JP2019078796A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【解決手段】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。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

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。

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。

特開２０１６−１０１８０５号公報 特許第５０１８６２７号公報 特許第５５８７４０３号公報

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。

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。

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する、ことを特徴とする。

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り、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、前記副走査方向における位置が変化することが好ましい。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

［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。

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。

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。

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。

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

Claims (2)

1. 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する、
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 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り、
   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、前記副走査方向における位置が変化する、
   請求項１に記載の車両用表示装置。

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