JPWO2019230198A1 - 位置調整装置およびそれを備えた投影システム - Google Patents

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Abstract

位置調整装置(60)は、第1の取り付け台(71b)と、第2の取り付け台(66a)と、移動機構と、加速度センサ(61)と、信号出力部(72)とを備える。位置調整装置(60)は、移動体(200)の姿勢の変動を検出する姿勢検出装置(40)の、移動体(200)への取り付け位置を調整するのに用いられる。第1の取り付け台(71b)は、移動体(200)の一部に取り付けられる。第2の取り付け台(66a)は、姿勢検出装置(40)に取り付けられる。移動機構は、第1の取り付け台(71b)に対して第2の取り付け台(66a)を、互いに直交する第1の軸、第2の軸、および第3の軸からなる3つの軸方向のうち少なくとも1つの方向に回転移動させる。加速度センサ(61)は、第2の取り付け台(66a)上に配置される。信号出力部(72)は、加速度センサ(61)からの検出信号を外部に出力する。

Description

本開示は、車両などの移動体の姿勢を検出するセンサの取り付け位置を調整する位置調整装置およびそれを備えた投影システムに関する。
特許文献1は、ヘッドアップディスプレイ(HUD)装置を用いて、拡張現実(AR)表示を行う車両情報投影システムを開示している。HUD装置は、車両のフロントガラスに虚像を表す光を投影することで、車両の乗員である視認者に、車両の外界の実景とともに虚像を視認させている。例えば、車両の案内経路を表す虚像を実景内の表示対象(例えば、道路)に対応付けて表示する。これにより、乗員は、実景を視認しながら案内経路を確認することができる。車両情報投影システムは、車速センサを備え、加速度に応じて虚像の表示位置を補正している。これにより、車両の急減速および急加速時に、虚像の位置ずれが生じることを抑制している。
特許第6201690号公報 特開平5−318250号公報 特開2016−78162号公報 特開2016−82138号公報 特開2015−460号公報
本開示は、車両などの移動体の姿勢を検出するセンサの取り付け位置を高精度に調整することができる、位置調整装置、およびそれを備えた投影システムを提供する。
本開示の位置調整装置は、第1の取り付け台と、第2の取り付け台と、移動機構と、加速度センサと、信号出力部とを備える。位置調整装置は、移動体の姿勢の変動を検出する姿勢検出装置の、移動体への取り付け位置を調整するのに用いられる。第1の取り付け台は、移動体の一部に取り付けられる。第2の取り付け台は、姿勢検出装置に取り付けられる。移動機構は、第1の取り付け台に対して第2の取り付け台を、互いに直交する第1の軸、第2の軸、および第3の軸からなる3つの軸方向のうち少なくとも1つの方向に回転移動させる。加速度センサは、第2の取り付け台上に配置される。信号出力部は、加速度センサからの検出信号を外部に出力する。
本開示の一態様の投影システムは、姿勢検出装置と、投影装置と、上述の位置調整装置とを備える。姿勢検出装置は、移動体の姿勢を検出する。投影装置は、姿勢検出装置からの検出結果を参照して投影位置を補正しながら移動体情報を投影する。位置調整装置は、姿勢検出装置の移動体に対する取り付け姿勢を調整するのに用いられる。
本開示の別態様の投影システムは、姿勢検出装置と、投影装置と、上述の位置調整装置と、補正処理装置とを備える。投影装置は、姿勢検出装置からの検出結果を参照して投影位置を補正しながら移動体情報を投影する。位置調整装置は、姿勢検出装置の移動体に対する取り付け姿勢を調整するのに用いられる。補正処理装置は、加速度センサからの検出信号を受信して、姿勢検出装置の移動体への取付け位置を算出する。位置調整装置の移動機構は、第1の軸を中心として第2の取り付け台を回転移動させる第1回転機構と、第2の軸を中心として第2の取り付け台を回転移動させる第2回転機構と、第1回転機構と第2回転機構とをそれぞれ駆動する駆動部とを備える。位置調整装置は、駆動部を制御する駆動制御部を含み、補正処理装置によって算出された取り付け位置と所定の調整値とを比較する。駆動制御部は、位置調整装置の比較した結果に応じて、駆動部を制御する。
本開示によれば、車両などの移動体の姿勢を検出するセンサの取り付け位置を高精度に調整するための位置調整装置を提供することができ、さらに、移動体の姿勢検出精度が向上した、投影システムを提供することができる。
位置調整装置を適用した投影システムを説明するための図 実施の形態1に係る投影システムを示すブロック図 車両へのジャイロセンサの取り付け精度と姿勢検出精度との関係を説明するための図 実施の形態1に係る車両への姿勢検出装置の取り付け構造を説明するための図 実施の形態1に係る位置調整装置の構成を示す斜視図 実施の形態1に係る位置調整装置の各構成要素を示す図 実施の形態1に係る位置調整の流れを示すフローチャート 加速度センサ値から角度を計算する方法を説明するための図 実施の形態2に係る投影システムを示すブロック図 実施の形態2に係る位置調整装置の構成を説明する展開図 実施の形態2に係る位置調整の流れを示すフローチャート 実施の形態2の変形例に係る投影システムを示すブロック図
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、発明者(ら)は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
(実施の形態1)
以下、実施の形態1について、図面を参照しながら説明する。まず、本開示の位置調整装置を適用した投影システム100の構成を説明する。第1実施形態では、移動体が自動車などの車両であり、投影システムが車両のフロントガラスの前方に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ(HUD)システムである場合を例にして説明する。
1−1.投影システムの構成
図1は、本開示の位置調整装置を適用した投影システム100を説明するための図である。図1において、車両200のロール軸をX軸とし、車両200のピッチ軸をY軸とし、車両200のヨー軸をZ軸としている。すなわち、X軸は、Y軸およびZ軸と直交し、虚像Ivを視認する乗員Dの視線方向に沿った軸である。Y軸は、虚像Ivを視認する乗員Dから見て左右方向に沿った軸である。Z軸は、車両200の高さ方向に沿った軸である。
投影システム100は、車両200のフロントガラス210の前方の実景に虚像Ivを重畳する、所謂、拡張現実(AR)表示を行うHUDシステムである。虚像Ivは、所定の情報を示す。例えば、虚像Ivは、目的地へ案内するための経路、目的地への到達予想時刻、進行方向、速度、種々の警告などを示す図形および文字である。投影システム100は、車両200に設置され、虚像Ivを表す表示光Lcを車両200のフロントガラス210の表示領域220内に投影する。本実施形態において、表示領域220は、フロントガラス210の一部の領域である。なお、表示領域220は、フロントガラス210の全領域であってもよい。表示光Lcは、フロントガラス210によって、車内の方向に反射される。これにより、車両200内の乗員(視認者)Dは、反射された表示光Lcを、車両200の前方にある虚像Ivとして視認する。
投影システム100は、投影装置10、情報取得装置20、表示処理装置30、姿勢検出装置40、および補正処理装置50を含む。
投影装置10は、虚像Ivを表す表示光Lcを表示領域220内に投影する。投影装置10は、例えば、虚像Ivの画像を表示する液晶表示素子、液晶表示素子を照明するLEDなどの光源、液晶表示素子が表示する画像の表示光Lcを表示領域220に反射するミラーおよびレンズなどを含む。投影装置10は、例えば、車両200のダッシュボード内に設置される。
情報取得装置20は、車両200の位置および車外の情報を取得する。具体的には、情報取得装置20は、車両200の位置を測定して位置を示す位置情報を生成する。情報取得装置20は、さらに、対象物、および対象物までの距離などを示す車外情報を取得する。対象物は、人、標識、道路などである。情報取得装置20は、車両200の位置情報および車外情報を含む車両関連情報を出力する。
表示処理装置30は、情報取得装置20から得られる車両関連情報に基づいて、虚像Ivの表示を制御し、虚像Ivの画像データを投影装置10に出力する。また、表示処理装置30は、補正処理装置50から得られる虚像Ivの表示位置の補正量に基づいて、虚像Ivの表示を制御する。補正量については、後述する。表示処理装置30は、車両関連情報に基づいて、虚像Ivの表示を制御してもよい。
姿勢検出装置40は、車両200の姿勢変動を検出する。
補正処理装置50は、姿勢検出装置40によって検出された車両200の姿勢変動に基づいて、虚像Ivの表示位置の補正量を算出する。
図2は、投影システム100の内部構成を示すブロック図である。本実施の形態に係る投影システム100は、位置調整装置60および通知装置80をさらに備える。
情報取得装置20は、地理座標系における車両200の現在地を示す位置を検出するGPS(Global Positioning System)モジュール21を含む。具体的には、GPSモジュール21は、GPS衛星からの電波を受信して、受信した地点の緯度および経度を測位する。GPSモジュール21は、測位した緯度および経度を示す位置情報を生成する。情報取得装置20は、さらに、外景を撮像して撮像データを生成するカメラ22を含む。情報取得装置20は、例えば、撮像データから対象物を特定し、対象物までの距離を測定する。情報取得装置20は、対象物および対象物までの距離を示す情報を車外情報として生成する。情報取得装置20は、位置情報および車外情報を含む車両関連情報を表示処理装置30に出力する。なお、カメラ22によって生成された撮像データが表示処理装置30に出力されてもよい。
表示処理装置30は、通信部31、表示制御部32、および記憶部33を含む。
通信部31は、所定の通信規格(例えば、LAN、Wi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、USB、HDMI(登録商標)、CAN(controller area network)、SPI(Serial Peripheral Interface))に準拠して外部機器との通信を行う回路を含む。
表示制御部32は、半導体素子などで実現可能である。表示制御部32は、例えば、マイコン、CPU、MPU、GPU、DSP、FPGA、ASICで構成することができる。表示制御部32の機能は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。表示制御部32は、記憶部33に格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、所定の機能を実現する。
記憶部33は、表示処理装置30の機能を実現するために必要なプログラムおよびデータを記憶する記憶媒体である。記憶部33は、例えば、ハードディスク(HDD)、SSD、RAM、DRAM、強誘電体メモリ、フラッシュメモリ、磁気ディスク、またはこれらの組み合わせによって実現できる。
記憶部33には、虚像Ivを表す複数の画像データ33iが格納されている。表示制御部32は、情報取得装置20から得られる車両関連情報に基づいて、表示する虚像Ivを決定する。表示制御部32は、決定した虚像Ivの画像データ33iを記憶部33から読み出して、投影装置10に出力する。さらに、表示制御部32は、虚像Ivの表示位置を設定する。表示制御部32は、虚像Ivを表示するか否かまたは表示中か否かを示す表示情報を補正処理装置50に出力する。
姿勢検出装置40は、角速度を検出するジャイロセンサ41を含む。ジャイロセンサ41は、検出した角速度を、車両200の姿勢変動を示す姿勢変動情報として補正処理装置50に出力する。ジャイロセンサ41は、互いに直交する3つの軸を有するセンサである。
位置調整装置60は、姿勢検出装置40と車両200との間に配置される。位置調整装置60は、車両200に対する姿勢検出装置40の取り付け角度を調整するために使用される。位置調整装置60は、車両200に対する姿勢検出装置40の取り付け角度を検出する。位置調整装置60の構成の詳細については、後述する。
補正処理装置50は、通信部51と補正制御部52と位置算出部53とを含む。
通信部51は、所定の通信規格(例えばLAN、Wi−Fi(登録商標)、Bluetooth(登録商標)、USB、HDMI(登録商標)、CAN(controller area network)、SPI(Serial Peripheral Interface))に準拠して外部機器との通信を行う回路を含む。
補正制御部52は、半導体素子などで実現可能である。補正制御部52は、例えば、マイコン、CPU、MPU、GPU、DSP、FPGA、ASICで構成することができる。表示制御部32の機能は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。補正制御部52は、補正処理装置50内の図示しない記憶部に格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、所定の機能を実現する。
補正制御部52は、機能的構成として、ずれ量算出部52aおよび補正量算出部52bを含む。
ずれ量算出部52aは、姿勢検出装置40が出力する姿勢変動情報に基づいて、車両200の姿勢(角度のずれ量)を算出する。例えば、ずれ量算出部52aは、ジャイロセンサ41が検出した角速度を積分演算することによって、車両200の3軸方向の角度(ロール角、ピッチ角、およびヨー角)を算出する。これにより、図1に示すX軸(ロール軸)、Y軸(ピッチ軸)、およびZ軸(ヨー軸)を中心とした回転方向(ロール方向、ピッチ方向およびヨー方向)における車両200のずれ量(角度)を算出することができる。なお、本実施形態では、3軸方向の全ての角度を算出するが、1軸または2軸方向の角度を算出してもよい。例えば、Y軸およびZ軸方向の角度のみを算出してもよい。
補正量算出部52bは、車両200の姿勢(角度のずれ量)に応じて、虚像Ivの表示位置の補正量を算出する。具体的には、補正量算出部52bは、ずれ量算出部52aが算出した角度(ピッチ角およびヨー角)のずれ量を画素数に換算して、ずれている分の画素数(以下、「ずれ画素数」ともいう)を元に戻すような補正量を決定する。ロール角については、角度のまま出力される。例えば、ずれ量算出部52aは、ロール角のずれ量を元に戻すような補正量を決定する。本実施形態では、補正量は、Y軸方向およびZ軸方向における画素数によって示される。補正量算出部52bは、算出した補正量を表示処理装置30に出力する。
位置算出部53は、位置調整装置60からの信号に基づいて、姿勢検出装置40の取り付け角度を算出する。位置算出部53は、半導体素子などで実現可能である。位置算出部53は、例えば、マイコン、CPU、MPU、GPU、DSP、FPGA、ASICで構成することができる。位置算出部53は、機能的構成として、補正制御部52に含まれてもよい。表示処理装置30と補正処理装置50は、通信部31,51により、双方向に通信する。表示処理装置30は、補正処理装置50に表示情報を出力する。補正処理装置50は、表示処理装置30に補正量を出力する。
通知装置80は、表示器を備え、作業者に所定の通知を表示する。所定の通知については、後述する。
1−2.本開示の課題について
図3は、車両200に対するジャイロセンサ41の取り付け精度と姿勢検出精度との関係を説明するための図である。ジャイロセンサ41は、互いに直交するXs,Ys,Zs軸を有するセンサである。投影システムにおいて、ジャイロセンサ41は、そのXs,Ys,Zs軸がそれぞれ、車両200のX,Y,Z軸に対して平行になるように取り付けられる必要がある。
図3(a)は、ジャイロセンサ41が車両200に正しく取り付けられた、すなわちそのXs,Ys,Zs軸がそれぞれ、車両200のX,Y,Z軸に対して平行であるように取り付けられた状態を示す。図3(b)は、ジャイロセンサ41が図3(a)の姿勢から、Xs軸を中心に角度θだけずれて車両200に取り付けられた状態を示す。
図3(a)では、ジャイロセンサ41は、車両200のX軸を中心とした回転方向(ロール方向)の角速度をXs軸回りのみで検出する。ジャイロセンサ41は、Y軸を中心とした回転方向(ピッチ方向)の角速度をYs軸回りのみで検出する。ジャイロセンサ41は、Z軸を中心とした回転方向(ヨー方向)の角速度をZs軸回りのみで検出する。
これに対して、図3(b)では、ジャイロセンサ41は、X軸を中心とした回転方向の角速度をXs軸回りのみで検出する。しかしながら、ジャイロセンサ41がXs軸を中心に傾いているので、Y軸を中心とした回転方向の角速度は、Ys軸回りおよびZs軸回りに分解されて検出される。同様に、Z軸を中心とした回転方向の角速度は、Ys軸回りおよびZs軸回りに分解されて検出される。
したがって、図3(b)に示すジャイロセンサ41では、車両200のY軸を中心とした回転方向、およびZ軸を中心とした回転方向の動作を正確に検出することができない。それ故、補正処理装置50は、車両200のずれ量を正確に算出することができず、図1の虚像Ivは、実景内の所定の表示対象に対してずれて表示されることがある。特に、車両200の走行時において、Z軸(ヨー軸)を中心とした回転方向(ヨー方向)の車両200の角速度は、一般的に、Y軸(ピッチ軸)を中心とした回転方向(ピッチ方向)の車両200の角速度よりもかなり大きな値になる。そのため、図3(b)に示すように、ジャイロセンサ41が角度θだけずれて車両に200に取り付けられていると、ジャイロセンサ41は、Ys軸回りの角速度の検出において、Z軸回りの角速度の一部を、Y軸回りの角速度であると誤検出してしまう。そのため、Y軸を中心とした回転方向の車両200の角速度を検出するジャイロセンサ41を、車両200へ取り付ける際には、取付け角度に高い精度が要求される。
そこで、本実施の形態では、車両200に対して正しい姿勢でジャイロセンサ41が取り付けられるように、位置調整装置60を設けている。すなわち、図4に示すように、姿勢検出装置40は、位置調整装置60を介して車両200のフレームに固定される。位置調整装置60は所定の方向に動作するように構成され、姿勢検出装置40の車両200への取り付け角度を調整できるように構成される。
1−3.位置調整装置の構成
位置調整装置60は、ロール角、ピッチ角、およびヨー角方向に回転して、X軸、Y軸、およびZ軸方向に動作することによって、姿勢検出装置40の車両200への取り付け角度を調整するための装置である。X軸は第1の軸の一例であり、Y軸は第2の軸の一例であり、Z軸は第3の軸の一例である。位置調整装置60は、図2に示すように、加速度センサ61と、加速度センサ61からの検出信号を外部に出力するための信号出力部72とを備える。
加速度センサ61は、互いに直交するXa,Ya,Za軸を有する3軸センサである。姿勢検出装置40は、ジャイロセンサ41のXs軸とYs軸とを含む平面(以下、「XsYs平面」と称する)が、加速度センサ61のXa軸とYa軸とを含む平面(以下、「XaYa平面」と称する)に対して平行であるように位置調整装置60に固定される。
取り付け角度の調整において、ジャイロセンサ41のヨー角は、姿勢検出装置40の外形に基づいて、ジャイロセンサ41のXs,Ys軸が車両200のX,Y軸に対してそれぞれ平行であるように調整される。ジャイロセンサ41のロール角およびピッチ角は、加速度センサ61が検出した重力加速度に基づいて、加速度センサ61のXaYa平面が車両200のX軸とY軸とを含む平面(以下、「XY平面」と称する)に対して平行になるように調整される。
信号出力部72は、検出信号を有線で送信するための出力端子や、検出信号を無線で送信する信号送信部である。
以下、位置調整装置60の具体的な構成を説明する。
図5は、位置調整装置60の構成を示す斜視図である。位置調整装置60は、第3回転機構66、第2回転機構67、第1回転機構68、第1スライド機構69、第2スライド機構70、第3スライド機構71、加速度センサ61、および信号出力部72を備える。第3回転機構66、第2回転機構67、第1回転機構68、第1スライド機構69、第2スライド機構70、および第3スライド機構71は、移動機構の一例である。第3スライド機構71の上に、第2スライド機構70、第1スライド機構69、第1回転機構68、第2回転機構67、第3回転機構66が順に積載されている。加速度センサ61および信号出力部72は、第3回転機構66に配置される。第3スライド機構71は、車両200に固定される。第3回転機構66の上に、姿勢検出装置40が固定される。ここで、図4に示すように、ジャイロセンサ41の検出軸であるXs,Ys,Zs軸が、それぞれ、加速度センサ61の検出軸であるXa,Ya,Za軸と平行になるように、姿勢検出装置40は第3回転機構66に配置される。
第3回転機構66、第2回転機構67、第1回転機構68はそれぞれ、姿勢検出装置40の姿勢をヨー角、ピッチ角、ロール角方向に調整する機構である。第1スライド機構69、第2スライド機構70、第3スライド機構71はそれぞれ、姿勢検出装置40の位置をZ軸、Y軸、X軸方向に調整する機構である。
図6は、位置調整装置60の各構成要素を示す図である。
図6(a)は、第3回転機構66を示す。第3回転機構66は、加速度センサ61と、信号出力部72と、回転ステージ66aと、基台66bと、操作部66cと、信号出力部72とを備える。回転ステージ66aは、第2の取り付け台の一例である。
回転ステージ66aは、その主面の法線に対して平行な軸を中心に回転するように基台66bの上に配置される。加速度センサ61は、そのXaYa平面が回転ステージ66aの主面に対して平行であるように、かつ、そのZa軸が回転ステージ66aの主面の法線に対して平行であるように、基台66b上に配置される。回転ステージ66aは、操作部66cを操作することにより回転する。
図6(b)は、第2回転機構67を示す。第2回転機構67は、基台67bと、回転ステージ67aと、操作部67cとを備える。回転ステージ67aは、基台67bに対して矢印方向に回転する。回転ステージ67aは、操作部67cを操作することにより回転する。
図6(c)は、第1回転機構68を示す。第1回転機構68は、基台68bと、回転ステージ68aと、操作部68cとを備える。回転ステージ68aは、基台68bに対して矢印方向に回転する。回転ステージ68aは、操作部68cを操作することにより回転する。
図6(d)は、第1スライド機構69を示す。第1スライド機構69は、基台69bと、昇降ステージ69aと、操作部69cとを備える。位置調整装置60が車両200に取り付けられているときに、昇降ステージ69aは、基台69bに対して車両200のZ軸方向に移動する。昇降ステージ69aは、操作部69cを操作することにより移動する。
図6(e)は、第2スライド機構70を示す。第2スライド機構70は、基台70bと、スライドステージ70aと、操作部70cとを備える。位置調整装置60が車両200に取り付けられているときに、スライドステージ70aは、基台70bに対して矢印方向、すなわち車両200のY軸方向にスライドする。スライドステージ70aは、操作部70cを操作することによりスライドする。
図6(f)は、第3スライド機構71を示す。第3スライド機構71は、基台71bと、スライドステージ71aと、操作部71cとを備える。基台71bは、第1の取り付け台の一例である。位置調整装置60が車両200に取り付けられているときに、スライドステージ71aは、基台71bに対して矢印方向、すなわち車両200のX軸方向にスライドする。スライドステージ71aは、操作部71cを操作することによりスライドする。
第3回転機構66、第2回転機構67、第1回転機構68、第1スライド機構69、第2スライド機構70、および第3スライド機構71は、周知の技術を用いて構成することができる。例えば、特許文献2〜5に記載の技術を用いて構成してもよい。
1−3.動作
以上の構成を有する投影システム100の姿勢検出装置40の位置調整について、図7,図8を参照して説明する。
姿勢検出装置40は、図4に示すように位置調整装置60を介して車両200に取り付けられている。位置調整装置60の加速度センサ61は、加速度センサ61の姿勢を示す検出信号を、信号出力部72を介して補正処理装置50に送信する。補正処理装置50の位置算出部53は、加速度センサ61から受信した検出信号に基づき、姿勢検出装置40の取り付け角度を算出する。通知装置80は、位置算出部53が算出した取り付け角度を表示する。作業者は、通知装置80が表示する取り付け角度を視認し、位置調整装置60を手動で操作して姿勢検出装置40の姿勢を調整する。作業者は、取り付け角度が好適になるまで位置調整装置60を操作して、姿勢検出装置40の姿勢を調整する。
図7は、上記の位置調整の流れを示すフローチャートである。
最初に、作業者により、通知装置80に調整値が設定される(S101)。調整値は、例えば、作業者が所望する位置調整後の、ピッチ方向およびロール方向の角度である。調整値は、パーソナルコンピュータなどの外部機器から設定されるが、これに限定されない。例えば、姿勢検出装置40が入力部を備え、調整値は入力部を介して設定されてもよい。
その後、位置算出部53は、通信部51を介して、加速度センサ61から加速度センサ値(Xa,Ya,Za)を取得する(S102)。
位置算出部53は、加速度センサ値(Xa,Ya,Za)から姿勢検出装置40のピッチ方向の角度Φとロール方向の角度Φとを計算する(S103)。図8は、加速度センサ値から角度を計算する方法を説明するための図である。加速度センサ61のXa,Ya,Za軸と、車両200のX,Y,Z軸とが図8に示すように傾いている場合、すなわち車両200のピッチ方向において下方向に角度Φだけ傾き、車両のロール方向において下方向に角度Φだけ傾いている場合、次の式(1)(2)を用いて角度(Φ,Φ)が計算される。
Figure 2019230198
Figure 2019230198
図7に戻り、通知装置80は、位置算出部53で算出された姿勢検出装置40の角度(Φ,Φ)を通知装置80に表示して、作業者に通知する(S104)。このとき、通知装置80は、角度(Φ,Φ)とともに調整値を表示する。
作業者は、通知装置80に表示された角度(Φ,Φ)および調整値を視認して、角度(Φ,Φ)が調整値と等しいか否かを判断する。角度(Φ,Φ)が調整値と等しいと判断した場合(S105にてYes)、作業者は位置調整装置60を固定して、調整を完了する。
一方、角度(Φ,Φ)が調整値と等しくないと判断した場合(S105にてNo)、作業者は、位置調整装置の姿勢を手動で調整する(S106)。その後、位置算出部53は、ステップS102からステップS105を再度行う。このようにして、作業者は、姿勢検出装置40の位置を調整することができる。
1−4.まとめ
以上説明したように、位置調整装置60は、基台71bと、回転ステージ66aと、移動機構66〜71と、加速度センサ61と、信号出力部72と、を備える。基台71bは、車両200の一部に取り付けられる。回転ステージ66aは、姿勢検出装置40に取り付けられる。移動機構66〜71は、基台71bに対して回転ステージ66aを少なくとも直交する2つの軸方向に回転移動させる。加速度センサ61は、回転ステージ66a上に配置される。信号出力部72は、加速度センサ61の検出信号を送信する。
位置調整装置60の移動機構は、第1回転機構68と第2回転機構67とを備える。第1回転機構68は、ロール方向に回転ステージ66aを回転移動させる。第2回転機構67は、ピッチ方向に回転ステージ66aを回転移動させる。ロール方向は、位置調整装置60が車両200に取り付けられた状態で車両200の前後方向に伸びる軸に対して平行な軸を中心に回転させる方向である。ピッチ方向は、位置調整装置60が車両200に取り付けられた状態で車両200の幅方向に伸びる軸に対して平行な軸を中心に回転させる方向である。また、車両200の前後方向とは、車両200の直進方向である。
このことにより、作業者は、基台71bに対する回転ステージ66aの姿勢を、ロール方向およびピッチ方向に、手動で調整することができる。
位置調整装置60の移動機構は、さらに、第3回転機構66を備える。第3回転機構66は、ヨー方向に回転ステージ66aを回転移動させる。ヨー方向は、位置調整装置60が車両200に取り付けられた状態で、車両200の前後方向に伸びる軸および幅方向に伸びる軸に直交する軸に対して平行な軸を中心に回転させる方向である。
このことにより、作業者は、基台71bに対する回転ステージ66aの姿勢を、ヨー方向にも、手動で調整することができる。
位置調整装置60の移動機構は、さらに、第1スライド機構69と、第2スライド機構70と、第3スライド機構71と、を備える。第1スライド機構69は、位置調整装置60が車両200に取り付けられた状態で、Z軸方向に回転ステージ66aをスライド移動させる。第2スライド機構70は、位置調整装置60が車両200に取り付けられた状態で、Y軸方向に回転ステージ66aをスライド移動させる。第3スライド機構71は、位置調整装置60が車両200に取り付けられた状態で、X軸方向に回転ステージ66aをスライド移動させる。
このことにより、作業者は、基台71bに対して、回転ステージ66aのロール方向,ピッチ方向,ヨー方向の姿勢を維持したまま、回転ステージ66aをX軸、Y軸、およびZ軸方向に、手動で移動させることができる。
投影システム100は、姿勢検出装置40と、投影装置10と、位置調整装置60と、を備える。姿勢検出装置40は、車両200の姿勢を検出する。投影装置10は、姿勢検出装置40からの検出結果を参照して投影位置を補正しながら車両情報を投影する。位置調整装置60は、姿勢検出装置40の車両200に対する取り付け姿勢を調整するのに用いられる。
このことにより、作業者は、位置調整装置60を操作して、車両200に対する姿勢検出装置40の姿勢を手動で調整することができる。したがって、本開示は、車両200の姿勢検出精度が向上した、投影システムを提供することができる。
(実施の形態2)
実施の形態1では、作業者が手動で位置調整を行う位置調整装置を説明した。これに対して、本実施の形態では、自動で位置調整を行う位置調整装置を説明する。
2−1.投影システムの構成
図9は、本実施の形態の投影システム100aの内部構成を示すブロック図である。投影システム100aは、実施の形態1の位置調整装置60に代えて位置調整装置60aを備えている。
位置調整装置60aは、実施の形態1の構成における加速度センサ61に加えて、駆動制御部62および複数の駆動部66d〜71dをさらに備えている。駆動部66d〜71dには、総称して符号63を付す。
駆動部63は、モータやアクチュエータなどで構成される。
駆動制御部62は、外部機器との通信を行う通信回路、および外部機器からの制御命令に従って駆動部63を駆動制御する駆動回路などで構成される。
加速度センサ61は、姿勢検出装置40、すなわち位置調整装置60aの姿勢を示す検出信号を、姿勢検出装置40の取り付け角度情報として、補正処理装置50に出力する。補正処理装置50は、駆動制御部62を介して駆動部63を駆動する。位置調整装置60aは、駆動部63により、姿勢検出装置40の姿勢を車両200に対して変化させる。
図10は、本実施の形態における位置調整装置60aの各構成要素を示す図である。
図10(a)は、第3回転機構66’を示す。第3回転機構66’は、実施の形態1の構成に加えて、駆動部66dをさらに備える。駆動部66dは、操作部66cに連結され、回転ステージ66aを動作させることができる。
図10(b)は、第2回転機構67’を示す。第2回転機構67’は、実施の形態1の構成に加えて、駆動部67dをさらに備える。駆動部67dは、操作部67cに連結され、回転ステージ67aを動作させることができる。
図10(c)は、第1回転機構68’を示す。第1回転機構68’は、実施の形態1の構成に加えて、駆動部68dをさらに備える。駆動部68dは、操作部68cに連結され、回転ステージ68aを動作させることができる。
図10(d)は、第1スライド機構69’を示す。第1スライド機構69’は、実施の形態1の構成に加えて、駆動部69dをさらに備える。駆動部69dは、操作部69cに連結され、昇降ステージ69aを動作させることができる。
図10(e)は、第2スライド機構70’を示す。第2スライド機構70’は、実施の形態1の構成に加えて、駆動部70dをさらに備える。駆動部70dは、操作部70cに連結され、スライドステージ70aを動作させることができる。
図10(f)は、第3スライド機構71’を示す。第3スライド機構71’は、実施の形態1の構成に加えて、駆動部69dをさらに備える。駆動部71dは、操作部71cに連結され、スライドステージ71aを動作させることができる。
2−2.動作
以上の構成を有する投影システム100aの姿勢検出装置40の位置調整処理について、図11を参照して説明する。図11は、上記の位置調整の流れを示すフローチャートである。
位置調整装置60aの加速度センサ61は、加速度センサ61、すなわち、姿勢検出装置40の姿勢を示す検出信号を、信号出力部72を介して補正処理装置50に送信する。補正処理装置50の位置算出部53は、加速度センサ61から受信した検出信号に基づき、姿勢検出装置40の取り付け角度を算出する。補正処理装置50は、取り付け角度が好適になるまで位置調整装置60を操作して、姿勢検出装置40の姿勢を調整する。
最初に、位置算出部53は、調整値を取得する(S201)。調整値は、例えば、作業者が所望する位置調整後の、ピッチ方向およびロール方向の角度である。調整値は、パーソナルコンピュータなどの外部機器から設定されるが、これに限定されない。例えば、姿勢検出装置40が入力部を備え、調整値は入力部を介して設定されてもよい。
その後、位置算出部53は、通信部51を介して、加速度センサ61から加速度センサ値(Xa,Ya,Za)を取得する(S202)。
位置算出部53は、加速度センサ値(Xa,Ya,Za)から姿勢検出装置40のピッチ方向の角度Φとロール方向の角度Φとを計算する(S203)。計算方法は、実施の形態1に係る図7のステップS103と同様である。
位置算出部53は、姿勢検出装置40の角度(Φ,Φ)が調整値と等しいか否かを判断する(S204)。
位置算出部53は、姿勢検出装置40の角度(Φ,Φ)が調整値と等しいと判断した場合(S204でYes)、角度(Φ,Φ)が調整値と等しいことを通知装置80の表示器に表示して作業者に通知し(S205)、調整を完了する。
一方、位置算出部53は、姿勢検出装置40の角度(Φ,Φ)が調整値と等しくないと判断した場合(S204でNo)、駆動制御部62は通信部51を介して目標値を取得する(S206)。
駆動制御部62は、受信した目標値に従って駆動部63を駆動して、姿勢検出装置40の取り付け角度を調整する(S207)。
駆動制御部62は、駆動後の角度が目標値と等しいと判断した場合(S208でYes)、駆動部63の駆動を停止して、ステップS202からステップS104を再度行う。
駆動制御部62は、駆動後の角度が目標値と等しくないと判断した場合(S208でNo)、ステップS207に遷移する。
2−3.まとめ
以上説明したように、位置調整装置60aは、実施の形態1の位置調整装置60と比較して、駆動部67d,68dをさらに備える。駆動部67dは、第2回転機構67’を駆動する。駆動部68dは、第1回転機構68’を駆動する。
このことにより、位置調整装置60aは、基台71bに対する回転ステージ66aのロール方向,ピッチ方向の姿勢を、自動で調整することができる。
位置調整装置60aは、実施の形態1の位置調整装置60と比較して、駆動部69d,70d,71dをさらに備える。駆動部69dは、第1スライド機構69’を駆動する。駆動部70dは、第2スライド機構70’を駆動する。駆動部71dは、第3スライド機構71’を駆動する。
このことにより、位置調整装置60aは、基台71bに対する回転ステージ66aのX軸、Y軸、およびZ軸方向の姿勢を、自動で調整することができる。
投影システム100は、姿勢検出装置40と、投影装置10と、位置調整装置60aと、を備える。姿勢検出装置40は、車両200の姿勢を検出する。投影装置10は、姿勢検出装置40からの検出結果を参照して投影位置を補正しながら車両情報を投影する。位置調整装置60aは、姿勢検出装置40の車両200に対する取り付け姿勢を調整するのに用いられる。
このことにより、位置調整装置60は、車両200に対する姿勢検出装置40の姿勢を自動で調整するので、作業者は、車両200に対する姿勢検出装置40の姿勢を容易に調整することができる。したがって、本開示は、車両200の姿勢検出精度がより向上した、投影システムを提供することができる。
(他の実施の形態)
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
実施の形態2の投影システム100aは、補正処理装置50内に位置算出部53を備えるがこれに限定されない。例えば、図12に示すように位置調整装置60a内に位置算出部64を備えてもよい。
実施の形態1の位置調整装置60は、基台71bに対して姿勢検出装置40を、6軸の方向に移動させたが、6軸のうちの少なくとも1つの方向に移動させるように構成されてもよい。例えば、位置調整装置60は、姿勢検出装置40を、ロール角方向およびピッチ角方向にのみ移動させるように構成されてもよい。その場合、位置調整装置60は、第2回転機構67および第1回転機構68のみを備える。
実施の形態2の位置調整装置60aは、基台71bに対して姿勢検出装置40を、6軸の方向に移動させたが、6軸のうちの少なくとも1つの方向に移動させるように構成されてもよい。例えば、位置調整装置60aは、姿勢検出装置40を、ロール角方向およびピッチ角方向にのみ移動させるように構成されてもよい。その場合、位置調整装置60aは、第2回転機構67’および第1回転機構68’のみを備える。
実施の形態1,2の加速度センサ61は、位置調整装置60,60a内に配置されるが、加速度センサ61は、他の装置に配置されてもよい。例えば、加速度センサ61は、姿勢検出装置40内に配置されてもよい。
実施の形態2の位置調整装置60aは、移動機構66’〜71’それぞれに、駆動部を備えるが、移動機構66’〜71’のうちの少なくとも1つに、駆動部を備えればよい。例えば、第2回転機構67’および第1回転機構68’のみが駆動部を備えてもよい。
実施の形態1,2の位置調整装置60,60aは、姿勢検出装置40を車両200に取り付けるために使用されるが、他の装置を取り付けるために使用されてもよい。位置調整装置60,60aは、所定のセンサ装置を車両200に取り付けるために使用されてもよい。
実施の形態1,2の姿勢検出装置40は、3つの方向の角速度を検出するジャイロセンサ41を1つ備えるが、姿勢検出装置40はこのような構成に限定されない。例えば、姿勢検出装置40は、1つの方向の角速度を検出するジャイロセンサを2つまたは3つ備えてもよい。この場合、2つまたは3つのジャイロセンサは、互いの軸が直交するように配置される。あるいは、姿勢検出装置40は、1つの方向の角速度を検出するジャイロセンサを1つのみ備えてもよい。
実施の形態1,2の位置調整装置60,60aは、3つの方向の加速度を検出する加速度センサ61を1つ備えるが、位置調整装置60,60aはこのような構成に限定されない。例えば、位置調整装置60,60aは、1つの方向の加速度を検出する加速度センサを2つまたは3つ備えてもよい。この場合、2つまたは3つの加速度センサは、互いの軸が直交するように配置される。あるいは、位置調整装置60,60aは、1つの方向の加速度を検出する加速度センサを1つのみ備えてもよい。
(1)位置調整装置60,60aが1つの方向の加速度を検出する加速度センサを3つ備える場合
姿勢検出装置40のピッチ方向およびロール方向の角度ΦΦそれぞれは、式(1)(2)を用いて計算される。なお、位置算出部53は、ピッチ方向の角度Φおよびロール方向の角度Φのいずれか1つのみを計算してもよい。
(2)位置調整装置60,60aが1つの方向の加速度を検出する加速度センサを2つ備える場合
姿勢検出装置40のピッチ方向およびロール方向の角度ΦΦそれぞれは、次の式(3)(4)を用いて計算される。このとき、第1の加速度センサは姿勢検出装置40のピッチ軸と平行であるように配置され、第2の加速度センサは姿勢検出装置40のロール軸と平行であるように配置される。Axは、第1の加速度センサの出力値である。AxFullは、重力加速度の向きと第1の加速度センサの軸の向きとが一致しているときの、第1の加速度センサの出力値である。Ayは、第2の加速度センサの出力値である。AyFullは、重力加速度の向きと第2の加速度センサの軸の向きとが一致しているときの、第2の加速度センサの出力値である。なお、位置算出部53は、ピッチ方向の角度Φおよびロール方向の角度Φのいずれか1つのみを計算してもよい。
Figure 2019230198

Figure 2019230198
(3)位置調整装置60,60aが1つの方向の加速度を検出する加速度センサを1つのみ備える場合
姿勢検出装置40の角度Φは、次の式(5)を用いて計算される。ここで、加速度センサが、その軸が姿勢検出装置40のピッチ軸と平行であるように配置された場合、ロール方向の角度Φのみが計算され、加速度センサが、その軸が姿勢検出装置40のロール軸と平行であるように配置された場合、ピッチ方向の角度Φのみが計算される。
Figure 2019230198
実施の形態1,2の位置算出部53は、ピッチ方向の角度Φおよびロール方向の角度Φの両方を計算したが、ピッチ方向の角度Φおよびロール方向の角度Φのいずれか1つのみを計算してもよい。
実施の形態1,2の投影システム100,100aは、車両200に設置されている。しかし、本開示はこれに限定されない。投影システム100,100aは、車両、船舶、航空機などの移動体に設置されてもよい。すなわち、位置調整装置60,60aは、移動体の姿勢の変動を検出する姿勢検出装置40の移動体への取付け位置を調整するものであってもよい。
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
従って、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略等を行うことができる。
10 投影装置
20 情報取得装置
30 表示処理装置
40 姿勢検出装置
50 補正処理装置
60,60a 位置調整装置
61 加速度センサ
72 信号出力部
100,100a 投影システム
200 移動体(車両)
(Iv 虚像
Lc 表示光)

Claims (11)

  1. 移動体の姿勢の変動を検出する姿勢検出装置の前記移動体への取付け位置を調整する位置調整装置であって、
    前記移動体の一部に取り付けられる第1の取り付け台と、
    前記姿勢検出装置に取り付けられる第2の取り付け台と、
    前記第1の取り付け台に対して前記第2の取り付け台を、互いに直交する第1の軸、第2の軸および第3の軸からなる3つの軸方向のうち少なくとも1つの方向に回転移動させる移動機構と、
    前記第2の取り付け台上に配置された加速度センサと、
    前記加速度センサからの検出信号を外部に出力する信号出力部と、を備える、
    位置調整装置。
  2. 前記移動機構は、前記第1の軸を中心として前記第2の取り付け台を回転移動させる第1回転機構と、前記第2の軸を中心として前記第2の取り付け台を回転移動させる第2回転機構と、を備え、
    前記第1の軸は、当該位置調整装置が前記移動体に取り付けられた状態で前記移動体の前後方向に延びる軸であり、前記第2の軸は、当該位置調整装置が前記移動体に取り付けられた状態で前記移動体の幅方向に延びる軸である、
    請求項1に記載の位置調整装置。
  3. 前記移動機構は、前記第1の軸を中心として前記第2の取り付け台を回転移動させる第1回転機構を備え、
    前記第1の軸は、当該位置調整装置が前記移動体に取り付けられた状態で前記移動体の前後方向に延びる軸である、
    請求項1に記載の位置調整装置。
  4. 前記移動機構は、前記第2の軸を中心として前記第2の取り付け台を回転移動させる第2回転機構を備え、
    前記第2の軸は、当該位置調整装置が前記移動体に取り付けられた状態で前記移動体の幅方向に延びる軸である、
    請求項1に記載の位置調整装置。
  5. 前記第1回転機構と前記第2回転機構とをそれぞれ駆動する駆動部をさらに備えた、請求項2に記載の位置調整装置。
  6. 前記移動機構は、さらに、前記第3の軸を中心として前記第2の取り付け台を回転移動させる第3回転機構を備える、
    請求項2に記載の位置調整装置。
  7. 前記移動機構は、さらに、前記第1の取り付け台に対して前記第2の取り付け台を、前記3つの軸方向のうちの少なくとも1つの方向に平行移動させるスライド機構を備える、
    請求項1に記載の位置調整装置。
  8. 前記スライド機構を駆動する駆動部をさらに備える、
    請求項7に記載の位置調整装置。
  9. 前記移動体の姿勢の変動を検出する姿勢検出装置と、
    前記姿勢検出装置からの検出結果を参照して投影位置を補正しながら移動体情報を投影する投影装置と、
    前記姿勢検出装置の前記移動体に対する取り付け姿勢を調整する、請求項1ないし8のいずれかに記載の位置調整装置と、を備える、
    投影システム。
  10. 前記姿勢検出装置は、前記移動体の姿勢の変動を検出するジャイロセンサを含む、
    請求項9に記載の投影システム。
  11. 移動体の姿勢の変動を検出する姿勢検出装置と、
    前記姿勢検出装置からの検出結果を参照して投影位置を補正しながら移動体情報を投影する投影装置と、
    前記姿勢検出装置の前記移動体に対する取り付け姿勢を調整する、請求項5に記載の位置調整装置と、
    前記加速度センサからの検出信号を受信して、前記姿勢検出装置の前記移動体への取付け位置を算出する補正処理装置と、を備え、
    前記位置調整装置は、前記駆動部を制御する駆動制御部を含み、
    前記位置調整装置は、前記補正処理装置によって算出された取付け位置と所定の調整値とを比較し、
    前記駆動制御部は、前記位置調整装置の比較した結果に応じて、前記駆動部を制御する、
    投影システム。
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