JPWO2018199246A1 - Virtual image display device and display system for moving object - Google Patents
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Abstract
簡素な構成でありながら、危険信号等の追加情報を適切な認識が可能な程度に対象物に重畳表示させることができる虚像表示装置を提供する。描画デバイスである像形成素子11と、像形成素子11の像を拡大する拡大投影光学系である本体光学系13と、表示スクリーン20とを備える虚像表示装置100であって、像形成素子11を光軸AX方向に移動させることで投影距離を変化させる配置変更装置62と、像形成素子11及び配置変更装置62を連動させることにより、投影距離の異なる複数の表示像(虚像)IMを表示させる表示制御部18と、を備える。Provided is a virtual image display device which has a simple configuration and can superimpose and display additional information such as a danger signal on an object to the extent that appropriate recognition is possible. A virtual image display apparatus 100 including an image forming element 11 that is a drawing device, a main body optical system 13 that is an enlarged projection optical system that enlarges an image of the image forming element 11, and a display screen 20, wherein the image forming element 11 is A plurality of display images (virtual images) IM having different projection distances are displayed by linking the arrangement changing device 62 that changes the projection distance by moving in the optical axis AX direction with the image forming element 11 and the arrangement changing device 62. A display control unit 18.
Description
本発明は、視線の先に虚像を表示する虚像表示装置及び当該虚像表示装置を搭載する移動体用表示システムに関するものである。 The present invention relates to a virtual image display device that displays a virtual image ahead of a line of sight, and a display system for a moving object equipped with the virtual image display device.
従来のヘッドアップディスプレイ(HUD(Head-Up Display))装置は、虚像を運転者からある一定の距離だけ離れた位置に生成するのが一般的であり、HUDによる表示内容は、車速、カーナビゲーション情報等に限られていた。そもそもHUDを車に搭載する目的は、運転者の視線移動を最小限に抑えることで、より安全な運転を支援するものであるが、安全運転支援という意味においては、車速等の表示内容だけでは不十分であり、例えば前方の車、歩行者、障害物等をカメラやセンサー等で検知し、HUDを通して運転者に事前に危険を察知させて事故を未然に防ぐようなシステムの方がより好ましい。こういったシステムを実現するには、例えば車、人、障害物等のシースルー像(対象物)に対して危険信号その他の追加情報を重畳させて表示させることが考えられる。 2. Description of the Related Art Conventional head-up display (HUD) devices generally generate a virtual image at a position separated from a driver by a certain distance, and the display contents by the HUD include vehicle speed and car navigation. Information was limited. In the first place, the purpose of mounting a HUD on a car is to support safer driving by minimizing the driver's line of sight movement. However, in terms of safe driving support, it is not enough to display information such as vehicle speed alone. Insufficient, for example, a system that detects a car, a pedestrian, an obstacle, or the like in front of the vehicle with a camera or a sensor, and makes the driver sense the danger in advance through the HUD to prevent an accident is more preferable. . To realize such a system, for example, a danger signal or other additional information may be superimposed and displayed on a see-through image (object) such as a car, a person, and an obstacle.
上記のような危険信号を重畳させて表示するシステムにおいて、運転者から虚像までの距離が一定だと、運転者の目の位置がずれた場合に実物(対象物)の位置と危険信号(虚像)の位置とがずれてしまい、運転者が危険信号を誤認(つまり、対象物の位置を誤認)してしまうという課題がある。このような問題を解決する手法としては、実物(対象物)に対して虚像を奥行き方向も含めて重畳させることが考えられる。 In a system in which the danger signal is superimposed and displayed as described above, if the distance from the driver to the virtual image is constant, the position of the real object (object) and the danger signal (virtual image) are changed when the driver's eye position is shifted. ) Is deviated from the position, and the driver may erroneously recognize the danger signal (that is, erroneously recognize the position of the object). As a method of solving such a problem, it is conceivable to superimpose a virtual image on a real object (object) including the depth direction.
例えば特許文献1では、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーのような走査型の像形成手段と、スクリーンと、投影手段と、スクリーンの位置を変える可動手段とにより、虚像の位置を変化させる手法が開示されている。しかしながら、特許文献1の主たる目的は、車の速度に合わせて虚像位置を近づけたり、遠ざけたりして運転者の視線移動を少なくすることであり、危険信号と対象物とを重畳させて表示することを意図したものではない。また、特許文献1に記載の手法は、上記のような重畳表示が前提でないことから、危険信号と対象物との位置ずれに関するものでもない。 For example, Patent Document 1 discloses a method of changing the position of a virtual image by using a scanning image forming unit such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, a screen, a projection unit, and a movable unit that changes the position of the screen. It has been disclosed. However, the main purpose of Patent Literature 1 is to reduce the driver's line of sight by moving the virtual image position closer or farther in accordance with the speed of the vehicle, and display the danger signal and the target object in a superimposed manner. It is not intended. Further, the technique described in Patent Literature 1 does not presuppose the above-described superimposed display, and thus does not relate to the positional displacement between the danger signal and the object.
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、簡素な構成でありながら、上記のような追加情報を適切な認識が可能な程度に対象物に重畳表示させることができる虚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 view of the above background art, and has a simple configuration, but a virtual image display device capable of superimposing and displaying the above additional information on an object to such an extent that appropriate recognition is possible. The purpose is to provide.
また、本発明は、上記虚像表示装置を搭載した移動体用表示システムを提供することを目的とする。 Further, another object of the present invention is to provide a display system for a moving object equipped with the virtual image display device.
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した虚像表示装置は、描画デバイスと、描画デバイスの像を拡大する拡大投影光学系と、表示スクリーンとを備える虚像表示装置であって、描画デバイスを光軸方向に移動させることで投影距離を変化させる配置変更装置と、描画デバイス及び配置変更装置を連動させることにより、投影距離の異なる複数の虚像を表示させる表示制御部と、を備える。ここで、光軸とは、描画デバイスの中心と、アイボックスの中心と、虚像表示装置によって作られる描画デバイスの中心に対応する像点(虚像)とを通るものである。 In order to achieve at least one of the above-described objects, a virtual image display device according to an aspect of the present invention includes a drawing device, a virtual projection optical system that enlarges an image of the drawing device, and a virtual image including a display screen. A display device, wherein a layout changing device that changes a projection distance by moving a drawing device in an optical axis direction and a display that displays a plurality of virtual images having different projection distances by linking the drawing device and the layout changing device. A control unit. Here, the optical axis passes through the center of the drawing device, the center of the eye box, and an image point (virtual image) corresponding to the center of the drawing device created by the virtual image display device.
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した移動体用表示システムは、上述の虚像表示装置と、対象物の空間的な位置を検出する環境監視部と、を備える。 In order to achieve at least one of the above-described objects, a display system for a mobile object that reflects one aspect of the present invention includes the above-described virtual image display device and an environment monitoring unit that detects a spatial position of an object. , Is provided.
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る虚像表示装置移動体用表示システムの一実施形態について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a display system for a virtual image display device moving object according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1A及び1Bは、本実施形態の虚像表示装置100及びその使用状態を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。この虚像表示装置100は、例えばヘッドアップディスプレイ装置として車体2内に搭載されるものであり、描画ユニット10と表示スクリーン20とを備える。虚像表示装置100は、描画ユニット10中の後述する像形成素子11に表示されている画像情報を、表示スクリーン20を介して運転者(観察者)UN向けに虚像表示するものである。
1A and 1B are a schematic side sectional view and a front view illustrating a virtual
虚像表示装置100のうち描画ユニット10は、車体2のダッシュボード4内に埋め込むように設置されており、運転関連情報や危険信号等を含む画像に対応する表示光HKを表示スクリーン20に向けて射出する。表示スクリーン20は、コンバイナーとも呼ばれるハーフミラーであり、半透過性を有する凹面鏡又は平面鏡である。表示スクリーン20は、下端の支持によってダッシュボード4上に立設され、描画ユニット10からの表示光HKを車体2の後方に向けて反射する。つまり、図示の場合、表示スクリーン20は、フロントガラス(ウインドシールド)8とは別体で設置される独立型のものとなっている。ハーフミラーである表示スクリーン20で反射された表示光HKは、運転席6に座った運転者UNの瞳HT及びその周辺位置に対応するアイボックス(不図示)に導かれる。図1A及び図2に示すように、運転者UNは、表示スクリーン20で反射された表示光HK、つまり車体2の前方にある虚像としての表示像IMを観察することができる。一方、運転者UNは、ハーフミラーである表示スクリーン20を透過した外界光、つまり前方景色、自動車等の実像を観察することができる。結果的に、運転者UNは、表示スクリーン20の背後の外界像に重ねて、表示スクリーン20での表示光HKの反射によって形成される運転関連情報や危険信号等を含む表示像(虚像)IMを観察することができる。
The
図3に示すように、描画ユニット10は、本体光学系13と、本体光学系13を動作させる表示制御部18と、本体光学系13等を収納するハウジング14とを備える。これらのうち本体光学系13と表示スクリーン(コンバイナー)20とを組み合わせたものは、虚像表示光学系30を構成する。なお、図3等において座標軸XYZは、一般的な運転者UNの瞳HT間の位置に対応するアイボックスの中心を原点とするが、便宜上原点をシフトさせた状態で表示されている。
As shown in FIG. 3, the
本体光学系(投影光学系)13は、像形成素子11と、像形成素子11に形成された画像を虚像に変換する虚像形成光学系17とを備える。
The main body optical system (projection optical system) 13 includes the
像形成素子11は、2次元的な表示面11aを有する描画デバイス(表示部)である。像形成素子11の表示面11aに形成された像は、虚像形成光学系17等へ導かれる。この際、2次元表示が可能な像形成素子11を用いることで、表示像(虚像)IMの切換えを比較的高速とできる。像形成素子11は、液晶表示パネル(又は液晶ディスプレイ(LCD(liquid Crystal Display)))、液晶表示パネルに表示動作を行わせる表示駆動回路、液晶表示パネルを照明するための光を射出するLED(light emitting diode)その他の光源、かかる光源からの光を均一化する均一化光学系等を備える。描画デバイスとして液晶ディスプレイを用いることにより、装置を小型化することができる。また、LCDの配光角は広いため、視野角を広くすることができる。なお、像形成素子11は、例えば60fps以上、望ましくは240fps、さらに望ましくは1000fpsのフレームレートで動作する。これにより、異なる投影距離に複数の表示像IMが同時に表示されているように見せることが容易になる。
The
像形成素子11は、配置変更装置62に駆動されて例えば一定速度又は周期的な運動で光軸AXに沿って移動する。配置変更装置62によって像形成素子11を光軸AXに沿って移動させることで、虚像形成光学系17によって表示スクリーン(コンバイナー)20の背後に形成される虚像としての表示像IMと観察者である運転者UNとの距離を長く、又は短くすることができる。このように、投影される表示像IMの位置を前後に変化させるとともに、表示内容をその位置に応じたものとすることで、表示像IMまでの虚像距離又は投影距離を変化させつつ表示像IMを変化させることになり、一連の投影像としての表示像IMを3次元的なものとすることができる。ここで、光軸AXとは、描画デバイスである像形成素子11の中心と、アイボックスの中心と、虚像表示装置100によって作られる像形成素子(描画デバイス)11の中心に対応する像点(虚像)とを通るものである。像形成素子11の光軸AX方向の移動量は、20mm以下となっている。これにより、像形成素子11の移動を効率良く行うことができ、像形成素子11の応答性を向上させることができるとともに、虚像表示装置100の容積を少なくすることができる。また、配置変更装置62は、例えば15Hz以上の速度で像形成素子11を往復移動させる。この場合、観察者(運転者UN)の知覚を超える速さのため、観察者は投影距離の異なる虚像を略同時に認識することができる。
The
像形成素子11は、支持部材62aに支持されている。支持部材62aは、配置変更装置62の台座62bに光軸AX方向に沿った所定の範囲内で移動可能に取り付けられている。図4に示すように、像形成素子11が移動範囲の最も上流側に配置されたタイミングでは、この時点で像形成素子11に表示されている画像が、ハーフミラーである表示スクリーン(コンバイナー)20の背後の最も遠くに虚像として表示される。また、像形成素子11が移動範囲の最も下流側に配置されたタイミングでは、この時点で像形成素子11に表示されている画像が、ハーフミラーである表示スクリーン(コンバイナー)20の背後の最も近くに虚像として表示される。図4の例では、像形成素子11が移動範囲の最も上流側に配置されたタイミングにおける像形成素子11の位置(LCD位置T1)は、虚像距離が10mの場合、光軸AX方向に沿って後述する第1ミラー17aから相対的に遠ざかる方向に8.1mmの距離を有する位置である。また、像形成素子11が移動範囲の最も下流側に配置されたタイミングにおける像形成素子11の位置(LCD位置T2)は、虚像距離が3.5mの場合、光軸AX方向に沿って第1ミラー17aに相対的に近づく方向に7.7mmの距離を有する位置である。また、LCD位置T1,T2の中間のLCD位置T3は、虚像距離が5mの場合となっている。
The
虚像形成光学系17は、像形成素子11に形成された画像を表示スクリーン20と協働して拡大する拡大投影光学系であり、運転者UNの前方に虚像としての表示像IMを形成する。虚像形成光学系17は、少なくとも1枚のミラーで構成されるが、図示の例では2枚の第1及び第2ミラー17a,17bを含む。ここで、第1ミラー17aは、第1の反射体であって、光路前段にある像形成素子11側に配置されており、光学的なパワーを有する。また、第2ミラー17bは、光路後段にある表示スクリーン(コンバイナー)20側に配置されており、光学的なパワーを有する。第1及び第2ミラー17a,17bは、凸面、凹面、又は平面とでき、曲面の場合、球面に限らず、非球面、自由曲面等とすることができる。
The virtual image forming
ハウジング14は、表示光HKを通過させる開口14aを有し、この開口14aには、フィルム又は薄板状の光透過部材14bを配置することができる。
The
図5Aは、実施形態の虚像表示光学系30又は虚像表示装置100による表示を説明する概念的な平面図であり、図5Bは、図5Aに対応する表示の見え方を説明する図である。図5Aに示すように、運転者UNが観察している対象物(この場合、対向車線を走行する自動車)KTの位置又はその近傍に表示像IMである表示枠HWを形成する場合について説明する。このような表示枠HWは、危険警告信号その他の虚像であり、例えば前方に近接する自動車、自転車、歩行者等を識別した結果を示す。表示枠HWは、この場合、図5Aに示すように対象物KTの近傍に表示枠HWを投影しているので、図5Bに示すように、標準位置P0に居る運転者UNだけでなく、頭の位置を動かした変動位置P1に姿勢を変化させた運転者UNにも、対象物KTと表示枠HWとが略重なって略ずれなく見える。
FIG. 5A is a conceptual plan view illustrating display by the virtual image display
図6Aは、比較例の虚像表示光学系又は虚像表示装置による表示を説明する概念的な平面図であり、図6Bは、図6Aに対応する表示の見え方を説明する図である。図6Aに示すように、運転者UNが観察している対象物KTに関係なく、固定位置に表示像IMである表示枠HWを形成する場合について説明する。この場合、図6Aに示すように対象物KTのかなり手前に表示枠HWを投影しているので、図6Bに示すように、標準位置P0に居る運転者UNにとって、対象物KTと表示枠HWとが略重なって略ずれなく見えても、変動位置P1に姿勢を変化させた運転者UNにとって、表示枠HWが対象物KTに対して目の並ぶ横方向に大きく位置ずれして見えてしまい、表示枠HWを誤認する可能性が高まる。 FIG. 6A is a conceptual plan view illustrating display by a virtual image display optical system or a virtual image display device of a comparative example, and FIG. 6B is a diagram illustrating how the display corresponding to FIG. 6A looks. As shown in FIG. 6A, a case will be described in which a display frame HW, which is a display image IM, is formed at a fixed position regardless of the target object KT observed by the driver UN. In this case, the display frame HW is projected far in front of the target object KT as shown in FIG. 6A. Therefore, as shown in FIG. 6B, for the driver UN at the standard position P0, the target object KT and the display frame HW are displayed. And the driver UN changes the posture to the change position P1, the display frame HW appears to be greatly displaced in the horizontal direction in which the eyes are aligned with the object KT. , The possibility of misidentifying the display frame HW is increased.
図7は、移動体用表示システム200を説明するブロック図であり、移動体用表示システム200は、その一部として虚像表示装置100を含む。この虚像表示装置100は、図3に示す構造を有するものであり、ここでは説明を省略する。図7に示す移動体用表示システム200は、移動体である自動車等に組み込まれるものである。
FIG. 7 is a block diagram illustrating the
移動体用表示システム200は、虚像表示装置100のほかに、運転者検出部71と、環境監視部72と、主制御装置90とを備える。
The
運転者検出部71は、運転者UNの存在や視点位置を検出する部分であり、運転席用カメラ71aと、運転席用画像処理部71bと、運転席画像判断部71cとを備える。運転席用カメラ71aは、車体2内のダッシュボード4の運転席正面に設置されており(図1B参照)、運転者UNの頭部及びその周辺の画像を撮影する。運転席用画像処理部71bは、運転席用カメラ71aで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って運転席画像判断部71cでの処理を容易にする。運転席画像判断部71cは、運転席用画像処理部71bを経た運転席画像から対象物の抽出又は切り出しを行うことによって運転者UNの頭部や目を検出するとともに、運転席画像に付随する奥行情報から車体2内における運転者UNの頭部の存否とともに運転者UNの目の空間的な位置を算出する。
The
環境監視部72は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者等を識別する部分であり、外部用カメラ72aと、外部用画像処理部72bと、外部画像判断部72cとを備える。外部用カメラ72aは、車体2内外の適所に設置されており、運転者UN又はフロントガラス8の前方、側方等の外部画像を撮影する。外部用画像処理部72bは、外部用カメラ72aで撮影した画像に対して明るさ補正等の各種画像処理を行って外部画像判断部72cでの処理を容易にする。外部画像判断部72cは、外部用画像処理部72bを経た外部画像から対象物の抽出又は切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等の対象物KT(例えば図5A参照)の存否を検出するとともに、外部画像に付随する奥行情報から車体2前方における対象物KTの空間的な位置を算出する。ここで、対象物KTの空間的な位置とは、視野に対応する平面内の位置の他に、奥行き方向の位置を含めるものである。
The
なお、運転席用カメラ71aや外部用カメラ72aは、図示を省略しているが、例えば複眼型の3次元カメラである。つまり、両カメラ71a,72aは、結像用のレンズと、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)その他の撮像素子とを一組とするカメラ素子をマトリックス状に配列したものであり、撮像素子用の駆動回路をそれぞれ有する。各カメラ71a,72aを構成する複数のカメラ素子は、例えば奥行方向の異なる位置にピントを合わせるようになっており、或いは相対的な視差を検出できるようになっており、各カメラ素子から得た画像の状態(フォーカス状態、対象物の位置等)を解析することで、画像内の各領域又は対象物までの距離を判定できる。
Although not shown, the driver's
上記のような複眼型のカメラ71a,72aに代えて、2次元カメラと赤外距離センサーとを組み合わせたもの、又はレーザーセンサーを用いても、撮影した画面(死角画像)内の各部に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。また、複眼型のカメラ71a,72aに代えて、2つの2次元カメラを分離配置したステレオカメラによって、撮影した画面内の各部(領域又は対象物)に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。その他、単一の2次元カメラにおいて、焦点距離を高速で変化させながら撮像を行うことによっても、撮影した画面内の各部に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。
Even if a two-dimensional camera and an infrared distance sensor are combined or a laser sensor is used instead of the compound-
表示制御部18は、主制御装置90の制御下で虚像表示光学系30を動作させて、ハーフミラーである表示スクリーン(コンバイナー)20の背後に虚像距離又は投影距離が変化する3次元的な表示像IMを表示させる。つまり、表示制御部18は、像形成素子11及び配置変更装置62を連動させることにより、複数の表示像(虚像)IMを表示させる。表示制御部18は、主制御装置90を介して環境監視部72から受信した表示形状や表示距離又は位置情報を含む表示情報から、虚像表示光学系30に表示させる表示像IMを生成する。表示像IMは、例えば表示スクリーン20の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他の対象物KTに対して、その奥行き位置方向及びこれと直交する方向に関して周辺に位置する表示枠HW(図5B参照)のような標識とすることができる。表示制御部18は、環境監視部72から対象物KTの位置情報を受けて、表示スクリーン20に対応する対象物KTの画面内の位置に応じて表示像(虚像)IMを表示させる。これにより、運転者UNの視点にかかわらず、表示像(虚像)IMの位置を対象物KTの位置に対応させることができる。また、表示制御部18は、主制御装置90の制御下で、環境監視部72から対象物KTの位置情報を受けて、対象物KTの空間的な位置に合わせて投影距離を調整している。これにより、運転者UNの視点がずれても、表示像(虚像)IMの位置が変化する対象物KTの位置からずれることを防ぐことができる。また、表示制御部18は、配置変更装置62による像形成素子11の移動に同期して像形成素子11に画像を表示させる。これにより、投影距離の異なる各虚像についてその表示内容を変えることができ、各位置に存在する可能性のある対象物KTに対応する画像の表示が可能になる。
The
表示制御部18は、主制御装置90を介して運転者検出部71から運転者UNの存在や目の位置に関する検出出力を受け取る。これにより、虚像表示光学系30による表示像IMの投影の自動的な開始や停止が可能になる。また、運転者UNの目の空間的な位置に応じて表示像IMのみを明るくする、点滅する等の強調を行った投影を行うこともできる。
The
主制御装置90は、虚像表示装置100、環境監視部72等の動作を調和させる役割を有し、環境監視部72によって検出した対象物KTの空間的な位置に対応するように、虚像表示光学系30によって投影される表示枠HWの空間的な配置を調整する。
The
以下、図8を参照しつつ、虚像表示装置及び移動体用表示システムの動作について説明する。表示制御部18及び配置変更装置62等は、例えば運転者検出部71における運転者UNの目の位置に関する検出出力等を受け取ることで動作が開始される。
Hereinafter, the operations of the virtual image display device and the display system for a moving object will be described with reference to FIG. The operation of the
まず、虚像表示装置100を初期化する(ステップS11)。具体的には、主制御装置90の制御下で、配置変更装置62を動作させて、像形成素子11の位置を初期位置に移動させる。既に説明したように、像形成素子11は、光軸AX方向に沿って所定の範囲を移動可能となっており、移動範囲の最も下流側から最も上流側の範囲のうち、例えば最も上流側の位置を初期位置としている。また、初期位置を基準として一定周期における像形成素子11に画像を表示するタイミングと配置変更装置62の動作タイミングとを同期させる。
First, the virtual
次に、対象物KTを探索する(ステップS12)。具体的には、主制御装置90の制御下で、環境監視部72を動作させて、対象物KTの存否を検出する。
Next, the object KT is searched (step S12). Specifically, under the control of the
次に、表示スクリーン20の表示領域(又は画面)内の対象物KTを検出する(ステップS13)。具体的には、主制御装置90の制御下で、環境監視部72を動作させて、対象物KTの空間的な位置(XYZ座標の位置)を検出する。
Next, the target object KT in the display area (or screen) of the
次に、対象物KTの空間的な位置、特に運転者UNの瞳HTから対象物KTまでの距離から像形成素子11に画像を表示するタイミングと虚像の表示位置とを決定する(ステップS14)。具体的には、主制御装置90において、環境監視部72で算出された対象物KTの位置データ等から画像を表示するタイミングと虚像の表示位置とを決定する。タイミングについては、Z方向に関係するものであり、表示位置については、XY方向に関係するものである。つまり、対象物KTがどの距離にあるかによって像形成素子11に表示枠HW等の画像を表示させるタイミングが決定する。
Next, the timing for displaying an image on the
次に、ステップS14で決定したタイミング及び位置の情報に基づいて、画像を像形成素子11に表示させる(ステップS15)。具体的には、主制御装置90の制御下で、表示制御部18を動作させて、像形成素子11に所定のタイミングで所定の画像を表示させる。この際、表示制御部18は、主制御装置90の制御下に基づく配置変更装置62による像形成素子11の移動に同期して像形成素子11に画像を表示させている。表示スクリーン20に対応する画面内であれば、複数の対象物KTに対応する表示像(虚像)IMとして例えば表示枠HWを表示することができる。
Next, an image is displayed on the
ステップS15の後、移動体用表示システムの動作を継続する場合(ステップS16のYes)、ステップS12に戻る。 After step S15, when the operation of the display system for a mobile object is continued (Yes in step S16), the process returns to step S12.
以上で説明した虚像表示装置及び移動体用表示システムは、描画デバイスである像形成素子11及び配置変更装置62を連動させることにより、運転者(観察者)UNが表示像(虚像)IMを3次元的に認識できるように、投影距離の異なる複数の表示像(虚像)IMを表示させることができる。像形成素子11を光軸AX方向に移動させることで、その対象物KTに対して表示像(虚像)IMを奥行方向も含めて重畳させることができる。これにより、対象物KTが遠方から近傍までの範囲に存在する場合でも、観察者(運転者UN)の目の位置による対象物KTと表示像(虚像)IMとのずれが低減され、より安全な運転支援システムを実現することができる。したがって、運転者の視点がずれても危険信号等の表示像(虚像)IMと実物(対象物KT)との位置関係がずれないため、運転者UNの誤認を防ぐことができる。
In the virtual image display device and the moving object display system described above, the driver (observer) UN changes the display image (virtual image) IM to 3 by associating the
〔実施例〕
以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施例を示す。
以下に示す実施例のデータにおいて、Si(i=0,1,2,3,…)は、表示像IMを形成する虚像面側から数えてi番目の面(表示像IMの虚像面を第0番目の面とする)を示している。虚像面に対応する第0面S0に続く第1及び第2面S1,S2は、仮想的な面であり、第3面S3は、瞳HTに相当する(図4参照)。〔Example〕
Hereinafter, specific examples of the head-up display device according to the present invention will be described.
In the data of the embodiment described below, Si (i = 0, 1, 2, 3,...) Is the i-th surface (the virtual image surface of the display image IM is the 0th plane). The first and second surfaces S1 and S2 following the zeroth surface S0 corresponding to the virtual image surface are virtual surfaces, and the third surface S3 corresponds to the pupil HT (see FIG. 4).
各面Siの配置は、面頂点座標(x,y,z)と回転角度(ADE)とでそれぞれ特定される。各面Siの面頂点座標は、その面頂点をローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点として、グローバルな直交座標系(x,y,z)におけるローカルな直交座標系(X,Y,Z)の原点の座標(x,y,z)で表されている(単位はmm)。また、各面Siの傾きは、その面頂点を中心とするX軸回りのADE又は回転角度(α回転)で表されている。また、各面Siの傾きは、その面頂点を中心とするY軸回りのBDE又は回転角度(β回転)でも表されている。なお、回転角度の単位は、°であり、X軸の正方向から見て時計回りの方向がα回転の回転角度の正方向とし、Y軸の正方向から見て時計回りの方向がβ回転の回転角度の正方向とする。また、グローバルな直交座標系(x,y,z)は、瞳HT又は瞳面(第3面S3)のローカルな直交座標系(X,Y,Z)と一致した絶対座標系になっている。すなわち、各面Siの配置データは、瞳面中心を原点としたグローバル座標系で表現される。なお、瞳面(第3面S3)では、表示スクリーン20から瞳HTに向かう方向が+Z方向又は+z方向であり、瞳HTに対して上方向が+Y方向又は+y方向であり、表示スクリーン(コンバイナー)20から瞳HTに向かう方向から見て左方向が+X方向又は+x方向である。
The arrangement of each surface Si is specified by the surface vertex coordinates (x, y, z) and the rotation angle (ADE). The surface vertex coordinates of each surface Si are determined by using the surface vertex as the origin of the local rectangular coordinate system (X, Y, Z), and using the local rectangular coordinate system (X, y, z) in the local rectangular coordinate system (X, y, z). It is represented by the coordinates (x, y, z) of the origin of (Y, Z) (the unit is mm). The inclination of each surface Si is represented by an ADE or a rotation angle (α rotation) about the X axis centered on the surface vertex. The inclination of each surface Si is also represented by a BDE or a rotation angle (β rotation) around the Y axis centered on the surface vertex. The unit of the rotation angle is °, and the clockwise direction as viewed from the positive direction of the X axis is the positive direction of the rotation angle of α rotation, and the clockwise direction as viewed from the positive direction of the Y axis is β rotation. Is the positive direction of the rotation angle. The global rectangular coordinate system (x, y, z) is an absolute coordinate system that matches the local rectangular coordinate system (X, Y, Z) of the pupil HT or the pupil plane (third surface S3). . That is, the arrangement data of each surface Si is expressed in a global coordinate system with the origin at the center of the pupil plane. In the pupil plane (third surface S3), the direction from the
各実施例において、虚像形成光学系17に対応する第5面S5及び第6面S6は、自由曲面であり、その自由曲面形状は、光学面の頂点を原点とし、光軸方向にZ軸をとり、Z軸に平行な面のサグ量Zとして以下の「数1」で表す。
〔数1〕
ただし、
Z :Z軸に平行な面のサグ量
c :頂点曲率(c=1/R)
k :円錐定数又はコーニック定数
Cj:XmYnの係数
R :Y曲率半径In each embodiment, the fifth surface S5 and the sixth surface S6 corresponding to the virtual image forming
[Equation 1]
However,
Z: sag amount of a surface parallel to the Z axis c: vertex curvature (c = 1 / R)
k: conic constant or conic constant C j: X m Y coefficient n R: Y radius of curvature
以下、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の具体的な実施例を説明する。 Hereinafter, specific examples of the head-up display device of the present invention will be described.
〔実施例1〕
実施例1のヘッドアップディスプレイ装置の基本的な仕様を以下の表1に示す。
〔表1〕
[Example 1]
Table 1 below shows the basic specifications of the head-up display device according to the first embodiment.
[Table 1]
実施例1の光学面等のデータを以下の表2に示す。
〔表2〕
Table 2 below shows data on the optical surface and the like of Example 1.
[Table 2]
実施例1のミラー部分の面データを以下の表3に示す。表中の「*」は積を表し、「^」はべき乗を表すものとする。
〔表3〕
Table 3 below shows the surface data of the mirror portion of the first embodiment. In the table, “*” represents a product, and “^” represents a power.
[Table 3]
以上では、具体的な実施形態としての虚像表示装置について説明したが、本発明に係る虚像表示装置は、上記のものには限られない。例えば、上記実施形態において、虚像表示装置100の配置を上下反転させて、フロントガラス8の上部又はサンバイザー位置に表示スクリーン20を配置することもできる。この場合、描画ユニット10の斜め下方前方に表示スクリーン20が配置される。上記実施形態では表示スクリーン20を平面としたが、曲面でも、曲面をさらに傾けたものでも、対称性をもたない自由曲面であってもよい。
Although the virtual image display device as a specific embodiment has been described above, the virtual image display device according to the present invention is not limited to the above. For example, in the above embodiment, the arrangement of the virtual
上記実施形態において、表示スクリーン20の輪郭は、矩形に限らず、様々な形状とすることができる。
In the above-described embodiment, the outline of the
図3等に示す本体光学系13は、単なる例示であり、これら本体光学系13の光学的構成については適宜変更することができる。例えば、虚像形成光学系17の光路中において、光学的なパワーを持たない1つ以上のミラーを配置していてもよい。この場合、折り返しによる描画ユニット10等の小型化に有利になる場合もある。
The main body
上記実施形態において、表示像(虚像)IMの表示位置は、離散的に設定することができるし、連続的又は断続的に設定することもできる。 In the above embodiment, the display position of the display image (virtual image) IM can be set discretely, or can be set continuously or intermittently.
また、上記実施形態において、描画デバイスとして、LCDを用いたが、他の種類の表示素子、例えば有機ELを用いてもよい。この場合、有機ELの配光角は広く、視野角を広くすることができ、虚像表示装置100を軽量化することができる。
In the above embodiment, the LCD is used as the drawing device, but another type of display element, for example, an organic EL may be used. In this case, the light distribution angle of the organic EL is wide, the viewing angle can be widened, and the virtual
また、上記実施形態において、虚像形成光学系17には、2枚のミラーを設けたが、1枚又は3枚以上のミラーを設けてもよい。また、ミラーを省略してもよい。また、ミラーの光学面は対称性がある自由曲面としているが、これに限るものではなく、対称性をもたない自由曲面でもよい。
In the above embodiment, the virtual image forming
また、上記実施形態において、コンバイナーを設けずに、フロントウインドウを形成するフロントガラス8又はウインドシールドの運転席正面に設けた矩形の反射領域の内側に表示スクリーン20を貼り付けてもよい。なお、表示スクリーン20は、フロントガラス8内に埋め込むこともできる。
In the above-described embodiment, the
以上で説明した虚像表示装置100は、自動車やその他移動体に搭載される投影装置に限らず、デジタルサイネージ等に組み込むことができるが、これら以外の用途に適用することもできる。
The virtual
Claims (10)
前記描画デバイスを光軸方向に移動させることで投影距離を変化させる配置変更装置と、
前記描画デバイス及び前記配置変更装置を連動させることにより、前記投影距離の異なる複数の前記虚像を表示させる表示制御部と、
を備える虚像表示装置。A drawing device, an enlarged projection optical system for enlarging an image of the drawing device, and a virtual image display device including a display screen,
An arrangement changing device that changes the projection distance by moving the drawing device in the optical axis direction,
A display control unit that displays the plurality of virtual images having different projection distances by linking the drawing device and the arrangement changing device;
A virtual image display device comprising:
前記対象物の空間的な位置を検出する環境監視部と、
を備える移動体用表示システム。A virtual image display device according to any one of claims 1 to 9,
An environment monitoring unit that detects a spatial position of the object,
A display system for a mobile body comprising:
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