JP2009145846A - 投射型画像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】投射光が乗員の目に入射するのを防止することができる投射型画像表示装置を提供する。
【解決手段】スクリーン4に光線を投射して描画を行う投射型の車両用表示装置であって、描画を行う光線を前記表示手段に投射する第1光源6と、第1光源6とスクリーン4との間に侵入する物体を検出する検出光を出射する第2光源11と、第2光源11により出射される検出光を受光して該検出光の受光エネルギーを検出可能な受光部12と、第1光源6及び第2光源11のそれぞれの投射制御を行う制御部15とを備え、制御部15は、受光部12によって検出される受光エネルギーが所定の受光エネルギー以下に低下したと判定された場合に、第1光源6による光線の投射を停止させることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

この発明は、車両のウインドシールド等に画像を表示する投射型画像表示装置に関するものである。
従来から、車両のウインドシールドなどに、蛍光体が担持された透明膜を備えたスクリーンを設け、このスクリーンにレーザ光等の光線を投射することで画像を表示させるいわゆるヘッドアップディスプレイ(HUD)と呼ばれる投射型画像表示装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2000−168352号公報
しかしながら、上述の投射型画像表示装置では、例えば、乗員の頭部や、何らかの物体が車両前方に移動してスクリーンに投射される光線を横切った場合、光線が直接的に乗員の目に入射してしまったり、物体に反射した反射光が間接的に乗員の目に入射してしまう虞がある。
そこで、この発明は、投射光が乗員の目に入射するのを防止することができる投射型画像表示装置を提供するものである。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、表示手段(例えば、実施の形態におけるスクリーン4)に光線を投射して描画を行う投射型画像表示装置において、描画を行う光線を前記表示手段に投射する第1光源(例えば、実施の形態における第1光源6)と、前記第1光源と前記表示手段との間に侵入する物体を検出するための検出光を出射する第2光源(例えば、実施の形態における第2光源11,41)と、前記検出光を受光して受光エネルギーを検出可能な受光手段(例えば、実施の形態における受光部12,42)と、前記第1光源及び第2光源のそれぞれの投射制御を行う制御手段(例えば、実施の形態における制御部15)とを備え、該制御手段は、前記受光手段によって検出される受光エネルギーが所定の受光エネルギー以下に低下したと判定された場合に、前記第1光源による光線の投射を停止させることを特徴とする。
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記表示手段が、車両のウインドシールド(例えば、実施の形態におけるウインドシールド25)に設けられ、前記第2光源及び前記受光手段は、前記車両のダッシュボード(例えば、実施の形態におけるダッシュボードd)に設けられ、前記受光手段は、前記表示手段で反射した前記第2光源の検出光を受光することを特徴とする。
請求項3に記載した発明は、請求項1に記載の発明において、前記表示手段が、車両のウインドシールド(例えば、実施の形態におけるウインドシールド25)に設けられ、前記第2光源は、前記車両のダッシュボード(例えば、実施の形態におけるダッシュボードd)に設けられ、前記受光手段は、前記ウインドシールドの所定箇所に配置されることを特徴とする。
請求項4に記載した発明は、請求項2又は3に記載の発明において、前記第1光源の投射口(例えば、実施の形態における表示光出射口26)と前記表示手段の上側端部とを結んだ線よりも乗員側に前記受光手段が配置されることを特徴とする。
請求項1に記載した発明によれば、制御手段によって、受光手段の受光エネルギーが低下したと判定された場合に第1光源を停止させるようになっていることで、第2光源から受光手段に到達する検出光が何らかの物体により遮られた場合などに、即座に第1光源を停止することができるため、例えば、物体が車両の乗員である場合に第1光源の光線が乗員の目に直接入射したり、光線を遮った物体に反射した光線が乗員の目に入射するのを防止することができ、したがって、商品性の向上を図ることができる効果がある。
請求項2に記載した発明によれば、請求項1の効果に加え、車両のウインドシールドに設けられた表示手段に反射した第2光源の光線を車両のダッシュボード側に配置された受光手段で受光することができるため、受光手段の設置自由度を向上することができる効果がある。
請求項3に記載した発明によれば、車両のウインドシールドに受光手段が設けられていることで、反射光などの間接光ではなく第2光源から出射された検出光を直接的に受光手段で受光して受光エネルギーを高めることができるため、第2光源の出力を相対的に低く設定しても十分な受光エネルギーが得られ、したがって、消費電力の低減を図ることができる効果がある。
請求項4に記載した発明によれば、例えば、乗員や物体などが乗員側から第1光源の投射光を遮る方向に移動すると、先に受光手段で受光されるはずの第2光源の光が遮られるため、高出力なレーザ光などを使用する場合であっても、制御手段によって、第1光源の光線を遮るよりも前に迅速に第1光源の投射を停止させることができるため、乗員や物体にレーザ光などの光線が照射されるのを防止することができる効果がある。
次に、この発明に係る第1の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1,図3に示すように、この第1の実施の形態に係る投射型画像表示装置1は、車両のウインドシールド25に設けられたスクリーン4に車室内側から光線を投射することで乗員に対する注意喚起などの情報を画像として表示するものである。この投射型画像表示装置1は、画像表示のための光線を投射する画像投射部2と、画像投射部2より出射された光線が通過する通過領域に物体が侵入したことを検出するための光線を投射する侵入検出部3と、これら画像投射部2及び侵入検出部3の駆動制御を行う制御部15とをそれぞれ備えている。
画像投射部2は、画像を描画するためのレーザ光を出射する第1光源6と、制御部15からの制御指令に従って第1光源6の駆動制御を行う第1光源駆動部5と、第1光源6のレーザ光を走査する走査系8と、走査系8を駆動する走査系駆動部7とで構成されている。
第1光源駆動部5は、制御部15から受信した制御指令に基づいて、より具体的には、レーザ光変調用の信号、電源供給用の信号、および、電流制御用信号に基づいて第1光源6の駆動制御を行うものである。ここで、レーザ光変調用の信号とは第1光源6のレーザ光の出射を描画の最小ドット毎にON/OFFするための制御信号であり、電源供給用の信号とは、第1光源6への電源供給をON/OFF制御するための制御信号であり、さらに電流制御用信号とは第1光源6から出射されるレーザ光の強度を制御して描画される最小ドット毎の階調を適宜変化させるための制御信号である。なお、制御部15から第1光源駆動部5に送信される信号すなわちレーザ光変調用の信号、電源供給用の信号、および、電流制御用信号を単に出力信号と称す。
第1光源6は、第1光源駆動部5の駆動制御により紫外線など所定の波長のレーザ光をスクリーン4に向けて出射する。この第1光源6から出射されるレーザ光は、通常、描画する画像に応じてON/OFFが短時間で繰り返される。すなわち、制御部15と第1光源駆動部5によってレーザ光が変調される。
走査系8は、図2に示すように、一次元ミラーである垂直走査ミラー20および水平走査ミラー21とレンズ22とからなり、走査系駆動部7によって垂直走査ミラー20が垂直方向に揺動可能に構成されるとともに、水平走査ミラー21が水平方向に揺動可能に構成されている。第1光源6から出射されたレーザ光は、走査系8で垂直走査ミラー20および水平走査ミラー21によって垂直方向及び水平方向に走査された後、レンズ22を透過してスクリーン4の所定範囲に投射されることとなる。なお、上述した走査系8は、一方向にのみ揺動する一次元ミラーである垂直走査ミラー20および水平走査ミラー21を用いる場合について説明したが、垂直走査ミラー20及び水平走査ミラー21として用いるミラーには例えば、MEMSミラーおよびガルバノミラー、又は、ポリゴンミラー等を用いることができる。また、1枚のミラーで垂直方向と水平方向の2次元に走査が可能なミラーを用いて構成することもできる。
スクリーン4は、蛍光体が担持された透明薄膜からなり、例えば合わせガラスからなるウインドシールド25の中間膜として運転席前方のウインドシールド25の下部に配置され、車幅方向に沿って長尺で上下方向に沿って短尺となる略矩形の領域に設定されている。このスクリーン4の蛍光体は、例えば平均粒径380nm以下の酸化物蛍光体や半導体ナノ粒子蛍光体とされ、異なる波長の照射光に応じて複数色の発光が可能な単一の蛍光体や所定波長の照射光に対して互いに異なる色の発光が可能な複数種類の蛍光体の組み合わせ等により構成されている。なお、蛍光体が担持された透明薄膜をウインドシールド25の中間膜として設けた場合について説明したが、ウインドシールド25の車室内側に蛍光体が担持された透明薄膜を設けてもよい。
侵入検出部3は、図1,2に示すように、制御部15の制御指令に従って第2光源11の駆動制御を行う第2光源駆動部10と、第2光源駆動部10によって駆動制御されて光線を放射可能な第2光源11と、第2光源11の光線を受光してその受光エネルギーの大きさを検出可能な受光部12と、第2光源11の放射した光線を集光するレンズ23とで構成されている。
第2光源駆動部10は、図示しない電源に接続されており、制御部15からの出力開始信号に基づいて第2光源11への通電をON/OFF制御するものである。
第2光源11は、可視外の光線である赤外光等を放射可能な発光ダイオードであり、第2光源駆動部10によって通電がなされると光線を放射する。この第2光源11は、第1光源6とは異なり描画を行わないため、通常は光線の放射が開始制御されると停止制御されるまでON/OFFされずに一定の光量で放射が継続される。
受光部12は、第2光源11から放射される光線の波長に対して感度が高く設定されたフォトトランジスタなどの受光素子で構成されたものであり、スクリーン4で反射した第2光源11の光線を受光すると、この受光した光線のエネルギーに応じた電圧信号を出力する。なお、図示都合上、図2において受光部12の図示を省略している。
レンズ23は、上述のように第2光源11から放射された光線を集光するレンズであり、第2光源11から放射される光線が、このレンズ23により集光されてスクリーン4に投射されることとなる。ここで、第2光源11の光線は、第1光源6のレーザ光と比較して非常に微弱な光線である。また、レンズ23を透過した光線は、第1光源6のレーザ光が通過する領域の最も乗員側よりもさらに乗員側を通過して、スクリーン4における車幅方向の略中央位置で反射された後、スクリーン4で反射される前よりもさらに乗員側を通過して乗員前方のダッシュボードd上の受光部12に達する。なお、レンズ23による集光の程度はスクリーン4までの距離などに応じて適宜設定される。
画像投射部2と、侵入検出部3の第2光源駆動部10、第2光源11およびレンズ23とは、同一のケースC内に収容されて乗員前方のダッシュボードdに設置されている。このケースCには、図4に示すように、画像投射部2の第1光源6から出射された光が通過する表示光出射口(投射口)26と、表示光出射口26の乗員側に配置され第2光源11から出射された光線が通過する検出光出射口27が形成されている。そして、図3に示すように、侵入検出部3を構成する受光部12が、ケースCよりも乗員側のダッシュボードd上に配置されスクリーン4に臨んでいる。
すなわち、第2光源11から放射された光線は、レンズ23によって集光された後、スクリーン4に投射され、このスクリーン4で反射した第2光源11の光線が受光部12に入射することとなる。そして、第1光源6よりも受光部12が乗員側に配設されているため、第2光源11から放射された光線は、第1光源6から出射されたレーザ光の通過領域(図3中、破線で示す)の乗員側近傍を通過し、その反射光(図3中、実線で示す)が第1光源6から出射されるレーザ光の通過領域よりも乗員側の外側、具体的にはレーザ光を出射する表示光出射口26とスクリーン4の上側端部とを結んだ線よりも車両後方側を通過するようになっている。したがって、乗員及び物体が車室内側から車室外側に向かって第1光源6から出射されるレーザ光を遮ろうとした場合に、このレーザ光よりも先に第2光源11から放射される光線が遮られることとなる。
制御部15は、車両の各種制御を行ういわゆるECU(電子制御ユニット)であり、第1光源駆動部5に対して上述した出力信号を送信するとともに、第2光源駆動部10に対して、第2光源11による光線の放射の開始及び停止を制御する出力開始信号を送信する。さらに、制御部15は、受光部12の受光結果を受信して、この受光結果に基づいて第1光源駆動部5の停止制御を行う侵入検出処理を行うように設定されている。
次に、図5に示すフローチャートに従って制御部15で行われる侵入判定処理を説明する。
まず、ステップS01において、制御部15から第2光源駆動部10に光線の放射を開始させるための出力開始信号を送信する。ここで、第2光源駆動部10は制御部15から出力開始信号を受信すると第2光源11への通電を開始する。この結果、第2光源11から光線の放射が開始される。
ステップS02では、上述のステップS01と同様に、制御部15から第1光源駆動部5に対して描画用のレーザ光の投射を開始させるために、出力信号を送信する。ここで、第1光源駆動部5は、制御部15から出力信号を受信すると第1光源6を駆動制御して画像を描画するためのレーザ光の出射を開始させる。この結果、第1光源6によるレーザ光の出射が開始されスクリーン4に画像が表示されることとなる。
ステップS03では、受光部12に入射した光線の受光エネルギーの情報(受光データ)を受信する。
ステップS04では、ステップS03で受信した受光エネルギーの情報に基づいて、第2光源11から放射された光線の受光エネルギーが予め設定された所定の基準エネルギー以下か否かを判定する。ステップS04の判定結果が「Yes」(基準エネルギー以下)である場合は、ステップS05に進み、「No」(基準エネルギーより大きい)である場合は、ステップS02に戻り上述した処理を繰り返す。ここで、ステップS04の所定の基準エネルギーは、第2光源11から放射された光線が何らかの物体により遮られて受光部12に到達できない状態となったことを検出するための閾値である。
ステップS05では、制御部15から第1光源駆動部5への出力信号の送信を停止して、第1光源6によるレーザ光の出射を停止させてステップS04に戻り上述した処理を繰り返す。つまり、ステップS05の処理により第1光源駆動部5に対する出力信号の送信が停止された後に、受光部12の受光エネルギーが基準エネルギーよりも大きい受光エネルギーに復帰した場合(ステップS04でNO)、第1光源駆動部5に出力信号が送信され(ステップS02)、再び第1光源6からレーザ光が出射されてスクリーン4に画像が表示されることとなる。
したがって、上述した第1の実施の形態によれば、ステップS04の処理により、受光部12の受光エネルギーが所定の基準エネルギー以下に低下したと判定された場合に第1光源6を停止させることができるので、第2光源11から受光部12に到達する光線を何らかの物体が遮った場合、即座に第1光源6を停止することができるため、第1光源6から出射されたレーザ光が乗員の目に直接的に入射したり、レーザ光を遮った物体に反射して乗員の目に間接的に入射するのを防止して、商品性の向上を図ることができる。
また、受光部12をダッシュボードd側に配設して、スクリーン4で反射した第2光源11の光線を受光する構成としていることで、受光部12の設置自由度を向上することができる。
そして、第2光源11の光線は、第1光源6のレーザ光と異なり出力開始後に出力停止するまでON/OFF制御することが無く、また第1光源6のレーザ光と比較して微弱であるため、侵入検出の信頼性を向上しつつ消費エネルギーを抑制することができる。
さらに、乗員側から乗員や物体などが第1光源6のレーザ光を遮る方向に移動すると、このレーザ光を遮るよりも先に受光部12で受光されるはずの第2光源11の光線が遮られることとなるため、高出力なレーザ光などを使用する場合であっても、制御部15により、第1光源6のレーザ光を遮るよりも前に迅速に第1光源6によるレーザ光の投射を停止させ、乗員や物体にレーザ光が照射されるのを防止することができる。
なお、上述の第1の実施の形態では第2光源11と受光部12とを1つずつ設けた場合について説明したが、例えば、車幅方向に沿って複数対の第2光源11と受光部12とを設けるようにしてもよい。さらに、1つの第2光源11から放射した光線をシリンドリカルレンズ等により車幅方向に沿う線状に拡張し、この線状の光をスクリーン4で反射させたものを車幅方向に沿って配置された複数の受光部12で受光するようにしてもよい。このように構成した場合、乗員側から第1光源6から出射されるレーザ光の通過領域に侵入しようとする物体が小さい場合でも確実に検出できる。
さらに、上述の第1の実施の形態では第2光源11の光線をレンズ23で集光する場合について説明したが、例えば、第2光源11の光線を拡散させて第1光源6による投射範囲と略同一範囲に投射するようにしてもよい。このように構成した場合、第1光源6から出射されるレーザ光の通過領域の乗員側からの侵入検出に限られず、受光部12の個数や配置次第で多方向からの侵入検出を行うことができる。
また、第2光源11として、発光ダイオードを用いた場合について説明したが、レーザ光源に置き換えてもよい。
次に、この発明の第2の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、この第2の実施の形態は、上述した第1の実施の形態の受光部12の配置を変更したものであるため、第1の実施の形態の図5を援用するとともに、第1の実施の形態の投射型画像表示装置1と同一部分に同一符号を付して説明する。
図6に示すように、第2の実施の形態の投射型画像表示装置30は、スクリーン4に車室内側から光線を投射して画像を表示する画像投射部2と、画像投射部2より出射される光線の通過領域への物体の侵入を検出する光線を投射する侵入検出部40と、これら画像投射部2及び侵入検出部40の駆動制御を行う制御部15とをそれぞれ備えている。なお、画像投射部2および制御部15の構成は上述した第1の実施の形態と同様の構成であるため詳細説明を省略する。
侵入検出部40は、レーザ光を出射する第2光源41と、この第2光源41から出射されるレーザ光の波長に対する感度が高く設定された受光部42とを備えており、この受光部42により、入射されたレーザ光の受光エネルギーが電圧信号として出力されるようになっている。受光部42は、例えばスクリーン4の上端部、より具体的には、画像投射部2から出射されるレーザ光の通過領域の最も乗員側に配置され、第2光源41から出射されるレーザ光を直接的に受光する。
制御部15は、受光部42の受光結果すなわち受光エネルギーの情報に基づいて、上述した図5のフローチャートの処理と同様の処理を行い、第2光源41から出射されるレーザ光(光線)の受光エネルギーが基準エネルギー以下か否かを判定する(ステップS04)。そして、制御部15は、この判定の結果、第2光源41から出射されるレーザ光の受光エネルギーが基準エネルギー以下であると判定された場合(ステップS04でYES)にのみ、第1光源6から出射されているレーザ光を停止させるために制御部15から第1光源駆動部5への出力信号の送信を停止する(ステップS05)。
ここで、第1光源6から出射されるレーザ光は文字や画像を描画するため、頻繁にON/OFFされ、その放射エネルギーがJIS(日本工業規格)で規定されるクラス1〜4の内、一般にクラス2以上に設定されるのに対して、第2光源41から出射されるレーザ光は、常にONであるとともに、その放射エネルギーがJIS(日本工業規格)で規定されるクラス1〜4の内、最も低いクラス1に設定されている。
したがって、第2の実施の形態によれば、反射光などの間接光ではなく第2光源41から出射された光線を直接的に受光部42で受光することで効率よく受光することができるため、第2光源41の出力を第1の実施の形態よりも相対的に低く設定しても十分な受光エネルギーが得られ、その結果、とりわけ消費電力の低減を図ることができる。
また、第2光源41から出射されるレーザ光は、第1光源6から出射されるレーザ光のようにON/OFFされないため、安定的に物体の侵入を検出することができる。
次に、この発明の第3の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、この第3の実施の形態は、上述した第1の実施の形態と侵入検出部3の構成が相違するだけであるため、第1の実施の形態の投射型画像表示装置1と同一部分に同一符号を付して説明する。
図7は、この発明の第3の実施の形態の投射型画像表示装置の概略構成を示したものである。この第3の実施の形態の投射型画像表示装置は、レーザ光を出射する第1光源6と、この第1光源6のレーザ光よりも放射エネルギーが低いレーザ光を出射する第2光源41とを備えている。第1光源6から出射されるレーザ光はハーフミラー44を介して、走査系8を構成する垂直走査ミラー20及び水平走査ミラー21で順次垂直および水平方向に走査された後レンズ22を透過してスクリーン4に投射されるように構成されている。
一方、第2光源41から出射されるレーザ光は、固定ミラー43で反射された後、ハーフミラー44を透過して、第1光源6のレーザ光とその光軸を一致させた状態で、第1光源6のレーザ光と同様に、走査系8を構成する垂直走査ミラー20及び水平走査ミラー21により垂直及び水平方向に走査された後、レンズ22を透過してスクリーン4に投射される。なお、図示都合上、第2光源41のレーザ光を受光する受光部の図示を省略しているが、スクリーン4の周縁の複数箇所に配設されて第2光源41のレーザ光を直接的に受光するようになっている。
そして、第2の実施の形態と同様に、制御部15(図7では不図示)により、受光部の受光結果に基づいて、受光エネルギーが予め設定された基準エネルギー以下か否かを判定し(ステップS04)、この判定の結果、受光部の受光エネルギーが所定の基準エネルギー以下になった場合(ステップS04でYES)に、第2光源41のレーザ光が遮られたと判定して、第1光源6から出射しているレーザ光の停止制御を行う(ステップS05)。
したがって、上述した第3の実施の形態によれば、第1光源6から出射されるレーザ光の通過領域と同一領域に第2光源41から出射されるレーザ光を通過させることができるため、第1光源6のレーザ光が通過する領域に何らかの物体が侵入した場合、第1光源6の描画用のレーザ光のように出射中にON/OFF制御されない第2光源41のレーザ光が遮られたことを検出して確実に第1光源6によるレーザ光の出射を停止させることができる。
なお、この発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、例えば、第2光源11,41と受光部12,42の配置を入れ替えてもよい。
また、上述の第1,第2の実施の形態では、乗員側からの侵入検出に重点をおくために主に受光部12,42を乗員側に配置した場合について説明したが、第1光源6のレーザ光の通過領域に多方向から侵入してくる物体を検出するために、第1光源6のレーザ光の通過領域の乗員側以外に通過領域の左側および右側や車外側に設けるようにしてもよい。
本発明の第1の実施の形態における投射型画像表示装置のブロック図である。 本発明の第1の実施の形態における投射型画像表示装置のケース内の概略構成図である。 本発明の第1の実施の形態における投射型画像表示装置の配置を示す縦断面図である。 本発明の第1の実施の形態における投射型画像表示装置のケースの正面図である。 本発明の第1の実施の形態における侵入判定処理のフローチャートである。 本発明の第2の実施の形態における図1に相当するブロック図である。 本発明の第3の実施の形態における図2に相当する概略構成図である。
符号の説明
4 スクリーン(表示手段)
6 第1光源
11,41 第2光源
12,42 受光部(受光手段)
15 制御部(制御手段)
25 ウインドシールド(ウインドシールド)
26 表示光出射口(投射口)
d ダッシュボード

Claims (4)

  1. 表示手段に光線を投射して描画を行う投射型画像表示装置において、
    描画を行う光線を前記表示手段に投射する第1光源と、
    前記第1光源と前記表示手段との間に侵入する物体を検出するための検出光を出射する第2光源と、
    前記検出光を受光して受光エネルギーを検出可能な受光手段と、
    前記第1光源及び第2光源のそれぞれの投射制御を行う制御手段とを備え、
    該制御手段は、前記受光手段によって検出される受光エネルギーが所定の受光エネルギー以下に低下したと判定された場合に、前記第1光源による光線の投射を停止させることを特徴とする投射型画像表示装置。
  2. 前記表示手段は、車両のウインドシールドに設けられ、
    前記第2光源及び前記受光手段は、前記車両のダッシュボードに設けられ、
    前記受光手段は、前記表示手段で反射した前記第2光源の検出光を受光することを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。
  3. 前記表示手段は、車両のウインドシールドに設けられ、
    前記第2光源は、前記車両のダッシュボードに設けられ、
    前記受光手段は、前記ウインドシールドの所定箇所に配置されることを特徴とする請求項1に記載の投射型画像表示装置。
  4. 前記第1光源の投射口と前記表示手段の上側端部とを結んだ線よりも乗員側に前記受光手段が配置されることを特徴とする請求項2又は3に記載の投射型画像表示装置。
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