、画像の明るさを明るくすることができるので、ドライバ200への注意喚起を促すことが可能となる。
Further, in the above embodiment, the control unit 10 sets the width of the
また、上記実施形態では、プロジェクタ3は、図1に示すように、一部が筐体9の外部に露出しているが、これに限定されず、全部が筐体9に収容されていてもよい。
Further, in the above embodiment, as shown in FIG. 1, a part of the
また、上記実施形態では、走査可能領域6は、スクリーン5の被投影面5aの全面に対して設定されているが、これに限定されることなく、例えば、被投影面5a内の走査可能領域6の周囲に非走査領域が設定されていてもよい。
Further, in the above embodiment, the
1 車両用表示装置
3 プロジェクタ
5 スクリーン
5a 被投影面
6 走査可能領域
7 非球面ミラー
9 筐体
9a 透明カバー
11 レーザ光
30 光源部
31 第1光源
32 第2光源
33 第3光源
34,35 ダイクロイックミラー
36 走査ミラー
37 ステージ部
38 ミラー部
60 走査領域
100 車両
101 ウインドシールド
103 第一投影領域
104 第二投影領域
110 虚像
200 ドライバ
201,201a,201b アイポイント
1
Claims (2)
前記投影器から出射された前記レーザ光に対応する前記画像が投影され、かつ前記レーザ光を透過する被投影部材と、
前記被投影部材を透過した前記レーザ光を反射して前記車両のウインドシールドに向けて反射する反射ミラーと、
を備え、
前記投影器は、
前記レーザ光を出力する少なくとも1つの光源と、
前記光源からの前記レーザ光を、前記被投影部材の被投影面の主走査方向に反射させつつ、前記主走査方向と直交する副走査方向に反射させながら走査を行う走査ミラーと、
前記被投影部材において、前記走査ミラーによる走査が可能な走査可能領域より前記副走査方向において狭い走査領域に前記画像を投影するように前記走査ミラーを駆動する走査ミラー駆動手段と、
を有し、
前記走査ミラー駆動手段は、
前記走査ミラーを駆動することで、前記走査領域を前記走査可能領域内において前記副走査方向に移動可能であり、
前記車両から得られる前記ドライバのアイポイントに応じた位置に前記画像を投影できる目標走査領域と前記走査領域とが重なるように、前記走査ミラーを駆動し、
前記目標走査領域は、
前記アイポイントの移動方向における変化量に応じて、前記走査ミラーの前記副走査方向の走査角を決定させることにより前記副走査方向における位置を変化する、
ことを特徴とする車両用表示装置。 A projector that emits laser light corresponding to the image to be visually recognized by the driver of the vehicle,
A projected member on which the image corresponding to the laser beam emitted from the projector is projected and transmitted through the laser beam.
A reflection mirror that reflects the laser beam transmitted through the projected member and reflects it toward the windshield of the vehicle.
Equipped with
The projector is
With at least one light source that outputs the laser beam,
A scanning mirror that scans while reflecting the laser beam from the light source in the main scanning direction of the projected surface of the projected member and in the sub-scanning direction orthogonal to the main scanning direction.
A scanning mirror driving means for driving the scanning mirror so as to project the image onto a scanning region narrower in the sub-scanning direction than the scannable region that can be scanned by the scanning mirror in the projected member.
Have,
The scanning mirror driving means is
By driving the scanning mirror, the scanning area can be moved in the sub-scanning direction within the scannable area.
The scanning mirror is driven so that the target scanning area where the image can be projected at the position corresponding to the eye point of the driver obtained from the vehicle and the scanning area overlap .
The target scanning area is
The position of the scanning mirror in the sub-scanning direction is changed by determining the scanning angle of the scanning mirror in the sub-scanning direction according to the amount of change in the moving direction of the eye point .
A display device for vehicles characterized by this.
請求項1に記載の車両用表示装置。 The moving direction of the eye point and the sub-scanning direction are parallel .
The vehicle display device according to claim 1.
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