JP2019191368A - Virtual image display device and head-up display device - Google Patents
Virtual image display device and head-up display device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019191368A JP2019191368A JP2018084091A JP2018084091A JP2019191368A JP 2019191368 A JP2019191368 A JP 2019191368A JP 2018084091 A JP2018084091 A JP 2018084091A JP 2018084091 A JP2018084091 A JP 2018084091A JP 2019191368 A JP2019191368 A JP 2019191368A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- virtual image
- lens
- display device
- lenses
- optical axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract 2
Landscapes
- Instrument Panels (AREA)
- Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、虚像表示装置、およびヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a virtual image display device and a head-up display device.
従来のヘッドアップディスプレイ(以下、単に「HUD」ともいう)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を車両に搭載する目的は、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。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なく、例えば前方の車、歩行者、障害物等をカメラやセンサーで検知し、HUDを通じ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、障害物等の危険を察知させる対象となるシースルー像に対して虚像としての危険信号を重畳させて表示させることが考えられる。 Conventional head-up displays (hereinafter, also simply referred to as “HUD”) generally generate a virtual image at a certain distance from the driver, and the display content by HUD includes vehicle speed, car navigation, and so on. It was limited to information. In the first place, the purpose of mounting the HUD on the vehicle is to support safer driving by minimizing the movement of the driver's line of sight. In the sense of safe driving assistance, not only the display contents such as the vehicle speed, but also, for example, the front cars, pedestrians, obstacles, etc. are detected by cameras and sensors, and the driver is informed of the danger in advance through HUD. A system that prevents it is more preferable. In order to realize such a system, for example, it is conceivable to display a danger signal as a virtual image superimposed on a see-through image that is a target for detecting danger such as a car, a person, and an obstacle.
このような虚像を表示させる際に、危険を察知させる対象となる物との距離は一定ではない。例えば50m先の危険に対して2m先に見える虚像に危険信号を表示して重畳させると焦点位置の違いが生じるため、人間の目には、違和感が生じるという課題がある。このような課題を解決する手法としては、実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。
このように、虚像に奥行きを持たせる手法として、下記特許文献1に開示された方法がある。この特許文献1では、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)ミラーのような走査型の像形成手段、拡散スクリーン、投影手段、および拡散スクリーン位置を変える可動手段を備え、拡散スクリーン位置を変化させることで虚像の位置を変化させている。特許文献1の主たる目的としては、車の速度に伴って人間が注視する距離が変わることを鑑み、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している。
When displaying such a virtual image, the distance to the object to be perceived as dangerous is not constant. For example, when a danger signal is displayed and superimposed on a virtual image that is 2 meters ahead of a danger 50 meters ahead, there is a problem that the human eye feels uncomfortable because a difference in focal position occurs. As a method for solving such a problem, it is conceivable to superimpose a virtual image on the real object including the depth direction.
As described above, there is a method disclosed in the following Patent Document 1 as a method for giving a virtual image a depth. In this patent document 1, a scanning image forming means such as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) mirror, a diffusion screen, a projection means, and a movable means for changing the position of the diffusion screen are provided, and a virtual image is obtained by changing the position of the diffusion screen. The position of is changed. The main purpose of Patent Document 1 is to reduce the driver's line-of-sight movement by moving the virtual image position closer or further away in view of the fact that the distance that a person gazes with changes in the speed of the vehicle.
しかしながら、特許文献1のように運転時の速度に伴って、虚像位置を一律に遠ざけたり近づけたりした場合には、運転者が顔を横方向に動かして目の位置をずらした場合に実物の位置と危険信号等の虚像の位置がずれてしまい、運転者が危険信号を誤認してしまうという課題がある。 However, when the virtual image position is uniformly moved away or brought close to the speed at the time of driving as in Patent Document 1, when the driver moves the face sideways and shifts the eye position, There is a problem that the position and the position of the virtual image such as the danger signal are shifted, and the driver misidentifies the danger signal.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の投影距離に虚像を実質的に同時に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 circumstances, and an object thereof is to provide a virtual image display device capable of displaying virtual images substantially simultaneously at a plurality of projection distances.
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。 The above object of the present invention is achieved by the following means.
(1)表示素子と、
複数のレンズを含み、前記表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系と、
前記虚像形成光学系の少なくとも1つの前記レンズの光軸方向の位置を変更することで、前記虚像までの投影距離を変更する移動機構と、
前記移動機構により変更されたレンズの位置に応じて、前記表示素子に像を表示するタイミングを制御する表示制御部と、
を備える、虚像表示装置。
(1) a display element;
A virtual image forming optical system including a plurality of lenses, enlarging an image formed on the display element, converting the image into a virtual image, and projecting the virtual image;
A moving mechanism that changes a projection distance to the virtual image by changing a position in the optical axis direction of at least one of the lenses of the virtual image forming optical system;
A display control unit for controlling the timing of displaying an image on the display element according to the position of the lens changed by the moving mechanism;
A virtual image display device.
(2)前記虚像形成光学系は、それぞれが光軸上の固定の異なる位置に配置される複数のレンズで構成されるレンズ群を含み、
前記移動機構は、前記レンズ群を構成する複数のレンズのいずれかを前記光軸上に配置することで、前記レンズの前記光軸方向の位置を変更する、上記(1)に記載の虚像表示装置。
(2) The virtual image forming optical system includes a lens group including a plurality of lenses that are arranged at different fixed positions on the optical axis,
The virtual image display according to (1), wherein the moving mechanism changes a position of the lens in the optical axis direction by arranging any of a plurality of lenses constituting the lens group on the optical axis. apparatus.
(3)表示素子と、
複数のレンズを含み、前記表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系と、
前記虚像形成光学系の少なくとも1つの光軸上の前記レンズを、焦点距離の異なるレンズに変更することで、前記虚像までの投影距離を変更する移動機構と、
前記移動機構によるレンズを変更するタイミングに応じて、前記表示素子に像を表示するタイミングを制御する表示制御部と、
を備え
前記虚像形成光学系は、焦点距離が互いに異なる複数のレンズで構成されるレンズ群を含み、
前記移動機構は、前記レンズ群を構成する複数のレンズのいずれかを光軸上に配置する虚像表示装置。
(3) a display element;
A virtual image forming optical system including a plurality of lenses, enlarging an image formed on the display element, converting the image into a virtual image, and projecting the virtual image;
A moving mechanism that changes the projection distance to the virtual image by changing the lens on at least one optical axis of the virtual image forming optical system to a lens having a different focal length;
A display control unit that controls the timing of displaying an image on the display element according to the timing of changing the lens by the moving mechanism;
The virtual image forming optical system includes a lens group including a plurality of lenses having different focal lengths,
The moving mechanism is a virtual image display device in which one of a plurality of lenses constituting the lens group is arranged on an optical axis.
(4)前記移動機構は、前記光軸に平行な回転軸の回りを回転する円盤であって、前記レンズ群の各レンズを同心円状に配置した円盤を有し、
前記円盤を回転させることで、前記レンズ群の前記レンズを前記光軸上に順次、前記光軸上に配置させる、上記(3)に記載の虚像表示装置。
(4) The moving mechanism is a disk that rotates around a rotation axis parallel to the optical axis, and includes a disk in which the lenses of the lens group are arranged concentrically.
The virtual image display device according to (3), wherein the lenses of the lens group are sequentially arranged on the optical axis by rotating the disk.
(5)上記(1)から上記(4)のいずれかに記載の虚像表示装置と、
検出領域内に存在するオブジェクトを検出するとともに、前記オブジェクトまでの距離を判定するオブジェクト検出部と、
オブジェクト検出部が判定した前記オブジェクトまでの距離に対応した前記投影距離で、前記虚像表示装置に虚像を形成させる、主制御部と、
を備えた、ヘッドアップディスプレイ装置。
(5) The virtual image display device according to any one of (1) to (4) above,
An object detection unit that detects an object existing in the detection region and determines a distance to the object;
A main control unit that causes the virtual image display device to form a virtual image at the projection distance corresponding to the distance to the object determined by the object detection unit;
A head-up display device comprising:
本発明に係る虚像表示装置によれば、複数のレンズを含み、表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系と、虚像形成光学系の少なくとも1つのレンズの光軸方向の位置を変更することで、虚像までの投影距離を変更する移動機構と、移動機構により変更されたレンズの位置に応じて、表示素子に像を表示するタイミングを制御する表示制御部と、を備える。あるいは、複数のレンズを含み、表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系と、虚像形成光学系の少なくとも1つの光軸上のレンズを、焦点距離の異なるレンズに変更することで、虚像までの投影距離を変更する移動機構と、移動機構により変更されたレンズの位置に応じて、表示素子に像を表示するタイミングを制御する表示制御部と、を備える。これにより、複数の投影距離に虚像を実質的に同時に表示させることができる。 According to the virtual image display device of the present invention, the virtual image forming optical system includes a plurality of lenses, enlarges an image formed on the display element, converts the image into a virtual image, and projects the virtual image. At least one lens of the virtual image forming optical system By changing the position in the optical axis direction, the moving mechanism that changes the projection distance to the virtual image, and the display control that controls the timing for displaying the image on the display element according to the position of the lens changed by the moving mechanism A section. Alternatively, a virtual image forming optical system that includes a plurality of lenses, enlarges an image formed on the display element, converts the image into a virtual image, and projects the image, and a lens on at least one optical axis of the virtual image forming optical system, has a focal length. A moving mechanism that changes the projection distance to the virtual image by changing to a different lens, and a display control unit that controls the timing of displaying the image on the display element according to the position of the lens changed by the moving mechanism, Prepare. Thereby, virtual images can be displayed substantially simultaneously at a plurality of projection distances.
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。また図面においては、上下方向をY方向、虚像表示装置を車両に搭載した状態において、車両の進行方向に平行な方向をZ方向、これらのY、Z方向に直交する方向をX方向とする。またZ方向は光軸方向に、X、Y方向は、表示素子の横、縦方向にそれぞれ対応している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In addition, the dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may be different from the actual ratios. In the drawings, the vertical direction is the Y direction, and in a state where the virtual image display device is mounted on the vehicle, the direction parallel to the traveling direction of the vehicle is the Z direction, and the direction perpendicular to these Y and Z directions is the X direction. The Z direction corresponds to the optical axis direction, and the X and Y directions correspond to the horizontal and vertical directions of the display element, respectively.
(第1の実施形態)
図1、図2は、第1の実施形態に係る虚像表示装置20、およびこれを含むヘッドアップディスプレイ装置10を車両800の車体811内に搭載した使用状態を説明する模式図である。ユーザー(運転者)900は、ハンドル813を握りながら運転席816に座っている。図1、図2に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置10の虚像表示装置20は、後述する表示素子21(描画デバイス)に表示されている画像情報を、表示スクリーン223を介してユーザー900に向けて虚像f(後述のf1、f2、fn)として表示する。
(First embodiment)
FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams for explaining a use state in which the virtual image display device 20 according to the first embodiment and the head-up display device 10 including the virtual image display device 20 are mounted in a vehicle body 811 of a vehicle 800. The user (driver) 900 is sitting on the driver's seat 816 while holding the handle 813. As shown in FIGS. 1 and 2, the virtual image display device 20 of the head-up display device 10 directs image information displayed on a display element 21 (drawing device) described later to a user 900 via a display screen 223. Are displayed as virtual images f (f1, f2, and fn described later).
虚像表示装置20の表示スクリーン223以外の構成は、車体811のダッシュボード814内にカーナビゲーション等のディスプレイ815の背後に埋め込むように設置されている。虚像表示装置20は、運転関連情報等を含む虚像に対応する表示光D1を表示スクリーン223に向けて光軸AXに沿って射出する。表示スクリーン223は、半透過性を有する凹面鏡、または平面鏡である。表示スクリーン223は、コンバイナーまたはウィンドシールドとして機能してもよく、両方の機能を兼ね備えてもよい。また、これらの機能を備える部材を別々に設けてもよい。表示スクリーン223は、下端の支持によってダッシュボード814上に立設され、虚像表示装置20からの表示光D1を車体811の後方側(Z方向)に向けて反射する。すなわち、図示の場合、表示スクリーン223は、フロントウィンドウ812とは別体で設置される独立型のものとなっている。表示スクリーン223で反射された表示光D1は、運転席816に座ったユーザー900の瞳910、およびその周辺位置に対応するEyebox(アイボックス)(図示せず)に導かれる。Eyeboxは、ヘッドアップディスプレイ装置10が車両800に搭載された状態で、運転席816に座ったユーザー900の瞳910の位置(高さ)に対応するように設定される。ユーザー900は、表示スクリーン223で反射された表示光D1、つまり、あたかも車体811の前方にあるように、所定距離(虚像距離または投影距離ともいう)離れた表示像としての虚像fを観察できる。一方、ユーザー900は、表示スクリーン223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できる。結果的に、ユーザー900は、表示スクリーン223を透過した背後の外界像、すなわちシースルー像に重ねて、表示スクリーン223での表示光D1の反射によって形成される運転関連情報等を含む虚像fを観察できる。 The components other than the display screen 223 of the virtual image display device 20 are installed in the dashboard 814 of the vehicle body 811 so as to be embedded behind a display 815 such as a car navigation system. The virtual image display device 20 emits display light D1 corresponding to a virtual image including driving-related information and the like toward the display screen 223 along the optical axis AX. The display screen 223 is a concave mirror or a plane mirror having translucency. The display screen 223 may function as a combiner or a windshield, or may have both functions. Moreover, you may provide the member provided with these functions separately. The display screen 223 is erected on the dashboard 814 with the lower end supported, and reflects the display light D1 from the virtual image display device 20 toward the rear side (Z direction) of the vehicle body 811. In other words, in the illustrated case, the display screen 223 is an independent type that is installed separately from the front window 812. The display light D1 reflected by the display screen 223 is guided to the eye 910 (eye box) (not shown) corresponding to the pupil 910 of the user 900 sitting in the driver's seat 816 and its peripheral position. The Eyebox is set so as to correspond to the position (height) of the pupil 910 of the user 900 sitting in the driver's seat 816 in a state where the head-up display device 10 is mounted on the vehicle 800. The user 900 can observe the display light D <b> 1 reflected by the display screen 223, that is, the virtual image f as a display image separated by a predetermined distance (also referred to as a virtual image distance or a projection distance) as if it is in front of the vehicle body 811. On the other hand, the user 900 can observe external light transmitted through the display screen 223, that is, a real image of a front scene, a car, and the like. As a result, the user 900 observes a virtual image f including driving-related information and the like formed by reflection of the display light D1 on the display screen 223 so as to be superimposed on the background image that has passed through the display screen 223, that is, the see-through image. it can.
図3は、第1の実施形態に係る虚像表示装置20の構成を示す模式図である。図3に示すように、虚像表示装置20は、表示素子21、虚像形成光学系22、移動機構30、および表示制御部50を備える。虚像形成光学系22は、光学素子群221、ミラー222、表示スクリーン223、およびハウジング29を備える。ハウジング29内には、表示スクリーン223以外の虚像表示装置20の各構成要素が収納される。 FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of the virtual image display device 20 according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the virtual image display device 20 includes a display element 21, a virtual image forming optical system 22, a moving mechanism 30, and a display control unit 50. The virtual image forming optical system 22 includes an optical element group 221, a mirror 222, a display screen 223, and a housing 29. Each component of the virtual image display device 20 other than the display screen 223 is accommodated in the housing 29.
表示素子21は、2次元的な表示面21aを有する。虚像形成光学系22の各光学素子は、表示スクリーン223と協働して、表示面21a上に形成された像i1を虚像fに変換し、拡大し、ユーザー900の前方に投影する。光学素子群221は、1つまたは複数のレンズを含む。また、図3では、反射面が平面の1枚のミラー222を含む例を示しているがこれに限られず、2枚以上の反射面が平面または曲面のミラーで構成してもよい。 The display element 21 has a two-dimensional display surface 21a. Each optical element of the virtual image forming optical system 22 cooperates with the display screen 223 to convert the image i1 formed on the display surface 21a into a virtual image f, enlarges it, and projects it in front of the user 900. The optical element group 221 includes one or more lenses. Further, FIG. 3 shows an example in which the reflecting surface includes one mirror 222 having a flat surface, but the present invention is not limited to this, and two or more reflecting surfaces may be formed by a flat or curved mirror.
表示素子21は、DMD(Digital Micromirror Device)やLCOS(Liquid Crystal On Silicon)等の反射型の素子であっても、液晶等の透過型の素子であってもよい。特に、表示素子21としてDMDを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り替えることが容易になり、投影距離を変化させる表示に有利である。なお、表示素子21は、30fps以上、好ましくは90fpsのフレームレートで動作する。これにより、異なる虚像距離に複数の虚像f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 display element 21 may be a reflective element such as DMD (Digital Micromirror Device) or LCOS (Liquid Crystal On Silicon), or may be a transmissive element such as liquid crystal. In particular, when a DMD is used as the display element 21, it is easy to switch images at high speed while maintaining brightness, which is advantageous for display in which the projection distance is changed. The display element 21 operates at a frame rate of 30 fps or higher, preferably 90 fps. This makes it easy to make it appear as if a plurality of virtual images f are simultaneously displayed at different virtual image distances.
表示制御部50は、CPU(Central Procesing Unit)、および半導体や磁気ディスクで構成されるメモリを備え、メモリに記憶されているプログラムを実行することで、以下に説明する移動機構30、および表示素子21を制御する。これらを制御することにより表示制御部50は、表示素子21が表示する像i1の形成タイミングを制御し、表示スクリーン223の背後に虚像距離(投影距離)が変化する3次元的な虚像f1〜fnを表示させる。具体的には、後述するように、移動機構30により光学素子群221に含まれる1つ以上のレンズの位置を光軸AX上で移動する。その位置変化に同期させて表示素子21に像を表示するタイミングを制御することで、虚像fまでの虚像距離を変化させる。これを短時間で行うことにより、ユーザー900は同時に投影距離が異なる複数の虚像f(f1〜fn)を同時に視認できる。 The display control unit 50 includes a CPU (Central Processing Unit) and a memory constituted by a semiconductor or a magnetic disk, and executes a program stored in the memory, thereby executing a moving mechanism 30 and a display element described below. 21 is controlled. By controlling these, the display control unit 50 controls the formation timing of the image i1 displayed on the display element 21, and the three-dimensional virtual images f1 to fn in which the virtual image distance (projection distance) changes behind the display screen 223. Is displayed. Specifically, as described later, the moving mechanism 30 moves the positions of one or more lenses included in the optical element group 221 on the optical axis AX. By controlling the timing at which an image is displayed on the display element 21 in synchronization with the change in position, the virtual image distance to the virtual image f is changed. By performing this in a short time, the user 900 can simultaneously visually recognize a plurality of virtual images f (f1 to fn) having different projection distances.
図4は、第1の実施形態における光学素子群221および移動機構30を示す側面図である。光学素子群221は、第1のレンズ群61、レンズ621、および第2のレンズ群63を含む。 FIG. 4 is a side view showing the optical element group 221 and the moving mechanism 30 in the first embodiment. The optical element group 221 includes a first lens group 61, a lens 621, and a second lens group 63.
以下に説明する第1の実施形態、およびその他の実施形態においては、中間スクリーンを省略しているが、第1のレンズ群61の直下流側、すなわち第1のレンズ群61とレンズ621の間に中間スクリーンを配置してもよい。中間スクリーンは、摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイ等で構成され拡散機能を有し、配光角を所望の角度に制御するための拡散板である。中間スクリーンを配置した形態においては、レンズ群61の結像位置にある中間スクリーン上に中間像を形成する。そして、中間スクリーン上に形成した中間像は、後段のレンズ621、第2のレンズ群63により虚像fに変換され、ユーザー900の前方に投影される。 In the first embodiment and the other embodiments described below, the intermediate screen is omitted, but immediately downstream of the first lens group 61, that is, between the first lens group 61 and the lens 621. An intermediate screen may be arranged on the screen. The intermediate screen is a diffusing plate that includes a frosted glass, a lens diffusing plate, a microlens array, and the like, has a diffusing function, and controls the light distribution angle to a desired angle. In the form in which the intermediate screen is arranged, an intermediate image is formed on the intermediate screen at the image forming position of the lens group 61. Then, the intermediate image formed on the intermediate screen is converted into a virtual image f by the rear lens 621 and the second lens group 63 and is projected in front of the user 900.
図4に示す第1の実施形態においては、表示素子21の表示面21aに形成された像i1は、光学素子群221を構成する第1のレンズ群61、レンズ621、および第2のレンズ群63により、拡大され、虚像に変換され、ユーザー900の前方に投影される。また、第1の実施形態においては、移動機構30は、光軸AX上においてレンズ621を移動させる、すなわち、光軸AX方向の位置を変更する。 In the first embodiment shown in FIG. 4, an image i1 formed on the display surface 21a of the display element 21 includes a first lens group 61, a lens 621, and a second lens group that constitute the optical element group 221. By 63, the image is enlarged, converted into a virtual image, and projected in front of the user 900. In the first embodiment, the moving mechanism 30 moves the lens 621 on the optical axis AX, that is, changes the position in the optical axis AX direction.
第1の実施形態における移動機構30は、アクチュエーター31、位置検知センサー32を備える。アクチュエーター31は、ステッピングモーター等の駆動源と、この駆動源の回転運動を直線運動に変換するベルト駆動ユニット等の機構を含む。表示制御部50からの制御信号により、アクチュエーター31が作動することで、レンズ621は光軸AX上をスライド移動する(図示矢印方向)。 The moving mechanism 30 in the first embodiment includes an actuator 31 and a position detection sensor 32. The actuator 31 includes a drive source such as a stepping motor and a mechanism such as a belt drive unit that converts the rotational motion of the drive source into linear motion. When the actuator 31 is operated by a control signal from the display control unit 50, the lens 621 slides on the optical axis AX (in the direction of the arrow in the drawing).
位置検知センサー32は検出部として機能し、レンズ621、またはこれを保持する保持部材(図示せず)の光軸AX方向での位置を検出する。位置検知センサーは、リニアエンコーダー、ホール素子、フォトセンサー、等を用いることができる。レンズ621の光軸AX上の位置は、位置検知センサー32により検出され、位置データの信号(検出信号)は、表示制御部50に送られる。 The position detection sensor 32 functions as a detection unit, and detects the position of the lens 621 or a holding member (not shown) that holds the lens 621 in the optical axis AX direction. As the position detection sensor, a linear encoder, a Hall element, a photo sensor, or the like can be used. The position of the lens 621 on the optical axis AX is detected by the position detection sensor 32, and a position data signal (detection signal) is sent to the display control unit 50.
表示制御部50は、アクチュエーター31を制御することで、光軸AX上でレンズ621を所定の周期で往復運動させる。所定の周期としては例えば数十Hzである。このとき、位置検知センサー32からの検出信号に同期させて、表示部21に画像データを出力し、像i1および虚像fを形成させる。図4では、移動されたレンズ621(一部は破線で示す)の位置に対応して符号f1、f2、fnを付している。これは、その位置に応じた投影距離で図3に示す虚像f1、f2、fnが形成されることを示すものである(以下、同様)。図4においても最も投影距離が長くなるのは、符号fnに対応して最も右側にレンズ621を移動させた場合であり、最も投影距離が短くなるのは、符号f1に対応して最も左側にレンズ621を移動させた場合である。なお、fnのnは、3以上の整数を示し、レンズ621の位置は、3段階に限られず、これよりも多段階の位置に移動させ得ることを表している。 The display control unit 50 controls the actuator 31 to reciprocate the lens 621 on the optical axis AX at a predetermined cycle. The predetermined period is, for example, several tens of Hz. At this time, image data is output to the display unit 21 in synchronization with the detection signal from the position detection sensor 32, and an image i1 and a virtual image f are formed. In FIG. 4, reference numerals f <b> 1, f <b> 2, and fn are attached to correspond to the positions of the moved lenses 621 (partially indicated by broken lines). This indicates that the virtual images f1, f2, and fn shown in FIG. 3 are formed at a projection distance corresponding to the position (the same applies hereinafter). Also in FIG. 4, the projection distance becomes the longest when the lens 621 is moved to the rightmost side corresponding to the symbol fn, and the projection distance becomes the shortest on the leftmost side corresponding to the symbol f1. This is a case where the lens 621 is moved. Note that n of fn represents an integer of 3 or more, and the position of the lens 621 is not limited to three stages, and can be moved to a multistage position.
このように第1の実施形態に係る虚像表示装置20では、移動機構30のアクチュエーター31により虚像形成光学系22のレンズ621を光軸AX上でスライド移動させることで、当該レンズ621の光軸方向の位置を変更するとともに、移動機構30により移動され、位置検知センサー32により検出したレンズ621の位置に応じて、表示制御部50により表示素子21に画像データを出力し、像を表示するタイミングを制御する。これにより、複数の投影距離の虚像fを実質的に同時に表示することができる。 As described above, in the virtual image display device 20 according to the first embodiment, the lens 621 of the virtual image forming optical system 22 is slid on the optical axis AX by the actuator 31 of the moving mechanism 30, thereby the optical axis direction of the lens 621. The display control unit 50 outputs image data to the display element 21 according to the position of the lens 621 that is moved by the moving mechanism 30 and detected by the position detection sensor 32, and the timing for displaying the image is changed. Control. Thereby, the virtual images f at a plurality of projection distances can be displayed substantially simultaneously.
(変形例)
第1の実施形態では、位置検知センサー32を設けていたが、駆動源としてステッピングモーターのように、駆動源自体で回転位置が分かる駆動源であれば、位置検知センサー32を省略してもよい。この場合、ステッピングモーターの制御回路が検出部としても機能し、この表示制御部50は、制御回路から直接、位置データを取得できる。図5はそのような変形例における光学素子群および移動機構を示す図である。図5に示す変形例では、アクチュエーター33を構成するステッピングモーターの制御回路が検出部としても機能し、アクチュエーター33からのエンコーダー信号に基づいて、制御部50は、表示素子21に像を表示するタイミングを制御する。
(Modification)
In the first embodiment, the position detection sensor 32 is provided. However, the position detection sensor 32 may be omitted if the drive source is a drive source whose rotational position is known by the drive source itself, such as a stepping motor. . In this case, the control circuit of the stepping motor also functions as a detection unit, and the display control unit 50 can acquire position data directly from the control circuit. FIG. 5 is a diagram showing an optical element group and a moving mechanism in such a modification. In the modification shown in FIG. 5, the control circuit of the stepping motor that constitutes the actuator 33 also functions as a detection unit, and the control unit 50 displays an image on the display element 21 based on the encoder signal from the actuator 33. To control.
(第2の実施形態)
図6は、第2の実施形態における光学素子群221および移動機構30を示す側面図である。同図に示す構成以外は第1の実施形態と同じであり、説明を省略する。図6に示す、光学素子群221は、第1のレンズ群61、第2のレンズ群63、および第3のレンズ群64を含む。第3のレンズ群64は、3つのレンズ641〜643で構成される。この3つのレンズ641〜643は、それぞれが光軸AX上の予め設定された固定の異なる位置に配置されるように構成されている。なお、図6では3つのレンズ641〜643で構成される例を示すが、2つであっても、4つ以上であってもよい。これらのレンズ641〜643のうち択一的に1つのレンズのみが、アクチュエーター34により光軸AX上(レンズ中心が光軸AXに一致)に移動され(図示矢印方向)、その他のレンズは退避位置で保持される。図6の例では、最も左側のレンズ641のみが光軸AX上に移動されていることを示している。アクチュエーター34は、第1の実施形態で用いたアクチュエーター32と同様に、ステッピングモーター等の駆動源と、この駆動源の回転運動を直線運動に変換するベルト駆動ユニット等の機構を含む。また、各レンズ641〜643は同一構成のレンズであり、複数のレンズのいずれか択一的に光軸AX上に配置することで、図4に示した第1の実施形態と同様に、レンズの光軸方向の位置を変更する。これにより光軸AX上に配置したレンズの位置に応じた投影距離で虚像f(f1、f2、fn)が形成される。なお、第2の実施形態においては、実質的にレンズを離散的に光軸AX方向に移動させたものと同義であり、その点で、レンズを連続的に光軸AX方向に移動させる第1の実施形態と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a side view showing the optical element group 221 and the moving mechanism 30 in the second embodiment. Except for the configuration shown in the figure, the second embodiment is the same as the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The optical element group 221 shown in FIG. 6 includes a first lens group 61, a second lens group 63, and a third lens group 64. The third lens group 64 includes three lenses 641 to 643. Each of the three lenses 641 to 643 is configured to be arranged at a predetermined fixed position on the optical axis AX. In addition, although the example comprised by the three lenses 641-643 is shown in FIG. 6, two or four or more may be sufficient. Only one of these lenses 641 to 643 is moved on the optical axis AX (the center of the lens coincides with the optical axis AX) by the actuator 34 (in the direction of the arrow in the figure), and the other lenses are retracted. Held in. In the example of FIG. 6, it is shown that only the leftmost lens 641 is moved on the optical axis AX. Similarly to the actuator 32 used in the first embodiment, the actuator 34 includes a drive source such as a stepping motor and a mechanism such as a belt drive unit that converts the rotational motion of the drive source into linear motion. Each of the lenses 641 to 643 is a lens having the same configuration, and by arranging one of a plurality of lenses on the optical axis AX, as in the first embodiment shown in FIG. The position in the optical axis direction is changed. Thereby, a virtual image f (f1, f2, fn) is formed at a projection distance corresponding to the position of the lens arranged on the optical axis AX. In the second embodiment, the lens is substantially the same as that in which the lens is discretely moved in the optical axis AX direction. In this respect, the first lens in which the lens is continuously moved in the optical axis AX direction is used. Different from the embodiment.
このような第2の実施形態に係る虚像表示装置20においても、移動機構30のアクチュエーター34により虚像形成光学系22のレンズ群64を構成する複数のレンズのいずれかを光軸AX上に配置することで実質的にレンズの光軸方向の位置を変更するとともに、変更されたレンズの位置、すなわち光軸AX上に配置タイミングに同期して、表示制御部50により表示素子21に像を表示するタイミングを制御する。これにより、第1の実施形態と同様に複数の投影距離の虚像fを実質的に同時に表示することができる。 Also in the virtual image display device 20 according to the second embodiment as described above, any of a plurality of lenses constituting the lens group 64 of the virtual image forming optical system 22 is arranged on the optical axis AX by the actuator 34 of the moving mechanism 30. Thus, the position of the lens in the optical axis direction is substantially changed, and an image is displayed on the display element 21 by the display control unit 50 in synchronization with the position of the changed lens, that is, on the optical axis AX. Control timing. Thereby, the virtual images f of a plurality of projection distances can be displayed substantially simultaneously as in the first embodiment.
(第3の実施形態)
図7は、第3の実施形態における光学素子群221および移動機構30を示す図である。図7(a)は、Z方向(光軸AX方向)から視た正面図であり、図7(b)は側面図である。同図に示す構成以外は第1の実施形態と同じであり、説明を省略する。図7に示す光学素子群221は、第1のレンズ群61、第2のレンズ群63、および第4のレンズ群65を含む。第4のレンズ群65は、レンズ651〜656で構成され、それぞれは焦点距離が異なる。例えばレンズ651〜656の順で焦点距離が長くなる。各レンズ651〜656は、円盤352上に回転軸s1対して同心円状に保持される。すなわち、回転軸s1からの各レンズ651の中心位置に至るまで距離は等しい。また、この回転軸s1は光軸AXに平行な軸であり、円盤352はXY平面上で回転する、すなわち、レンズ651〜656の中心のZ方向(光軸AX方向)の座標は同じである。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating the optical element group 221 and the moving mechanism 30 in the third embodiment. Fig.7 (a) is the front view seen from the Z direction (optical axis AX direction), and FIG.7 (b) is a side view. Except for the configuration shown in the figure, the second embodiment is the same as the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The optical element group 221 shown in FIG. 7 includes a first lens group 61, a second lens group 63, and a fourth lens group 65. The fourth lens group 65 includes lenses 651 to 656, each having a different focal length. For example, the focal length increases in the order of the lenses 651 to 656. The lenses 651 to 656 are held concentrically on the disc 352 with respect to the rotation axis s1. That is, the distance from the rotation axis s1 to the center position of each lens 651 is equal. The rotation axis s1 is an axis parallel to the optical axis AX, and the disk 352 rotates on the XY plane, that is, the coordinates in the Z direction (optical axis AX direction) of the centers of the lenses 651 to 656 are the same. .
移動機構30は、アクチュエーター35および位置検知センサー36を含む。アクチュエーター35は駆動モーター351、および円盤352で構成される。表示制御部50からの制御信号により、駆動モーター351が回転することで、光軸AX上にレンズ群65のレンズ651〜656を順次、配置させる。これにより配置するレンズの焦点距離に応じて虚像fの投影距離を変更できる。円盤352の回転位置は、ホール素子、フォトセンサー、等で構成される位置検知センサー36により検知される。円盤352は、一定の角速度で回転制御することが好ましいが、断続的に回転させてもよい。例えばレンズ651、652がそれぞれ光軸AX上に配置されたタイミングで、表示素子21の表示面21aに像i1を形成することで、レンズの焦点距離に応じた投影距離で虚像f1、f2がそれぞれ形成される。なお、図7に示す例では、6つのレンズを用いた例を示したが、これに限られず、レンズ枚数はこれよりも少なくてもよく、多くてもよい。また、複数のレンズの全てで焦点距離が異ならず、一部のレンズ同士で焦点距離が同じであってもよい。 The moving mechanism 30 includes an actuator 35 and a position detection sensor 36. The actuator 35 includes a drive motor 351 and a disk 352. The drive motor 351 is rotated by a control signal from the display control unit 50, so that the lenses 651 to 656 of the lens group 65 are sequentially arranged on the optical axis AX. Thereby, the projection distance of the virtual image f can be changed according to the focal length of the lens to be arranged. The rotational position of the disk 352 is detected by a position detection sensor 36 including a hall element, a photo sensor, and the like. The disk 352 is preferably controlled to rotate at a constant angular velocity, but may be rotated intermittently. For example, by forming the image i1 on the display surface 21a of the display element 21 at the timing when the lenses 651 and 652 are respectively arranged on the optical axis AX, the virtual images f1 and f2 are respectively formed at the projection distance according to the focal length of the lens. It is formed. In the example shown in FIG. 7, an example using six lenses is shown, but the present invention is not limited to this, and the number of lenses may be smaller or larger. Further, the focal length may not be different for all of the plurality of lenses, and the focal length may be the same for some lenses.
このように第3の実施形態に係る虚像表示装置20では、レンズ群65の焦点距離が互いに異なる各レンズ651〜656を同心円状に配置した円盤352を回転させることで、複数のレンズ651〜656を順次、光軸AX上に配置させ、光軸上のレンズを変更する。そしてレンズを変更するタイミングに応じて表示制御部50により表示素子21に像を表示するタイミングを制御する。これにより、第1、第2の実施形態と同様に複数の投影距離の虚像fを実質的に同時に表示することができる。 As described above, in the virtual image display device 20 according to the third embodiment, the plurality of lenses 651 to 656 are rotated by rotating the disk 352 in which the lenses 651 to 656 having different focal lengths of the lens group 65 are arranged concentrically. Are sequentially arranged on the optical axis AX, and the lens on the optical axis is changed. The display control unit 50 controls the timing for displaying an image on the display element 21 in accordance with the timing for changing the lens. Thereby, the virtual images f of a plurality of projection distances can be displayed substantially simultaneously as in the first and second embodiments.
(ヘッドアップディスプレイ装置10)
図8は、ヘッドアップディスプレイ装置10のハードウェア構成を説明するブロック図である。ヘッドアップディスプレイ装置10は、上述した虚像表示装置20の他に、運転者検出部71、環境監視部72、および主制御部60を備える。主制御部60は、ヘッドアップディスプレイ装置10全体を制御することで、対向車両、通行者等のオブジェクトに対応させた虚像を3次元的に表示する。虚像の表示例については後述する。
(Head-up display device 10)
FIG. 8 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the head-up display device 10. The head-up display device 10 includes a driver detection unit 71, an environment monitoring unit 72, and a main control unit 60 in addition to the virtual image display device 20 described above. The main control unit 60 controls the entire head-up display device 10 to display a three-dimensional virtual image corresponding to an object such as an oncoming vehicle or a passerby. A display example of the virtual image will be described later.
運転者検出部71は、車両800内のユーザー900の存在や視点位置を検出する部分であり、運転席816に向けた内部用カメラ71a、運転席用画像処理部71b、および判断部71cを備える。内部用カメラ71aは、車体811内のダッシュボード814に、運転席816に対向して設置されており(図2参照)、運転席816に座るユーザー900の頭部、およびその周辺の画像を撮影する。運転席用画像処理部71bは、内部用カメラ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い、判断部71cでの処理を容易にする。判断部71cは、運転席用画像処理部71bで処理した運転席画像からオブジェクトの抽出、または切り出しを行うことによってユーザー900の頭部や目(瞳910)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811内におけるユーザー900の頭部の存否とともにユーザー900の目の空間的な位置(結果的に視線の方向)を算出する。 The driver detection unit 71 is a part that detects the presence of the user 900 and the viewpoint position in the vehicle 800, and includes an internal camera 71a facing the driver's seat 816, an image processing unit 71b for the driver's seat, and a determination unit 71c. . The internal camera 71a is installed on the dashboard 814 in the vehicle body 811 so as to face the driver's seat 816 (see FIG. 2), and takes an image of the head of the user 900 sitting on the driver's seat 816 and its surroundings. To do. The driver seat image processing unit 71b performs various types of image processing such as brightness correction on the image captured by the internal camera 71a to facilitate processing by the determination unit 71c. The determination unit 71c detects the head and eyes (pupil 910) of the user 900 by extracting or cutting out an object from the driver seat image processed by the driver seat image processing unit 71b, and is attached to the driver seat image. The spatial position of the user's 900 eyes (resulting in the direction of the line of sight) is calculated along with the presence / absence of the user's 900 head in the vehicle body 811 from the depth information.
環境監視部72は、オブジェクト検出部として機能する。環境監視部72は、前方に近接する自動車、自転車、歩行者等のオブジェクトを識別するとともに、オブジェクトまでの距離を判定する。環境監視部72は、外部用カメラ72a、外部用画像処理部72b、および判断部72cを備える。外部用カメラ72aは車体811内外の適所に設置されており、ユーザー900または車両800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い、判断部72cでの処理を容易にする。判断部72cは、外部用画像処理部72bで処理した外部画像からオブジェクトの抽出、または切り出しを行うことによって自動車、自転車、歩行者等のオブジェクト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両800前方におけるオブジェクトの空間的な位置を算出する。 The environment monitoring unit 72 functions as an object detection unit. The environment monitoring unit 72 identifies objects such as cars, bicycles, and pedestrians that are close to the front, and determines the distance to the object. The environment monitoring unit 72 includes an external camera 72a, an external image processing unit 72b, and a determination unit 72c. The external camera 72a is installed at appropriate positions inside and outside the vehicle body 811 and captures an external image such as the front or side of the user 900 or the vehicle 800. The external image processing unit 72b performs various types of image processing such as brightness correction on the image captured by the external camera 72a, thereby facilitating the processing in the determination unit 72c. The determination unit 72c detects the presence / absence of an object such as a car, a bicycle, or a pedestrian by extracting or cutting out an object from the external image processed by the external image processing unit 72b, and depth information associated with the external image From the above, the spatial position of the object in front of the vehicle 800 is calculated.
なお、内部用カメラ71aや外部用カメラ72aは、例えば複眼型の3次元カメラを含む。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、オブジェクトの位置等)を解析することで、画像内の各領域、またはオブジェクトまでの距離を判定する。 The internal camera 71a and the external camera 72a include, for example, a compound eye type three-dimensional camera. That is, the cameras 71a and 72a are obtained by arranging camera elements, each of which includes an imaging lens, a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), and other imaging elements, in a matrix. Drive circuits. The plurality of camera elements constituting each of the cameras 71a and 72a are focused on, for example, different positions in the depth direction, or can detect relative parallax, and are obtained from each camera element. By analyzing the state of the image (focus state, object position, etc.), the distance to each region or object in the image is determined.
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、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てもよい。 In addition, in a single two-dimensional camera, distance information in the depth direction may be obtained for each part in the captured screen by performing imaging while changing the focal length at high speed.
さらに、複眼型の外部用カメラ72aに代えて、LIDAR(Light Detection And Ranging)技術を用いてもよい。これにより検出領域内の各部(領域、またはオブジェクト)に関して奥行方向の距離情報を得ることができる。LIDAR技術により、パルス状のレーザー照射に対する散乱光を測定し、遠距離にあるオブジェクトまでの距離や拡がり計測して視野内のオブジェクトまでの距離情報やオブジェクトの拡がりに関する情報を取得できる。このLIDAR技術のようなレーダーセンシング技術と画像情報からオブジェクトの距離等を検出する技術とを組み合わせることによって、オブジェクトの検出精度を高めることができる。 Furthermore, instead of the compound-eye external camera 72a, a LIDAR (Light Detection And Ranging) technique may be used. Thereby, distance information in the depth direction can be obtained for each part (region or object) in the detection region. With the LIDAR technology, it is possible to measure the scattered light with respect to pulsed laser irradiation and measure the distance to an object at a long distance and the spread to obtain the distance information to the object in the field of view and the information about the spread of the object. By combining a radar sensing technique such as the LIDAR technique and a technique for detecting an object distance or the like from image information, the object detection accuracy can be increased.
表示制御部50は、主制御部60の制御下で虚像表示装置20を動作させて、表示スクリーン223の背後に投影距離(「虚像距離」ともいう)が変化する3次元的な虚像fを表示させる。表示制御部50は、主制御部60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を含む表示情報から、虚像表示装置20に表示させる虚像fを生成する。虚像fは、例えば表示スクリーン223の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他のオブジェクトOB(後述の図9参照)に対してその奥行位置方向に関して周辺に位置するフレームF(図9参照)のような標識になる。 The display control unit 50 operates the virtual image display device 20 under the control of the main control unit 60 to display a three-dimensional virtual image f whose projection distance (also referred to as “virtual image distance”) changes behind the display screen 223. Let The display control unit 50 generates a virtual image f to be displayed on the virtual image display device 20 from display information including the display shape and display distance received from the environment monitoring unit 72 via the main control unit 60. The virtual image f is, for example, a frame F (see FIG. 9) located in the periphery with respect to the depth position direction with respect to a car, a bicycle, a pedestrian, or other object OB (see FIG. 9 described later) existing behind the display screen 223. It becomes a sign like this.
表示制御部50は、主制御部60を介して運転者検出部71からユーザー900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、虚像表示装置20による虚像fの投影の自動的な開始や停止が可能になる。また、ユーザー900の視線の方向のみに虚像fの投影を行うこともできる。さらに、ユーザー900の視線の方向の虚像f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 display control unit 50 receives a detection output related to the presence of the user 900 and the eye position from the driver detection unit 71 via the main control unit 60. Thereby, the projection of the virtual image f by the virtual image display device 20 can be automatically started and stopped. It is also possible to project the virtual image f only in the direction of the line of sight of the user 900. Further, it is possible to perform projection with emphasis such as brightening or blinking only the virtual image f in the direction of the line of sight of the user 900.
図9は、具体的な表示状態を説明する斜視図である。運転者(観察者)であるユーザー900の前方は観察視野に相当する検出領域DFとなっている。検出領域DF内、つまり道路、およびその周辺に、歩行者等である人のオブジェクトOB1、OB3や、自動車等である移動体のオブジェクトOB2が存在する。この場合、ヘッドアップディスプレイ装置10の主制御部60は、虚像表示装置20によって3次元的な虚像f(f1〜f3)を投影させ、各オブジェクトOB1〜OB3に対して関連情報像としてのフレームF1、F2、F3を付加する。この際、ユーザー900から各オブジェクトOB1〜OB3までの距離が異なるので、フレームF(F1〜F3)を表示させる虚像f1、f2、f3までの投影距離は、環境監視部72が判定したユーザー900または車両800から各オブジェクトOB1〜OB3までの距離に相当させている。 FIG. 9 is a perspective view illustrating a specific display state. The front of the user 900 who is a driver (observer) is a detection region DF corresponding to the observation field. Within the detection area DF, that is, on the road and its surroundings, there are objects OB1 and OB3 of a person such as a pedestrian and a moving object OB2 such as a car. In this case, the main control unit 60 of the head-up display device 10 projects a three-dimensional virtual image f (f1 to f3) by the virtual image display device 20, and a frame F1 as a related information image for each object OB1 to OB3. , F2 and F3 are added. At this time, since the distances from the user 900 to the objects OB1 to OB3 are different, the projection distances to the virtual images f1, f2, and f3 for displaying the frames F (F1 to F3) are determined by the user 900 or the environment monitoring unit 72 determined. This corresponds to the distance from the vehicle 800 to each of the objects OB1 to OB3.
図4の第1の実施形態に係る虚像表示装置20であれば、表示制御部50は、近距離(第1の距離)の虚像f1はレンズ621を最も左側に移動するタイミングで、表示素子21に像i1を表示させる。同様に、中距離(第2の距離)の虚像f2では、レンズ621を所定量だけ右側に移動するタイミングで、表示素子21に像i1を表示させる。遠距離(第3の距離)の虚像f3では、レンズ621を最も右側に移動するタイミング(図4のfnの位置)で表示素子21に像i1を表示させる。なお、虚像f1〜f3の投影距離は、第1の実施形態のようにレンズ621を光軸AX上で連続的にスライド移動させる形態であれば、虚像fの投影距離も連続的に変化させることができる。一方で、図6の第2の実施形態のように光軸AX上で離散的に配置する形態であれば、虚像fの投影距離も離散的に変化させることになる。この場合、オブジェクトOB1〜OB3までの現実の距離に対して正確に一致しない場合がある。しかしながら、虚像f1、f2、f3の投影距離と、オブジェクトOB1、OB2、OB3までの現実の距離との差が大きくなければ、ユーザー900の視点が(X方向で)動いても視差が生じにくく、オブジェクトOB1、OB2、OB3とフレームF1、F2、F3との配置関係を略維持できる。 In the virtual image display device 20 according to the first embodiment of FIG. 4, the display control unit 50 displays the display element 21 at a timing when the virtual image f1 at the short distance (first distance) moves the lens 621 to the leftmost side. Display the image i1. Similarly, in the virtual image f2 at the intermediate distance (second distance), the image i1 is displayed on the display element 21 at a timing when the lens 621 is moved to the right side by a predetermined amount. In the virtual image f3 at a long distance (third distance), the image i1 is displayed on the display element 21 at the timing of moving the lens 621 to the rightmost side (position fn in FIG. 4). In addition, if the projection distance of the virtual images f1 to f3 is a form in which the lens 621 is continuously slid on the optical axis AX as in the first embodiment, the projection distance of the virtual image f is also continuously changed. Can do. On the other hand, if it is a form arranged discretely on the optical axis AX as in the second embodiment of FIG. 6, the projection distance of the virtual image f is also changed discretely. In this case, the actual distance from the objects OB1 to OB3 may not exactly match. However, if the difference between the projected distances of the virtual images f1, f2, and f3 and the actual distances to the objects OB1, OB2, and OB3 is not large, parallax hardly occurs even if the viewpoint of the user 900 moves (in the X direction). The arrangement relationship between the objects OB1, OB2, and OB3 and the frames F1, F2, and F3 can be substantially maintained.
以上で説明した実施形態に係る虚像表示装置20、およびこれを備えたヘッドアップディスプレイ装置10によれば、複数のレンズを含み、前記表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系を備え、虚像形成光学系の少なくとも1つのレンズの光軸方向の位置を変更する、または、焦点距離の異なるレンズに変更することで、虚像を複数距離において連続的または離散的に表示できる。これにより、危険警告信号その他の虚像(例えばフレームF)を奥行き方向も含めて透視されるオブジェクトOBつまり実物、またはシースルー像に重畳させることが可能となる。結果的に、遠方から近傍まで目の位置が変わっても虚像と実物との間のズレ発生を抑制でき、かかる虚像表示装置20をヘッドアップディスプレイ装置10のような運転支援システムに適用した場合、システムの安全性をより高めることができる。 According to the virtual image display device 20 and the head-up display device 10 including the virtual image display device 20 according to the embodiment described above, an image formed on the display element is enlarged and converted into a virtual image including a plurality of lenses. A virtual image forming optical system for projecting is provided. By changing the position of at least one lens of the virtual image forming optical system in the optical axis direction or by changing to a lens having a different focal length, the virtual image is continuously or discretely at a plurality of distances. Can be displayed. This makes it possible to superimpose a danger warning signal or other virtual image (for example, frame F) on the object OB that is seen through including the depth direction, that is, the real object or the see-through image. As a result, even if the position of the eyes changes from a distance to the vicinity, it is possible to suppress the deviation between the virtual image and the real object, and when the virtual image display device 20 is applied to a driving support system such as the head-up display device 10, System safety can be further increased.
(その他の変形例)
以上に説明した虚像表示装置、およびこれを備えたヘッドアップディスプレイ装置の構成は、上記の実施形態の特徴を説明するにあたって主要構成を説明したのであって、上記の構成に限られず、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。また、一般的な虚像表示装置、またはヘッドアップディスプレイ装置が備える構成を排除するものではない。
(Other variations)
The configuration of the virtual image display device described above and the head-up display device including the virtual image display device has been described with reference to the main configuration in describing the features of the above-described embodiment, and is not limited to the above configuration. Various modifications can be made within the range. Further, the configuration of a general virtual image display device or a head-up display device is not excluded.
例えば、上述の各実施形態では、1つのレンズを光軸AX上でスライド移動させることにより、もしく光軸上の異なる位置に配置することで、または複数の異なる焦点距離のレンズうち1つのレンズを択一的に光軸AX上に配置することで、虚像までの投影距離を変更していた。しかしながら複数のレンズから構成されるレンズセットを、スライド移動させたり、光軸上の異なる位置に配置させたりしてもよい。また、焦点距離の異なる複数のレンズから構成されるレンズセットを設け、これらのレンズセットのいずれかを択一的に光軸AX上に配置するように構成してもよい。 For example, in each of the above-described embodiments, one lens is slid on the optical axis AX, or is disposed at a different position on the optical axis, or one of a plurality of lenses having different focal lengths. Alternatively on the optical axis AX, the projection distance to the virtual image was changed. However, a lens set composed of a plurality of lenses may be slid and arranged at different positions on the optical axis. Further, a lens set composed of a plurality of lenses having different focal lengths may be provided, and any of these lens sets may be alternatively arranged on the optical axis AX.
10 ヘッドアップディスプレイ装置
20 虚像表示装置
21 表示素子
21a 表示面
22 虚像形成光学系
221 光学素子群
61 第1のレンズ群
621 レンズ
63 第2のレンズ群
64 第3のレンズ群
641〜643 レンズ
65 第4のレンズ群
651〜656 レンズ
222 ミラー
223 表示スクリーン
29 ハウジング
30 移動機構
31、33、34、35 アクチュエーター
32、36 位置検知センサー
351 駆動モーター
352 円盤
50 表示制御部
60 主制御部
71 運転者検出部
72 環境監視部
800 車両
811 車体
812 フロントウィンドウ
813 ハンドル
814 ダッシュボード
815 ディスプレイ
816 運転席
900 ユーザー
910 瞳
AX 光軸
D1 表示光
f 虚像
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Head-up display apparatus 20 Virtual image display apparatus 21 Display element 21a Display surface 22 Virtual image formation optical system 221 Optical element group 61 1st lens group 621 Lens 63 2nd lens group 64 3rd lens group 641-643 Lens 65 1st 4 lens group 651-656 lens 222 mirror 223 display screen 29 housing 30 moving mechanism 31, 33, 34, 35 actuator 32, 36 position detection sensor 351 drive motor 352 disk 50 display control unit 60 main control unit 71 driver detection unit 72 Environment Monitoring Unit 800 Vehicle 811 Car Body 812 Front Window 813 Handle 814 Dashboard 815 Display 816 Driver's Seat 900 User 910 Eye AX Optical Axis D1 Display Light f Virtual Image
Claims (5)
複数のレンズを含み、前記表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系と、
前記虚像形成光学系の少なくとも1つの前記レンズの光軸方向の位置を変更することで、前記虚像までの投影距離を変更する移動機構と、
前記移動機構により変更されたレンズの位置に応じて、前記表示素子に像を表示するタイミングを制御する表示制御部と、
を備える、虚像表示装置。 A display element;
A virtual image forming optical system including a plurality of lenses, enlarging an image formed on the display element, converting the image into a virtual image, and projecting the virtual image;
A moving mechanism that changes a projection distance to the virtual image by changing a position in the optical axis direction of at least one of the lenses of the virtual image forming optical system;
A display control unit for controlling the timing of displaying an image on the display element according to the position of the lens changed by the moving mechanism;
A virtual image display device.
前記移動機構は、前記レンズ群を構成する複数のレンズのいずれかを前記光軸上に配置することで、前記レンズの前記光軸方向の位置を変更する、請求項1に記載の虚像表示装置。 The virtual image forming optical system includes a lens group including a plurality of lenses that are arranged at different fixed positions on the optical axis,
The virtual image display device according to claim 1, wherein the moving mechanism changes a position of the lens in the optical axis direction by arranging any of a plurality of lenses constituting the lens group on the optical axis. .
複数のレンズを含み、前記表示素子に形成された像を拡大し、虚像に変換して投影する虚像形成光学系と、
前記虚像形成光学系の少なくとも1つの光軸上の前記レンズを、焦点距離の異なるレンズに変更することで、前記虚像までの投影距離を変更する移動機構と、
前記移動機構によるレンズを変更するタイミングに応じて、前記表示素子に像を表示するタイミングを制御する表示制御部と、
を備え
前記虚像形成光学系は、焦点距離が互いに異なる複数のレンズで構成されるレンズ群を含み、
前記移動機構は、前記レンズ群を構成する複数のレンズのいずれかを光軸上に配置する虚像表示装置。 A display element;
A virtual image forming optical system including a plurality of lenses, enlarging an image formed on the display element, converting the image into a virtual image, and projecting the virtual image;
A moving mechanism that changes the projection distance to the virtual image by changing the lens on at least one optical axis of the virtual image forming optical system to a lens having a different focal length;
A display control unit that controls the timing of displaying an image on the display element according to the timing of changing the lens by the moving mechanism;
The virtual image forming optical system includes a lens group including a plurality of lenses having different focal lengths,
The moving mechanism is a virtual image display device in which one of a plurality of lenses constituting the lens group is arranged on an optical axis.
前記円盤を回転させることで、前記レンズ群の前記レンズを前記光軸上に順次、前記光軸上に配置させる、請求項3に記載の虚像表示装置。 The moving mechanism is a disk that rotates around a rotation axis parallel to the optical axis, and has a disk in which the lenses of the lens group are arranged concentrically.
The virtual image display device according to claim 3, wherein the lenses of the lens group are sequentially arranged on the optical axis by rotating the disk.
検出領域内に存在するオブジェクトを検出するとともに、前記オブジェクトまでの距離を判定するオブジェクト検出部と、
オブジェクト検出部が判定した前記オブジェクトまでの距離に対応した前記投影距離で、前記虚像表示装置に虚像を形成させる、主制御部と、
を備えた、ヘッドアップディスプレイ装置。
The virtual image display device according to any one of claims 1 to 4,
An object detection unit that detects an object existing in the detection region and determines a distance to the object;
A main control unit that causes the virtual image display device to form a virtual image at the projection distance corresponding to the distance to the object determined by the object detection unit;
A head-up display device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018084091A JP2019191368A (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Virtual image display device and head-up display device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018084091A JP2019191368A (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Virtual image display device and head-up display device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019191368A true JP2019191368A (en) | 2019-10-31 |
Family
ID=68390060
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018084091A Pending JP2019191368A (en) | 2018-04-25 | 2018-04-25 | Virtual image display device and head-up display device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2019191368A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021095850A1 (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-20 | 株式会社デンソー | Windshield display device |
-
2018
- 2018-04-25 JP JP2018084091A patent/JP2019191368A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021095850A1 (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-20 | 株式会社デンソー | Windshield display device |
JP2021081473A (en) * | 2019-11-14 | 2021-05-27 | 株式会社デンソー | Windshield display device |
JP7160020B2 (en) | 2019-11-14 | 2022-10-25 | 株式会社デンソー | windshield display device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7078904B2 (en) | Virtual image display optical system and image display device | |
JP7189513B2 (en) | head-up display device | |
JPWO2018124299A1 (en) | Virtual image display apparatus and method | |
JP2019197102A (en) | Virtual image display device and head-up display device | |
JP2019191368A (en) | Virtual image display device and head-up display device | |
WO2018199245A1 (en) | Virtual image display device, and display system for moving body | |
JP2020056901A (en) | Virtual image display device and head-up display device | |
WO2019107225A1 (en) | Virtual-image display device and head-up display device | |
JP2019120891A (en) | Virtual display device and head-up display device | |
JPWO2019151314A1 (en) | Display device | |
JPWO2019124323A1 (en) | Virtual image display device and head-up display device | |
JP2020071441A (en) | Display unit | |
WO2018180857A1 (en) | Head-up display apparatus | |
JPWO2019070080A1 (en) | Display device | |
JPWO2019138914A1 (en) | Virtual image display device and head-up display device | |
JP2020065125A (en) | Display device | |
WO2020189258A1 (en) | Display device, head-up display device, and head-mounted display device | |
JPWO2019070079A1 (en) | Display device and display method using this | |
WO2018199246A1 (en) | Virtual image display device, and display system for moving body | |
JPWO2019138972A1 (en) | Display method and display device | |
JP2020042154A (en) | Head-up display device | |
JPWO2020080007A1 (en) | Display device | |
JPWO2019220767A1 (en) | Virtual image projection optical system and display device | |
JP2021110819A (en) | Virtual image projection device and head-up display device | |
WO2020184506A1 (en) | Head-up display device |