JP2005070352A - 投写装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光で線図を投写する際のエネルギ効率に優れる投写装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 光で線図を投写する投写装置１であって、複数の可動ミラー素子が２次元的に配列された第１反射手段４ａと、光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームＳＢを形成する第１光学系２，３と、第１光学系３から入射したシート状ビームＳＢを第１反射手段４ａとの間で複数回反射するようにミラーが配置された第２反射手段４ｂと、投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段６とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光で線図を投写する投写装置に関する。

光で画像を投影する装置としては、ＤＬＰ[Digital Light Processing]（登録商標）技術を実現するＤＭＤ[Digital Micromirror Device]を利用した装置がある。特許文献１には、ＤＭＤを利用して光線で所定の形状を投影し、その光線の形状を変更することができるプログラマブル光線形状変更装置について開示されている。
特表２０００−５０４８４７号公報

近年、自動車における安全性を更に向上させるために、走行状態や運転操作状態から自車の進路を予測する進路予測装置の開発が進められている。進路予測装置では、ドライバにその予測した進路を知らせる必要がある。予測進路を知らせる方法の１つとして、その予測進路を路面上に光で線図として投写する方法があり、ＤＭＤを利用した装置を適用することが検討されている。

しかし、従来のＤＭＤを利用した装置は、平面上に動画を投影するためのプロジェクタなので、予測進路等の線図を投影する場合には光のエネルギ効率が低くなる。というのは、この装置では、ＤＭＤ全体を利用して自由な像を投影するために、２次元的に配列された多数のＤＭＤ素子（マイクロミラー）からなるＤＭＤ全体に光を照射しているので、線だけを投影する場合には（線のエネルギ＝全体のエネルギ×線の面積／全体の面積）となる。つまり、この装置では、線図を投影するためにＤＭＤ全体に照射した光のエネルギのうちのごく一部のエネルギしか使用しないので、光のエネルギを有効に活用できない。さらに、この装置では、現実的な光源を用いた場合、非常に弱い光による線図しか投写できない。そのため、この装置を利用して予測進路の線図を昼間等の周りが明るいときに路面上に投写した場合、その投写した線図を認識することができない。

そこで、本発明は、光で線図を投写する際のエネルギ効率に優れる投写装置を提供することを課題とする。

本発明に係る投写装置は、複数の可動ミラー素子が２次元的に配列された第１反射手段と、光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームを形成する第１光学系と、第１光学系から入射したシート状ビームを第１反射手段との間で複数回反射するようにミラーが配置された第２反射手段と、投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段とを備えることを特徴とする。

この投写装置では、第１反射手段と第２反射手段との間でシート状ビームが反射を繰り返しながら入射側から出射側に進行していくように、第１反射手段の可動ミラー素子（非駆動状態）と第２反射手段のミラーとが対向して配置されている。この可動ミラー素子は、非駆動状態では反射光を第２反射手段のミラーに対して反射するようにミラーの角度が設定され、駆動状態では反射光を第２反射手段を避けて出射するようにミラーの角度が設定されている。したがって、投写装置では、第１光学系から線状のシート状ビームを第１反射手段又は第２反射手段に入射させると、その入射したシート状ビームが第１反射手段の非駆動状態の可動ミラー素子と第２反射手段のミラーとの間で反射しながら入射側から出射側に進行していく。そして、投写装置では、制御手段によって投写する任意形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動すると、その駆動状態の可動ミラー素子が角度を変える。この駆動状態の可動ミラー素子で反射された反射光は、第２反射手段との反射経路から外れて出射し、投写光として任意形状の線図を形成する。このように、投写装置は、線からなる各種形状を投写するために、線状のシート状ビームを入射させ、そのシート状ビームを変形させて出射させるので、光のエネルギのロスが非常に少ない。つまり、光源からの光の大部分を実際の投写光として有効活用でき、光エネルギの効率が非常に高くなる。また、投写装置は、２次元的に配列された可動ミラー素子のうちの任意形状に対応した位置の可動ミラー素子を駆動させることによって様々な線形状を投写可能であり、投写する線形状の自由度が高い。さらに、投写装置は、スポット光のスキャンによる描写のように強力な光が一点に集中するようなことがないので、安全性にも優れる。

なお、シート状ビームは、光路に垂直な面における投影形状が線状のビームなので、その線状のビームが直進することによってシート状のビームを形成する。投写する形状は、線で表すことができる様々な形状であり、直線、曲線、屈曲線、斜線等の単純な線だけでなく、円、楕円、多角形、文字、絵柄等の様々な形状を含む。

本発明の上記投写装置では、シート状ビームは、第１反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さが可動ミラー素子の２個分以上であると好適である。

この投写装置では、シート状ビームの第１反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さ（すなわち、第１反射手段への投影形状における線形状の幅）が可動ミラー素子の２個分以上あるので、ビーム進行方向に沿って配列されている各可動ミラー素子列において、第１反射手段と第２反射手段との間で反射する反射光は複数個の可動ミラー素子で反射する。そのため、各可動ミラー素子列において、任意の位置の可動ミラー素子を駆動して反射光の一部を出射させても、その任意の位置の可動ミラー素子に隣接する非駆動状態の可動ミラー素子によって残りの反射光を第２反射手段に反射し、任意の位置の可動ミラー素子より下流側の可動ミラー素子を駆動して残りの反射光を出射させることができる。つまり、投写装置では、各可動ミラー素子列において１本のシート状ビームから複数本の線状の反射光を出射させることができ、単純な自由曲線だけでなく、２本以上の線の組み合わせ、文字、円等の複雑な線図を投写することができる。

なお、ビーム進行方向は、シート状ビーム（反射光）が反射を繰り返しながら入射側から出射側へ進行していく方向である（本実施の形態では、図４に示すＸ軸方向である）。

本発明の上記投写装置では、制御手段によって選択的に駆動された可動ミラー素子からの反射光を補正する第２光学系を備える構成としてもよい。

この投写装置では、第２光学系によって駆動された可動ミラー素子によって反射されて出射された反射光を補正し、投写する。このように補正を施して投写することによって、投写光を見る人にとっては投写された形状が見やすい形や大きさとなる。補正としては、回転、拡大縮小、歪みの修正等を含む。例えば、投写装置を車両に搭載した場合、第１光学系から入射した横向き（車両の左右方向）のシート状ビームを第２光学系によって縦向き（車両の前後方向）の線図として投写できるので、路面上に縦長の線図を投写する場合でも、光源からの光を投写光として有効活用できる。つまり、縦長の線図を投写するために、第１反射手段に幅広いシート状ビームを入射させる必要がなく、幅狭いシート状ビームで縦長の線図を投写することができる。また、投写光を見る人にとって十分に認識可能な大きさとなるように、第２光学系によって反射光を拡大又は縮小する。また、投写装置を車両に搭載した場合、路面に対して斜めに反射光を投写するので、反射光をその形状のまま路面上に投写すると形状が歪んでしまう。そこで、弟２光学系によって、ドライバ等から見て歪みがないように、この斜めに投写する場合に発生する歪みに対する修正を行う。

本発明の上記投写装置では、第１反射手段は、制御手段によって駆動されていない状態では、２次元的に配列されている可動ミラー素子で水平面を形成する構成にすると好適である。

この投写装置では、２次元的に配列されている可動ミラー素子（非駆動状態）が水平面を形成しているので、非駆動状態では隣接する可動ミラー素子間に段差が無く、反射する際のロスが無いかあるいは殆ど無くなる。つまり、可動ミラー素子間に段差がある場合にはその段差で回折することによる散乱が発生するが、水平面で回折しないので、反射光を全反射することができる。

本発明の上記投写装置では、第１反射手段又は第２反射手段に入射したシート状ビームにおけるビーム進行方向の入射側のビームを、シート状ビームが入射したときの投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内で２回以上反射させるように構成すると好適である。

この投写装置では、シート状ビームの入射側のビームをシート状ビームの第１反射手段又は第２反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内（すなわち、各反射手段へのシート状ビームの投影形状における線形状の幅の範囲内）で２回以上反射させるように構成することによって、ビーム進行方向に沿って配列されている可動ミラー素子列において離れた位置の可動ミラー素子に各々入射した各ビームをその可動ミラー素子列において近接したあるいは同一の可動ミラー素子で反射させることができる。そのため、反射を繰り返すほど、幅広い反射光が幅狭い反射光になり、その幅狭い反射光が反射する可動ミラー素子の数が少なくなり、集中した投写光を出射させることができる。このように、投写装置では、幅広いシート状ビームでも幅が狭くて輝度の高い反射光を投写することができるので、昼間の路面等の周りが明るい箇所に投写する場合でも認識可能な光を投写することができる。入射側のビームをシート状ビームの投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内で２回以上反射させるようにする方法としては、例えば、シート状ビームを小さな入射角度で第１反射手段又は第２反射手段に入射させる方法、第１反射手段と第２反射手段との間隔を入射側に比べて出射側が狭くなるように第１反射手段と第２反射手段とを配置させる方法がある。なお、シート状ビームの入射角度は、シート状ビームを入射させる第１反射手段の可動ミラー素子又は第２反射手段のミラーに鉛直な方向とシート状ビームとがなす角度である。

本発明の上記投写装置は、車両に搭載され、車両の走行状態及び運転操作状態の少なくとも一方の状態に基づいて車両の進路を予測する進路予測手段を備え、制御手段は、進路予測手段によって予測された進路に対応する形状を路面に投写するために、可動ミラー素子を選択的に駆動する構成としてもよい。

この投写装置は、車両に搭載され、予測進路を線図として路面上に光で投写する。そのために、投写装置は、進路予測手段によって車両の走行状態及び運転操作状態の少なくとも一方の状態に基づいて路面上に投写する線図の元となる車両の進路を予測する。そして、投写装置では、制御手段によってその予測した進路に相当する線図に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動し、その線図を路面上に投写する。このように、この投写装置は、車両のドライバに対して運転ガイドとして機能させることができ、車両のドライバや車両の周囲に対して視覚的に注意を促すことができる。また、この投写装置は、光源からの光の大部分を投写光として活用するので、ドライバやドライバ以外の周囲の人に対して不要な光を発すことを抑制することができる。このように、本発明に係る投写装置は、線図を投写する場合の高いエネルギ効率、線図形状の高い自由度、安全性、高い輝度等の特徴を有しているので、路面上に線図で予測進路を表す装置としては最適な装置である。

なお、走行状態は、車両の走行状態を示すものであり、例えば、車速、前後方向の加速度、左右方向の加速度、ヨーレートである。運転操作状態は、ドライバによる運転操作を示すものであり、例えば、ステアリング角度、アクセルペダル操作量、ブレーキペダル操作量である。

本発明によれば、光で線図を投写する際に、非常に高いエネルギ効率で光源からの光を投写光として活用することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る投写装置の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る投写装置を、自動車（車両）に搭載される進路予測装置に適用する。本発明に係る進路予測装置は、ドライバの運転を支援して走行上の安全性を向上させるために、自車の予測進路を線図として路面上にレーザ光で投写する。この進路予測装置では、第１反射手段としてＤＭＤを利用する。

図１〜図５を参照して、進路予測装置１の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る進路予測装置の構成図である。図２は、図１の線図形成部においてＤＭＤ素子がオフ状態の場合の斜視図である。図３は、図１の線図形成部においてＤＭＤ素子がオン状態の場合の斜視図である。図４は、図１の線図形成部におけるＤＭＤの斜視図である。図５は、図１の線図形成部におけるＤＭＤのＤＭＤ素子と対向ミラー部のミラーとの関係を示す図である。なお、各図では、ＤＭＤにおけるＤＭＤ素子の数を省略して描いているが、実際には多数のＤＭＤ素子が存在する。また、各図では、１個のＤＭＤ素子でのみシート状ビームを反射するように描いているが、実際には複数個のＤＭＤ素子でシート状ビームを反射している。

進路予測装置１は、自動車に搭載され、自動車の走行状態及びドライバの運転操作状態から自車の進路を予測し、その予測した進路をレーザ光による線図で路面上に投写する装置である。特に、進路予測装置１は、高いエネルギ効率で光源からのレーザ光を投写光として活用することができる。そのために、進路予測装置１は、レーザ光源２、ビーム形成光学部３、線図形成部４、ＥＣＵ[Electronic Control Unit]５、ＤＭＤ制御部６、拡大補正光学部７、ステアリング角度センサ１０、ヨーレートセンサ１１、前後Ｇセンサ１２、横Ｇセンサ１３、車速センサ１４を備えている。

なお、本実施の形態では、レーザ光源２及びビーム形成光学部３が特許請求の範囲に記載する第１光学系に相当し、ＥＣＵ５が特許請求の範囲に記載する進路予測手段に相当し、ＤＭＤ制御部６が特許請求の範囲に記載する制御手段に相当し、拡大補正光学部７が特許請求の範囲に記載する第２光学系に相当する。

レーザ光源２は、レーザ光ＬＬを発す光源である。レーザ光ＬＬとしては、太陽光等の光のあたる路面においても周りから投写光を認識し易い色（波長）のレーザ光（例えば、グレーンレーザ光）を用いる。

ビーム形成光学部３は、レーザ光源２からのレーザ光ＬＬからシート状ビームＳＢを形成する光学系であり、レンズ系で構成される。ビーム形成光学部３では、投影形状が円又は楕円のレーザ光ＬＬを絞って均等に引き延ばし、線状にレーザ光を変形させる。シート状ビームＳＢは、そのビームの光路に垂直な面における投影形状が線形状であり、所定の幅を有している。この所定の幅は、シート状ビームＳＢがＤＭＤ４ａに入射して投影された場合に複数個のＤＤＭ素子４０に対して投影される幅を有しており、例えば、ＤＭＤ４ａへの投影形状における線形状が１ｍｍ程度の幅を有する場合にはＤＤＭ素子４０の一辺の長さの数１０〜１００倍程度の長さに相当する幅である。なお、シート状ビームＳＢの線形状の幅は、ビームの光路に垂直な面のおける線状に引き延ばされた方向に対して鉛直な方向の長さである。また、シート状ビームＳＢのＤＭＤ４ａへの投影形状における線形状の幅は、ＤＭＤ４ａへの投影形状におけるシート状ビームＳＢ（反射ビームＲＢ）がＤＭＤ４ａと対向ミラー部４ｂとの間を反射しながら進行していく方向（Ｘ軸方向）の長さである（図４参照）。

なお、ビーム形成光学部３から線図形成部４にシート状ビームＳＢを入射させる場合、ＤＭＤ４ａに入射させてもよいし、あるいは、対向ミラー部４ｂに入射させてもよい。入射させる際の入射角度は、ビーム形成光学部３と線図形成部４との位置関係で調整することができる。

線図形成部４は、一本の線状のシート状ビームＳＢを変形や分割させて、予測進路に対応した線図ビームＤＢを形成する。そのために、線図形成部４は、ＤＭＤ４ａと対向ミラー部４ｂからなる。線図ビームＤＢは、投影形状が直線、斜線、屈曲線、曲線、円、文字等の線からなるビームであり、１本又は複数本のビームからなる。なお、本実施の形態では、図４及び図５に示すように、シート状ビームＳＢ（反射ビームＲＢ）がＤＭＤ４ａと対向ミラー部４ｂとの間を反射しながら進行していく方向をＸ軸方向とし、シート状ビームＳＢが線状に延びる方向をＹ軸方向とし、ＸＹ平面に鉛直な方向をＺ軸方向とする。

なお、本実施の形態では、ＤＭＤ４ａが特許請求の範囲に記載する第１反射手段に相当し、対向ミラー部４ｂが特許請求の範囲に記載する第２反射手段に相当する。

ＤＭＤ４ａは、ＣＭＯＳ半導体上に独立して動く多数（例えば、数１０万〜１００万個）のＤＭＤ素子４０，・・・が２次元的（ＸＹ平面）に配列された光半導体である。ＤＭＤ４ａでは、ＤＭＤ素子４０，・・・がＤＭＤ制御部６によって選択的にオン／オフされ、オフ状態のＤＭＤ素子４０ａ，・・・が対向ミラー部４ｂに向かって反射ビームＲＢを反射し（図２参照）、オン状態のＤＭＤ素子４０ｂ，・・・（図３において、ドットで描いたＤＭＤ素子）が対向ミラー部４ｂを外して反射ビームＲＢを反射して線図ビームＤＢを出射する（図３参照）。

ＤＭＤ素子４０は、その対角線ＤＯＬを回転軸として±１２度傾くことがでるマイクロミラーであり、一辺が１０数ミクロン程度の正方形である（図４参照）。ＤＭＤ素子４０は、オフ状態（非駆動状態）の場合には−１２度傾き、オン状態（駆動状態）の場合には＋１２度傾くように構成される。そして、ＤＭＤ素子４０は、オフ状態のときには対向ミラー部４ｂの各ミラー４１，・・・に対して反射ビームＲＢを反射し、オン状態のときには対向ミラー部４ｂを避けて拡大補正光学部７に向けて反射ビームＲＢを反射するように、３次元的（ＸＹＺ空間）に配置される。図４には、全てのＤＭＤ素子４０，・・・がオフ状態の場合のＤＭＤ４ａが示されており、ＤＯＦで示す方向（実線の矢印）がオフ状態のＤＭＤ素子４０の面に鉛直な方向であり、ＤＯＮで示す方向（破線の矢印）がオン状態のＤＭＤ素子４０の面に鉛直な方向である。このオフ状態のときの鉛直方向ＤＯＦは、図５に示すように、Ｘ軸とＹ軸との中間方向からＺ軸方向に延びる方向となる。なお、ＤＭＤ素子４０への反射ビームＲＢの入射方向は、Ｘ軸とオフ状態のときの鉛直方向ＤＯＦとで形成する平面内にある。

対向ミラー部４ｂは、ＤＭＤ４ａに対向し、ＤＭＤ４ａとの間で反射ビームＲＢを複数回反射させための光学系である。対向ミラー部４ｂは、ＤＭＤ４ａの各ＤＭＤ素子４０，・・・に対応して微小なミラー４１，・・・を備えており、各ミラー４１，・・・が各ＤＭＤ素子４０，・・・に対応して２次元的（ＸＹ平面）に配列されている。

ミラー４１は、３次元的に固定されたミラーであり、ＤＭＤ素子４０と同形状である。ミラー４１は、対応するＤＭＤ素子４０のオフ状態のときの鉛直方向ＤＯＦに対して鉛直となる角度かつＸ軸方向に半ピッチ分（ＤＭＤ素子４０の一辺の半分）ずらした位置に、３次元的（ＸＹＺ空間）に配置される（図５参照）。したがって、図５に示すように、鉛直方向ＤＯＦとミラー４１の鉛直方向ＭＲとは平行であり、ＤＭＤ素子４０の対角線ＤＯＬとミラー４１の対角線ＭＯＬとは平行かつＸ軸方向に半ピッチ分ずれている。このように、ＤＭＤ素子４０とミラー４１とをＸ軸方向に半ピッチ分ずらして配置させることによって、反射ビームＲＢを反射させながらＸ軸方向に沿って進行させることができる。なお、ミラー４１への反射ビームＲＢの入射方向は、Ｘ軸と鉛直方向ＭＲとで形成する平面内にある。

ここで、図６を参照して、ＤＭＤ４ｃ及び対向ミラー部４ｄを水平面で形成した場合の線図形成部４の構成についても説明しておく。図６は、図１の線図形成部においてＤＭＤ及び対向ミラー部を水平面で形成した場合の側面図であり、（ａ）がＤＭＤ素子がオフ状態の場合であり、（ｂ）がＤＭＤ素子がオン状態の場合である。

ＤＭＤ４ａではオフ状態の場合にはＤＭＤ素子４０が−１２度傾くように構成されていたが（図４参照）、ＤＭＤ４ｃでは、ＤＭＤ素子４０，・・・がオフ状態の場合には傾きが０度であり、オン状態の場合には所定角度（例えば、＋２４°）傾くように構成される。したがって、ＤＭＤ４ｃは、オフ状態の場合には、２次元的に配列されたＤＭＤ素子４０，・・・で水平面が形成される。このＤＭＤ４ｃの構成に応じて、対向ミラー部４ｄは、一枚の水平面のミラーで構成され、オフ状態のＤＭＤ素子４０，・・・に対して平行になるように配置される。

このように、ＤＭＤ４ｃは、オフ状態の場合にＤＭＤ素子４０，・・・で水平面を形成するように構成することによって、−１２度傾けた場合のように隣接するＤＭＤ素子４０，４０間で段差ができない。段差がある場合、反射ビームＲＢが回折することによって散乱し、反射ビームＲＢを反射する際にエネルギのロスが発生する。しかし、水平面とすることによって、段差による回折がなくなり、反射ビームＲＢをロス無く反射することができる。

ＥＣＵ５は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]等からなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ５では、ステアリング角度センサ１０、ヨーレートセンサ１１、前後Ｇセンサ１２、横Ｇセンサ１３、車速センサ１４から検出値を取り入れ、各種検出値に基づいて自車の進路を予測する。そして、ＥＣＵＤ５では、その予測進路を路面上に投写するための線図情報に変換し、その線図情報を予測進路信号ＷＳとしてＤＭＤ制御部６に出力する。予測進路を示す情報としては、基本的には車幅の間隔をあけた２本の線（曲線、直線、屈曲線等）からなるが、予測進路を示す矢印、距離や進行角度を示す文字情報等の他の情報でもよい。また、自車のドライバ以外の他車のドライバや歩行者等の自車の周辺の人にとって有益となる情報でもよい。なお、ＥＣＵ５ではセンサ１０〜１４の検出値を用いて進路を予測する構成であるが、このセンサ１０〜１４のうちの幾つかだけを用いて進路を予測する構成でもよいし、あるいは、他のセンサの検出値を用いて進路を予測する構成でもよい。

ステアリング角度センサ１０は、ドライバによって操作されたステアリングの角度を検出するためのセンサである。ヨーレートセンサ１１は、自車の回転する速度（ヨーレート）を検出するためのセンサである。前後Ｇセンサ１２は、自車の前後方向の加速度を検出するためのセンサである。横Ｇセンサ１３は、自車の左右方向の加速度を検出するためのセンサである。車速センサ１４は、自車の車輪速度を検出するためのセンサである。これらセンサ１０〜１４は、ＥＣＵ５に接続され、各検出値をＥＣＵ５に送信する。なお、センサ１０〜１４は、進路予測装置１の専用のセンサでもよいし、他の装置で共用するセンサでもよい。

ちなみに、予測進路の情報としては、自動車は直進走行することが多いので、自動車の直進方向（前後方向）に平行となる２本の直線となることが多い。線図形成部４においてＸ軸方向に平行な２本の直線（縦長の線）を線図ビームＤＢとして出射する場合、シート状ビームＳＢの線形状の幅を広くする必要があり、エネルギ効率が低下する（つまり、レーザ光源２のレーザ光ＬＬの大部分を投写光として活用しない）。そこで、進路予測装置１は、線図形成部４がＹ軸方向が自動車の前後方向になるように配置され、線図形成部４から出射された線図ビームＤＢを拡大補正光学部７で９０度回転させるように配置されている。したがって、予測進路の情報が自動車の直進方向に対して平行となる２本の直線となる場合、線図形成部４おいてはＹ軸方向に平行な２本の直線を線図ビームＤＢとして出射し、その線図ビームＤＢを拡大補正光学部７で９０度回転させて直進方向に対して平行となる２本の直線として投写する。このように、構成することにより、シート状ビームＳＢの線形状の幅を狭くでき、エネルギ効率が向上する（つまり、レーザ光源２のレーザ光ＬＬの大部分を投写光として活用できる）。

ＤＭＤ制御部６は、ＤＭＤ４ａのＤＭＤ素子４０，・・・のオン／オフを制御する制御部である。ＤＭＤ制御部６では、予測進路信号ＷＳの線図情報に基づいて、ＤＭＤ４ａに２次元的に配列されているＤＭＤ素子４０，・・・の中からその線図に対応した位置のＤＭＤ素子を選択する。そして、ＤＭＤ制御部６では、静電効果を利用して静電容量により、その選択したＤＭＤ素子４０ａ，・・・に電荷をもたせ、そのＤＭＤ素子４０ａ，・・・を回転駆動する（図３参照）。

拡大補正光学部７は、線図形成部４から出射された線図ビームＤＢ（オン状態のＤＭＤ素子４０ｂで反射された反射ビームＲＢ）に対して路面上に投写するために必要な拡大及び補正並びに回転を施す光学系であり、レンズ系で構成される。拡大補正光学部７は、線図形成部４から出射された線図ビームＤＢを入射可能な位置に配置される。拡大補正光学部７では、路面に投写した場合にドライバに十分に認識可能な大きさまで線図ビームＤＢを拡大する。また、自動車に搭載されている進路予測装置１では路面に対して斜めに投写ビームＰＢを投写するので、線図ビームＤＢをその形状のまま路面上に投写すると形状が歪んでしまう。そこで、拡大補正光学部７では、ドライバから見て歪みがないように、この斜めに投写する場合に発生する歪みに対する補正を行う。また、拡大補正光学部７では、線図形成部４から出射された線図ビームＤＢを９０度回転させる。このように、拡大補正光学部７では、線図ビームＤＢに拡大、歪み補正、９０度回転を施し、投写ビームＰＢを路面上に投写する。

なお、進路予測装置１では、基本的にはドライバに対して予測した進路を道路面を介して線図で知らせるために投写ビームＰＢを形成するが、周りの歩行者や他車のドライバに対してもその予測した進路の情報を道路面を介して線図で提供できるように投写ビームＰＢを形成する構成としてもよい。その場合、予測した進路を周りの歩行者やドライバに対して正しい情報として提供するために補正する必要がある。この補正には、ＤＭＤ素子４０，・・・を制御する前段階で電気的に補正するＤＭＤ制御部６（又はＥＣＵ５）で行ってよいし、あるいは、後段階で光学的に補正する拡大補正光学部７で行ってもよい。特に、自車から遠くまで投写する場合には、線図を見やすくするために、この電気的な補正と光学的な２つの補正を組み合わせてもよい。

ちなみに、進路予測装置１は、Ｘ軸方向に沿ってオフ状態のＤＭＤ素子４０，・・・によって最後まで反射されて線図形成部４から出射される反射ビームＲＢを吸収する光吸収部（図示せず）も備えている。この最後まで反射した反射ビームＲＢは線図ビームＤＢとは反対側に出射される。したがって、光吸収部は、拡大補正光学部７の反対側で、線図形成部４から出射された反射ビームＲＢを入射可能な位置に配置される。

ここで、図７を参照して、ビーム形成光学部３から線図形成部４にシート状ビームＳＢを入射させる際の入射角度について説明する。図７は、図６の線図形成部に対してシート状ビームを小さい入射角度で入射させた場合の側面図であり、（ａ）がＤＭＤ素子がオフ状態の場合であり、（ｂ）がＤＭＤ素子がオン状態の場合である。なお、図７に示す線図形成部４は、図６に示すＤＭＤ４ｃ及び対向ミラー部４ｄを水平面で形成した場合である。

進路予測装置１では、シート状ビームＳＢの入射角度が小さくなるように、線図形成部４に対してビーム形成光学部３が配置される。所定の幅を有するシート状ビームＳＢを入射させた場合、シート状ビームＳＢは、Ｘ軸に沿って配列されているＤＭＤ素子４０，・・・列の複数個分に入射し、入射した各ＤＭＤ素子４０で各々反射する。シート状ビームＳＢに含まれる各反射ビームＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３，・・・は、入射角度θを小さくするほど近接したＤＭＤ素子４０で反射して進行していき、逆に、入射角度θを大きくするほど離れたＤＭＤ素子４０で反射して進行していく。したがって、反射ビームＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３，・・・は、入射したときには離れた位置のＤＭＤ素子４０，・・・に入射するが、入射角度θが小さいと、反射を繰り返すことによって接近したＤＭＤ素子４０，・・・で反射し、反射ビーム間が狭くなり、少ない数のＤＭＤ素子４０で反射するようになる。このように反射ビーム間隔が狭くなるように反射させるためには、シート状ビームＳＢがＤＭＤ４ｃに入射したときの投影形状における線形状の幅の範囲内でシート状ビームＳＢの入射側の反射ビームＲＢ１（破線の反射ビーム）が２回以上反射できるように、小さな入射角度θに設定する必要がある。図７（ｂ）に示す例では、幅広いシート状ビームＳＢを小さい入射角度θで入射させることによって、各反射ビームＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３は、入射したときには異なるＤＭＤ素子４０ａ，４０ａ，４０ａで反射するが、反射を繰り返すことによって同じＤＭＤ素子４０ｂ（オン状態）に集中し、このＤＭＤ素子４０ｂで反射して幅狭い線図ビームＤＢとして出射している。このように、入射角度を小さくするほど、反射繰り返すことによって反射ビームＲＢ１，ＲＢ２，ＲＢ３，・・・が集中していく。そのため、進路予測装置１では、幅広いシート状ビームＳＢでも、幅の狭い線図を投写でき、更に、輝度の高い光を投写することができる。なお、入射角度θは、ＤＭＤ４ｃのオフ状態のＤＭＤ素子４０ａ（対向ミラー部４ｄのミラー）に対して鉛直な方向とシート状ビームＳＢとがなす角度である。

なお、入射角度θを小さくするためには、ビーム形成光学部３から出射したシート状ビームＳＢを対向ミラー部４ｄに透過させ、ＤＭＤ４ｃに入射させる必要がある。そこで、対向ミラー部４ｄの少なくとも入射側は、ホログラム材料で形成され、ビーム形成光学部３の方向からきたレーザ光を透過し、ＤＭＤ４ｃの方向からきたレーザ光を反射するように構成される。

図１〜図３を参照して、進路予測装置１の動作について説明する。

進路予測装置１では、レーザ光源２からレーザ光ＬＬを出射し、ビーム形成光学部３でそのレーザ光ＬＬを絞って線状のシート状ビームＳＢを形成する。このシート状ビームＳＢの線形状は、線図形成部４のＹ軸方向の長さに相当する程度の長さを有し、ＤＤＭ素子４０の数１０〜１００個分の幅を有している。そして、進路予測装置１では、このシート状ビームＳＢを線図形成部４に入射させる。

線図形成部４では、シート状ビームＳＢが入射すると、所定の幅を有する反射ビームＲＢがＤＭＤ４ａのオフ状態の（−１２度で傾いた）ＤＭＤ素子４０，・・・と対向ミラー部４ｂのミラー４１，・・・との間で反射を複数回繰り返し、Ｘ軸方向に沿って進行していく（図２参照）。ちなみに、反射ビームＲＢは、１回の反射で、Ｘ軸方向に配列されている複数個（例えば、数１０個）分のＤＭＤ素子４０，・・・で反射される。この１回の反射で使用されるＤＭＤ素子の数は、入射角度を小さくするほど、反射回数に応じて減少していく。

ＥＣＵ５では、各種センサ１０〜１４からの検出値に基づいて自車の進路を予測し、その予測信号を線図情報とした予測進路信号ＷＳをＤＭＤ制御部６に出力する。ＤＭＤ制御部６では、その予測進路信号ＷＳに基づいてオンするＤＭＤ素子４０，・・・を特定し、静電容量を使ってその特定したＤＭＤ素子４０，・・・に電荷を持たせる。

線図形成部４では、電荷を持ったＤＭＤ素子４０，・・・が対角線ＤＯＬ周りに回転駆動し、オン状態となる（図４参照）。オン状態のＤＭＤ素子４０ａは、−１２度から＋２４度回転し、＋１２度傾く。そして、線図形成部４では、＋１２度傾いたＤＭＤ素子４０ａ，・・・で反射した反射ビームＲＢが対向ミラー部４ｂを避けて出射し、線図ビームＤＢを形成する（図３参照）。例えば、線図ビームＤＢとして１本の線図のみを出射させる場合、Ｘ軸方向の各ＤＭＤ素子４０，・・・列において、１回の反射で使用される複数個分（１個分の場合もある）のＤＭＤ素子４０，・・・を全てオンさせ、一度で、全ての反射ビームＲＢを線図形成部４から出射させる。また、線図ビームＤＢとして２本の線図を出射させる場合、Ｘ軸方向の各ＤＭＤ素子４０，・・・列において、１回の反射で使用される複数個分のＤＭＤ素子４０，・・・のうちの半分だけオンさせ、半分の反射ビームＲＢを線図形成部４から出射させるとともに残り半分の反射ビームＲＢを続いてオフ状態のＤＭＤ素子４０ａ，・・・で反射させ、再度、下流側の別の位置の複数個分（１個分の場合もある）のＤＭＤ素子４０，・・・をオンさせ、残りの反射ビームＲＢを線図形成部４から出射させる。

線図形成部４から出射した線図ビームＤＢは、拡大補正光学部７に入射する。拡大補正光学部７では、線図ビームＤＢを拡大、歪み補正、９０度回転し、投写ビームＰＢを路面上に投写する。この投写ビームＰＢは、ドライバから認識し易い形状であり、歩行者や他の車両のドライバにも十分に認識可能な形状となっている。また、投写ビームＰＢは、昼間でも十分に認識可能な輝度及び色を有している。

図８には、進路予測装置１で予測進路を投写した例であり、ドライバから見た予測進路（投写ビームＰＢ）を示している。ドライバは、投写ビームＰＢによって前方の自動車Ｂや歩行者Ｍを避けて自車を走行させることを確認できる。また、投写ビームＰＢが自動車Ｂや歩行者Ｍに当たっている場合には、ドライバは、ステアイングＳを左方向に回転操作することによって、その回転操作に連動して左方向に変化する投写ビームＰＢを視認しながらステアリング操作量を調整することができる。一方、前方の自動車Ｂのドライバや歩行者Ｍも、投写ビームＰＢを視認することによって、後方から自動車が迫っていることを認識できる。また、図８に示す例以外でも、交差点、ワインディングロード等の自動車自体を確認できない場所でも、路面上の投写ビームＰＢによって自動車が接近していることをその周辺のドライバや歩行者が認識できる。

図９には、図１の進路予測装置１が２台の自動車Ｂ１，Ｂ２に各々搭載され、その両方で予測進路を投写した例であり、２台の自動車Ｂ１，Ｂ２のうちの一方の自動車Ｂ１が車線変更しようとしているときの予測進路（投写ビームＰＢ１，ＰＢ２）を示している。車線変更をしようとしている自動車Ｂ１のドライバは、自車の投写ビームＰＢ１と車線変更先の自動車Ｂ２からの投写ビームＰＢ２とが重なっていることを視認することによって、車線変更をできないことを認識でき、車線変更を中止する等の運転操作を行う。一方、自動車Ｂ２のドライバは、自車の投写ビームＰＢ２と自動車Ｂ１からの投写ビームＰＢ１とが重なっていることを視認することによって、車線変更をしようとしている自動車Ｂ１を迅速に認識でき、減速等の運転操作を行う。

このように、予測進路を示す投写ビームＰＢによって、進路予測装置１を搭載している自動車のドライバのみならず、その周辺の人にも注意を促すことができるので、安全性を向上させることができる。また、進路予測装置１を搭載している自動車のドライバは、その投写ビームＰＢが運転ガイドとなり、安全な進路をとるための運転操作を迅速に行うことができる。

この進路予測装置１によれば、線状のシート状ビームＳＢを入射させて線状の線図ビームＤＢを出射させる構成としたので、光エネルギを有効に活用でき、エネルギ効率が非常に高い。特に、進路予測装置１では、線図形成部４からの線図ビームＤＢを拡大補正光学部７で９０度回転させて投写する構成としたので、自動車の前後方向の沿った線（縦長の線）を投写する場合でもＤＭＤ４ａ（４ｃ）の広い範囲に光を照射する必要がなく、エネルギ効率が高くなる。

例えば、線図形成部４において１００回反射させて反射ビームＲＢを入射端から出射端まで進行させる場合（つまり、シート状ビームＳＢの線状の幅をＤＭＤ４ａ（４ｃ）のＸ軸方向の長さの１００分の１程度とした場合）、ＤＭＤ全体に対して光を照射する従来の装置に比べて、１００分の１程度の光エネルギで線図を投写することができる。

また、進路予測装置１では、２次元的に配列されたＤＭＤ素子４０，・・・をオン／オフ制御することによって、自由に線図を形成することができる。さらに、進路予測装置１では、シート状ビームＳＢの線形状の幅を複数個分のＤＭＤ素子４０，・・・に相当する幅とすることによって、Ｘ軸方向に沿って配列されたＤＭＤ素子４０，・・・列から反射ビームＲＢを複数回に分割して出射させることができ、文字や円等の複雑な線図を投写することができる。

また、進路予測装置１では、ＤＭＤ４ａ（４ｃ）全体に光を入射させるのではなく、線状のシート状ビームＳＢを入射させる構成としているので、レーザ光の強度を大きくすることによって、輝度の高い投写ビームＰＢを投写することができる。そのため、昼間等の路面が明るい場合でも、認識可能な投写ビームＰＢを投写することができる。特に、進路予測装置１では、シート状ビームＳＢの入射角度を小さくするとによって、複数回反射させながら反射ビームＲＢを集中させることができ、非常に輝度の高い線図ビームＤＢを出射させることができる。さらに、進路予測装置１は、強力な光が一点に集中するようなことがないので、投写ビームＰＢが人の眼に直射した場合でも許容される輝度であり、安全性にも優れている。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では本発明に係る投写装置を進路予測装置に適用したが、店舗や個人用のディスプレイ等の別の装置にも適用可能である。ディスプレイに適用する場合、従来のスキャン式の場合には安全上の制限から強い光を描写できない、また、プロジェクタの場合には投影面積が広いので十分な明るさを出せないが、本発明に係る投写装置を用いた場合には安全に効率良く線図を描写できるので昼間でも実用可能な線図を描写できる。また、本実施の形態では進路予測装置を自動車に搭載する構成としたが、自動二輪車等に搭載する構成としてもよい。

また、本実施の形態では１本（１色）のレーザ光を入射させる構成としたが、複数本（複数色）のレーザ光を入射させる構成としてもよい。また、本実施の形態ではレーザ光を入射させる構成としたが、レーザ光以外の光でもよい。また、本実施の形態ではシート状ビームの線形状の幅をＤＭＤ素子の複数個分として構成したが、レーザ光を非常に薄く絞れる場合や１個の可動ミラー素子（ＤＭＤ素子）が大きい場合にはシート状ビームの線形状の幅をＤＭＤ素子の１個分として構成してもよい。

また、本実施の形態では拡大補正光学部で９０度回転させる構成としたが、ミラー等の他の手段を利用して回転させる第２光学系を別体で構成してもよい。また、線図形成部からの線図ビームを回転させることなく投写できるように線図形成部が配置されている場合には、回転するための第２光学系を構成する必要はない。

また、本実施の形態では幅広いシート状ビームでも幅の狭い線図を投写できかつ輝度の高い光を投写するために、入射角度が小さなるように線図形成部に対してビーム形成光学部を配置させる構成としたが、ＤＭＤと対向ミラー部との間隔が入射側に比べて出射側が狭くなるようにＤＭＤと対向ミラー部とを配置させる構成としてもよい。この場合には、入射角度が小さくなくても、幅広いシート状ビームでも幅の狭い線図ビームを出射できる。

本実施の形態に係る進路予測装置の構成図である。 図１の線図形成部においてＤＭＤ素子がオフ状態の場合の斜視図である。 図１の線図形成部においてＤＭＤ素子がオン状態の場合の斜視図である。 図１の線図形成部におけるＤＭＤの斜視図である。 図１の線図形成部におけるＤＭＤのＤＭＤ素子と対向ミラー部のミラーとの関係を示す図である。 図１の線図形成部においてＤＭＤ及び対向ミラー部を水平面で形成した場合の側面図であり、（ａ）がＤＭＤ素子がオフ状態の場合であり、（ｂ）がＤＭＤ素子がオン状態の場合である。 図６の線図形成部に対してシート状ビームを小さい入射角度で入射させた場合の側面図であり、（ａ）がＤＭＤ素子がオフ状態の場合であり、（ｂ）がＤＭＤ素子がオン状態の場合である。 図１の進路予測装置で予測進路を投写した例であり、ドライバから見た予測進路を示す図である。 図１の進路予測装置で予測進路を投写した例であり、２台の自動車のうちの一方の自動車が車線変更しようとしているときの予測進路を示す図である。

符号の説明

１…進路予測装置、２…レーザ光源、３…ビーム形成光学部、４…線図形成部、４ａ，４ｃ…ＤＭＤ、４ｂ，４ｄ…対向ミラー部、５…ＥＣＵ、６…ＤＭＤ制御部、７…拡大補正光学部、１０…ステアリング角度センサ、１１…ヨーレートセンサ、１２…前後Ｇセンサ、１３…横Ｇセンサ、１４…車速センサ、４０…ＤＭＤ素子、４０ａ…オフ状態のＤＭＤ素子、４０ｂ…オン状態のＤＭＤ素子、４１…ミラー

Claims (6)

1. 複数の可動ミラー素子が２次元的に配列された第１反射手段と、
   光路に垂直な面における投影形状が線状となるシート状ビームを形成する第１光学系と、
   前記第１光学系から入射したシート状ビームを前記第１反射手段との間で複数回反射するようにミラーが配置された第２反射手段と、
   投写する形状に対応した位置の可動ミラー素子を選択的に駆動する制御手段と
   を備えることを特徴とする投写装置。
2. 前記シート状ビームは、前記第１反射手段への投影形状におけるビーム進行方向の長さが可動ミラー素子の２個分以上であることを特徴とする請求項１に記載する投写装置。
3. 前記制御手段によって選択的に駆動された可動ミラー素子からの反射光を補正する第２光学系を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する投写装置。
4. 前記第１反射手段は、前記制御手段によって駆動されていない状態では、前記２次元的に配列されている可動ミラー素子で水平面を形成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載する投写装置。
5. 前記第１反射手段又は前記第２反射手段に入射した前記シート状ビームにおけるビーム進行方向の入射側のビームを、シート状ビームが入射したときの投影形状におけるビーム進行方向の長さの範囲内で２回以上反射させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載する投写装置。
6. 車両に搭載され、
   前記車両の走行状態及び運転操作状態の少なくとも一方の状態に基づいて車両の進路を予測する進路予測手段を備え、
   前記制御手段は、前記進路予測手段によって予測された進路に対応する形状を路面に投写するために、前記可動ミラー素子を選択的に駆動することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載する投写装置。

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