JP2016064760A - Virtual image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ユーザが視認する虚像を表示する虚像表示装置に関する。 The present invention relates to a virtual image display device that displays a virtual image visually recognized by a user.
従来より、車両等の移動体の乗員に対して経路案内や障害物の警告等の運転情報を提供する情報提供手段として、様々な手段が用いられている。例えば、移動体に設置された液晶ディスプレイによる表示や、スピーカから出力する音声等である。そして、近年、このような情報提供手段の一つとして、ヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUDという)のような人間の目の錯覚を利用して実際に映像が表示された位置と異なる空間上に映像を視認させる虚像表示装置がある。 Conventionally, various means have been used as information providing means for providing driving information such as route guidance and obstacle warnings to passengers of moving bodies such as vehicles. For example, display on a liquid crystal display installed on a moving body, sound output from a speaker, and the like. In recent years, as one of such information providing means, a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) is used in a space different from a position where an image is actually displayed using an illusion of human eyes. There is a virtual image display device for visually recognizing an image.
ここで、例えば移動体として特に車両に対して設置されたHUDは、特表2011−36788号公報に記載されているように、車両の乗員から見て車両のウィンドウ(例えばフロントウインドウ)の前方に、前方視野の前景に重畳して、運転情報(例えば、車両の進行方向を示す矢印等)を虚像として生成することが可能である。その結果、乗員は運転情報を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能であり、運転時の負担をより少なくすることが可能となる。 Here, for example, the HUD installed as a moving body particularly on the vehicle is located in front of the vehicle window (for example, the front window) as seen from the vehicle occupant as described in Japanese Patent Publication No. 2011-36788. It is possible to generate driving information (for example, an arrow indicating the traveling direction of the vehicle, etc.) as a virtual image superimposed on the foreground of the front field of view. As a result, the occupant can reduce the line-of-sight movement as much as possible when visually confirming the driving information, and can further reduce the burden during driving.
ここで、HUDのような虚像表示装置において、ユーザに適切に虚像を視認させる為には、生成された虚像が現実にユーザの前方空間上に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることが重要である。例えば、上記特許文献1のような車両の進行方向を示す矢印を虚像として生成する場合には、進行方向の道路の路面上において路面と平行に矢印が存在するように視認させることが望ましい。
Here, in a virtual image display device such as a HUD, in order for a user to visually recognize a virtual image appropriately, the generated virtual image is superimposed on the background as if it actually exists in the user's front space, It is important to make it visible. For example, when the arrow indicating the traveling direction of the vehicle as in
そこで、上記特許文献1では、虚像を重畳させる背景の消失点に関連付けて虚像の消失点を設定する技術について開示されている。特に、ユーザの眼より下方に位置する虚像(例えば地面上に生成する矢印の虚像)では、虚像を重畳させる背景の消失点よりも上方に虚像の消失点を設定することが開示されている。
Therefore, in
ここで、虚像を重畳させる背景の消失点の位置は、ユーザの眼の高さに依存する。即ち、ユーザの眼の位置が高い位置にあるほど、背景の消失点の位置も高くなり、虚像の消失点も高い位置に設定されることとなる。従って、上記特許文献1では、特にユーザから遠方の位置に虚像を生成する場合において、ユーザの眼の位置を上方に移動させると、必要以上に虚像の消失点が上方へと設定されてしまい、背景に虚像を適切に重畳させることができない問題があった。例えば、図16に示すように車両の進行方向を示す矢印を虚像101として生成する場合では、進行方向の道路の路面102上において路面と平行に存在するように視認させることが理想であるが、ユーザの眼の位置が上方に移動すると、生成される虚像101は路面102に沿った矢印でなく、斜め上方を向いた矢印として視認されることとなる。
Here, the position of the vanishing point of the background on which the virtual image is superimposed depends on the height of the user's eyes. In other words, the higher the position of the user's eyes, the higher the position of the vanishing point of the background and the higher the vanishing point of the virtual image. Therefore, in the above-mentioned
本発明は前記従来における問題点を解消するためになされたものであり、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることを可能にした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 to solve the above-described conventional problems, and a virtual image generated on the ground such as an arrow indicating the traveling direction of the vehicle actually exists on the ground parallel to the ground. An object of the present invention is to provide a virtual image display device that can be superimposed on the background and made visible to the user.
前記目的を達成するため本発明に係る第1の虚像表示装置は、スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像をユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから所定距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first virtual image display device according to the present invention includes a screen, a projector that projects an image on the screen, and a virtual image of the image by allowing a user to visually recognize the image projected on the screen. A virtual image generating means for generating the virtual image so that the lower end of the virtual image is located on the ground at a predetermined distance from the user, and the position of the user's eyes And a position detecting means for detecting the distance from the ground to the upper end of the virtual image so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes a length based on the position of the eyes of the user. Image correction means for correcting the image projected on the screen.
また、本発明に係る第2の虚像表示装置は、スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記生成距離に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段を有することを特徴とする。 The second virtual image display device according to the present invention includes a screen, a projector that projects an image on the screen, and a virtual image of the image that is reflected on the screen and made visible to the user. A virtual image generating means including a concave mirror to be generated; an optical path length changing means for changing an optical path length between the screen and the concave mirror; and an optical path length between the screen and the concave mirror is changed by the optical path length changing means. A virtual image position changing unit that changes a generation distance that is a distance from the user to the virtual image generated by the virtual image generating unit, wherein the virtual image generating unit has a lower end of the virtual image from the user. The virtual image is generated so as to be positioned on the ground separated by the generation distance, and the distance from the ground to the upper end of the virtual image is displaced. It, characterized by having an image correction means for correcting the image length from the lower end of the virtual image to the upper end is projected on the screen so that the length based on the generated distance.
また、本発明に係る第3の虚像表示装置は、スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置と前記生成距離とに基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする。 Further, a third virtual image display device according to the present invention includes a screen, a projector that projects an image on the screen, and a virtual image of the image by reflecting the image projected on the screen and allowing the user to visually recognize the image. A virtual image generating means including a concave mirror to be generated; an optical path length changing means for changing an optical path length between the screen and the concave mirror; and an optical path length between the screen and the concave mirror is changed by the optical path length changing means. A virtual image position changing unit that changes a generation distance that is a distance from the user to the virtual image generated by the virtual image generating unit, wherein the virtual image generating unit has a lower end of the virtual image from the user. Position detecting means for generating the virtual image so as to be positioned on the ground separated by the generation distance and detecting the position of the user's eyes; and the ground The distance projected from the lower end to the upper end of the virtual image is projected on the screen such that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes a length based on the position of the user's eyes and the generation distance. Image correction means for correcting the image.
前記構成を有する本発明に係る第1の虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。 According to the first virtual image display device of the present invention having the above-described configuration, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is corrected so as to correspond to the position of the user's eyes, so the traveling direction of the vehicle is changed. A virtual image generated on the ground, such as an arrow shown, can have an appropriate shape to be visually recognized according to the position of the user's eyes. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight. Moreover, there is no possibility of being visually recognized by a virtual image having an uncomfortable feeling facing upward as in the prior art.
また、本発明に係る第2の虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザから虚像までの距離に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザからの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。 Further, according to the second virtual image display device of the present invention, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is corrected so as to correspond to the distance from the user to the virtual image, so the traveling direction of the vehicle is indicated. A virtual image generated on the ground, such as an arrow, can have an appropriate shape to be visually recognized according to the distance from the user. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight. Moreover, there is no possibility of being visually recognized by a virtual image having an uncomfortable feeling facing upward as in the prior art.
また、本発明に係る第3の虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置とユーザから虚像までの距離に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置とユーザからの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。 Further, according to the third virtual image display device of the present invention, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is corrected so as to be a length according to the position of the user's eyes and the distance from the user to the virtual image. A virtual image generated on the ground, such as an arrow indicating the traveling direction of the vehicle, can have an appropriate shape to be visually recognized according to the position of the user's eyes and the distance from the user. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight. Moreover, there is no possibility of being visually recognized by a virtual image having an uncomfortable feeling facing upward as in the prior art.
以下、本発明に係る虚像生成装置について、車両に搭載されたヘッドアップディスプレイ装置に具体化した一実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a virtual image generating device according to the invention will be described in detail with reference to the drawings with regard to an embodiment embodied in a head-up display device mounted on a vehicle.
先ず、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUDという)1の構成について図1を用いて説明する。図1は本実施形態に係るHUD1の車両2への設置態様を示した図である。
First, the configuration of a head-up display device (hereinafter referred to as HUD) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing an installation mode of the
図1に示すようにHUD1は、車両2のダッシュボード3内部に設置されており、内部にプロジェクタ4やプロジェクタ4からの映像が投射されるスクリーン5を有する。そして、スクリーン5に投射された映像を、後述のようにHUD1が備えるミラーやフレネルレンズを介し、更に運転席の前方のフロントウィンドウ6に反射させて車両2の乗員7に視認させるように構成されている。尚、スクリーン5に投射される映像としては、車両2に関する情報や乗員7の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物(他車両や歩行者)に対する警告、ナビゲーション装置48で設定された案内経路(走行予定経路)や案内経路に基づく案内情報(右左折方向を示す矢印等)、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ番組等がある。
As shown in FIG. 1, the
また、本実施形態のHUD1では、フロントウィンドウ6を反射して乗員7がスクリーン5に投射された映像を視認した場合に、乗員7にはフロントウィンドウ6の位置ではなく、フロントウィンドウ6の先の遠方の位置にスクリーン5に投射された映像が虚像8として視認されるように構成される。尚、乗員7が視認できる虚像8はスクリーン5に投射された映像であるが、ミラーを介するので上下方向は反転する。また、フレネルレンズを介することによってサイズも変更する。
Further, in the
ここで、虚像8を生成する位置、より具体的には乗員7から虚像8までの距離(以下、生成距離という)Lについては、HUD1が備えるミラーやフレネルレンズの形状や位置、光路に対するスクリーン5の位置等によって適宜設定することが可能である。特に、本実施形態では後述のようにスクリーン5の位置を光路に沿って前後方向に移動可能に構成する。その結果、生成距離Lを適宜変更することが可能となる。例えば生成距離Lを2.5m〜20mの間で変更することが可能である。
Here, regarding the position where the
また、車両のフロントバンパの上方にはフロントカメラ17が設置される。フロントカメラ17は、例えばCCD等の固体撮像素子を用いたカメラにより構成された撮像装置であり、光軸方向を車両の進行方向前方に向けて設置される。そして、フロントカメラ17により撮像された撮像画像に対して画像処理が行われることによって、後述のようにフロントウィンドウ6越しに乗員7に視認される前方環境、即ち虚像8が重畳される背景について乗員7から背景上の各地点までの距離(道路距離)が検出される。
A
また、ダッシュボード3の上面には車内カメラ18が設置される。ここで、車内カメラ18は、例えばCCD等の固体撮像素子を用いたものであり、図1に示すように撮像方向を運転席に向けて設置される。そして、運転席に座った乗員7の顔を撮像する。尚、HUD1は、後述のように車内カメラ18により撮像した撮像画像から乗員7の眼の位置を検出する。
An in-
次に、図2を用いてHUD1のより具体的な構成について説明する。図2は、本実施形態に係るHUD1の内部構成を示した図である。
Next, a more specific configuration of the
図2に示すようにHUD1は、プロジェクタ4と、スクリーン5と、反射ミラー10と、ミラー(凹面鏡)11と、フレネルレンズ12と、制御回路部13と、CANインターフェース14とから基本的に構成されている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、プロジェクタ4は光源としてLED光源やランプ光源やレーザ光源を用いた映像投射装置であり、例えばレーザ走査式プロジェクタとする。尚、プロジェクタ4としてはDLPプロジェクタや液晶プロジェクタやLCOSプロジェクタを用いても良い。尚、レーザ走査式プロジェクタ以外を用いた場合にはプロジェクタ4に対して別途投射レンズを配置する必要がある。
Here, the
図3はプロジェクタ4の構成を示した図である。図3に示すようにプロジェクタ4は、内部にレーザ光の光源15を備えており、例えばレーザ走査式プロジェクタでは光源15から出力されるレーザ光をMEMSミラー16で反射させ、スクリーン5上に走査させることによってスクリーン5に所望の映像を投射する。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the
一方、スクリーン5は、プロジェクタ4から投射された映像が投射される被投射媒体であり、例えばすりガラス等の拡散板やマイクロレンズアレイ等からなる透過型スクリーンが用いられる。ここで、図4はスクリーン5を示した図である。
On the other hand, the
図4に示すようにスクリーン5は、映像が投射される被投射エリア22を有しており、プロジェクタ4から投射された映像が表示される。尚、乗員7はプロジェクタ4によって投射された映像を投射側とは逆側から視認することとなる。また、スクリーン5は、光路に沿って前後方向に移動可能に構成されている。具体的には、スクリーン5の背面側にあるスクリーン前後駆動モータ24を駆動させることによって、図5に示すようにスクリーン5を光路に沿って前後方向に移動させることが可能となる。その結果、スクリーン5とミラー11との間の光路長が変更される。
As shown in FIG. 4, the
そして、HUD1ではスクリーン5とミラー11との間の光路長に、スクリーン5に投射された映像の虚像8が生成される位置(具体的には乗員7から虚像8までの距離である生成距離L)が依存することとなる。具体的には図6に示すようにスクリーン5を、スクリーン5とミラー11との間の光路長Dが短くなる側に移動させると、生成距離Lが短くなる(即ち、乗員7からはより近くに虚像8が視認されるようになる)。一方で、スクリーン5を、スクリーン5とミラー11との間の光路長Dが長くなる側に移動させると、生成距離Lが長くなる(即ち、乗員7からはより遠くに虚像8が視認されるようになる)。従って、スクリーン5を光路に沿って前後方向に移動させることによって、図7に示すように乗員7から虚像8までの距離である生成距離Lの長短を、予め決められた範囲(例えば2.5m〜20m)で変更することが可能となる。
In the
また、スクリーン前後駆動モータ24はステッピングモータからなる。そして、HUD1は、制御回路部13から送信されるパルス信号に基づいてスクリーン前後駆動モータ24を制御し、スクリーン5の前後位置を設定位置に対して適切に位置決めすることが可能となる。
The screen front /
一方、反射ミラー10は、図2に示すようにプロジェクタ4から投射された映像を反射して光路を変更し、スクリーン5へと投射する反射板である。
On the other hand, the reflecting
また、ミラー11は、図2に示すようにスクリーン5からの映像光を反射させ、フロントウィンドウ6を介してスクリーン5の映像を乗員7に視認させることにより、乗員7の前方に虚像8(図1参照)を生成する手段であり、反射ミラー10やフロントウィンドウ6とともに虚像生成手段を構成する。ミラー11としては、球面凹面鏡や、非球面凹面鏡、若しくは投影映像の歪みを補正するための自由曲面鏡が用いられる。尚、スクリーン5に対して投射された映像は、ミラー11によって反射されるので、生成される虚像はスクリーン5に対して投射された映像と上下が反転した像となる。
Further, the
また、フレネルレンズ12は、図2に示すようにスクリーン5に投射された映像を拡大して虚像8を生成する為の拡大鏡である。そして、本実施形態に係るHUD1では、スクリーン5に投射された映像を、ミラー11やフレネルレンズ12を介し、更にフロントウィンドウ6に反射させて乗員7に視認させることによって、フロントウィンドウ6の先の遠方の位置にスクリーン5に投射された映像が拡大され、虚像8として乗員に視認される(図1参照)。
The
また、制御回路部13は、HUD1の全体の制御を行う電子制御ユニットである。ここで、図8は本実施形態に係るHUD1の構成を示したブロック図である。
The
図8に示すように制御回路部13は、演算装置及び制御装置としてのCPU31、並びにCPU31が各種の演算処理を行うにあたってワーキングメモリとして使用されるRAM32、制御用のプログラムのほか、後述の虚像生成処理プログラム(図9参照)等が記録されたROM33、ROM33から読み出したプログラムや後述の虚像長設定テーブルや位置設定テーブルを記憶するフラッシュメモリ34等の内部記憶装置を備えている。また、制御回路部13は、プロジェクタ4、スクリーン前後駆動モータ24とそれぞれ接続され、プロジェクタ4や各種モータの駆動制御を行う。
As shown in FIG. 8, the
また、CAN(コントローラエリアネットワーク)インターフェース14は、車両内に設置された各種車載器や車両機器の制御装置間で多重通信を行う車載ネットワーク規格であるCANに対して、データの入出力を行うインターフェースである。そして、HUD1は、CANを介して、各種車載器や車両機器の制御装置(例えば、ナビゲーション装置48、AV装置49等)と相互通信可能に接続される。それによって、HUD1は、ナビゲーション装置48やAV装置49等から取得した情報を投影可能に構成する。
The CAN (controller area network)
続いて、前記構成を有するHUD1においてCPU31が実行する虚像生成処理プログラムについて図9に基づき説明する。図9は本実施形態に係る虚像生成処理プログラムのフローチャートである。ここで、虚像生成処理プログラムは車両のACC電源がONされた後に実行され、車両の乗員7に視認させる虚像8を生成するプログラムである。尚、以下の図9にフローチャートで示されるプログラムは、HUD1が備えているRAM32やROM33に記憶されており、CPU31により実行される。
Next, a virtual image generation processing program executed by the
先ず、虚像生成処理プログラムではステップ(以下、Sと略記する)1において、CPU31は、視認可能範囲(アイボックス)を設定する。尚、視認可能範囲は、HUD1に内蔵されたスクリーン5に投射された映像を視認可能な乗員7の眼の位置の範囲である。ここで、HUD1は、前記したように内部にあるスクリーンに描画された映像を、フロントウィンドウ6に反射させて乗員7に視認させる構成を有し、視認させる為にはHUD1と乗員7の眼の位置関係を厳密に対応させる必要がある。そこで、CPU31は、先ず車内カメラ18で運転席に着座した車両の乗員7の顔を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって乗員7の左右の眼の位置を検出する。そして、HUD1の位置や角度を調整することによって、図10に示すように車両の乗員7の左右の眼が含まれる範囲(例えば横13cm縦4cm)に視認可能範囲51を設定する。尚、HUD1自体ではなくHUD1に内蔵されたミラー11、プロジェクタ4、スクリーン5等の位置や角度を調整することにより視認可能範囲51を設定してもよい。尚、前記S1で設定された視認可能範囲51は、フラッシュメモリ34等の記憶媒体に記憶される。
First, in step (hereinafter abbreviated as S) 1 in the virtual image generation processing program, the
次に、S2においてCPU31は、虚像8の生成距離Lを基準距離となる最長距離の20mに設定する。尚、スクリーン5の現在位置が、虚像8の生成距離Lが20mとなる位置(スクリーン5とミラー11との間の光路長が最長となる位置)に配置されていない場合には、スクリーン前後駆動モータ24を駆動させて、虚像8の生成距離Lが20mとなる位置へとスクリーン5を移動させる。また、本実施形態では生成距離Lの基準距離を最長距離である20mとしているが、20m以外(例えば15mや10m)としても良い。
Next, in S <b> 2, the
続いて、S3においてCPU31は、車内カメラ18で運転席に着座した車両の乗員7の顔を撮像し、撮像画像に対して画像処理を行うことによって乗員7の左右の眼の位置を検出する。尚、以降は所定間隔で乗員7の左右の眼の位置の検出を継続して行う。
Subsequently, in S <b> 3, the
その後、S4においてCPU31は、フロントカメラ17で撮像した撮像画像に基づいて道路距離の測定を行う。尚、“道路距離”は、フロントウィンドウ6越しに乗員7に視認される前方環境、即ち虚像8が重畳される背景中の各地点について乗員7からの距離を示したものである。その結果、図11に示すようにフロントウィンドウ6越しに乗員7に視認される前方環境の各地点が乗員からどの程度離れた地点であるのかを特定することが可能となる。
Thereafter, in S4, the
次に、S5においてCPU31は、HUD1において現在設定されている生成距離Lと、最も新しく検出された乗員7の眼の位置とに基づいて、生成する虚像8の下端から上端までの長さ(以下、虚像長という)を設定する。尚、本実施形態では、後述のようにナビゲーション装置48で設定された案内経路に基づく案内情報である車両の進行方向を示す矢印を虚像8として生成する構成とする。そして、虚像長を変化させる際には、実際に空間上に矢印が存在するように乗員7に視認させるために見た目の矢印の傾斜角についても変化させる。但し、虚像自体の傾斜角度は一定である。
Next, in S5, the
具体的には、図12に示すように虚像8の下端から上端までの虚像長Xが長くなるほど、水平方向からの傾斜角を大きくした矢印の虚像8とする。即ち、虚像8の下端から上端までの虚像長Xが長い矢印は、乗員7からは路面上に路面と平行に配置された矢印をより上方から見下ろした際に視認できる矢印となる。一方で、虚像8の下端から上端までの虚像長Xが短い矢印は、乗員7からは路面上に路面と平行に配置された矢印をより下方(地面に近い位置)から見た際に視認できる矢印となる。
Specifically, as shown in FIG. 12, the
また、前記S5においてCPU31は、フラッシュメモリ34から虚像長設定テーブルを読み出し、読み出した虚像長設定テーブルに基づいて虚像長を設定する。尚、虚像長設定テーブルには、生成距離Lと乗員7の眼の位置と虚像長とが対応付けられたテーブルである。図13は虚像長設定テーブルの一例を示した図である。
In S5, the
図13に示すように虚像長設定テーブルは、生成距離Lと虚像長とが対応付けられた第1のテーブルと、乗員7の眼の位置と虚像長とが対応付けられた第2のテーブルとから構成される。そして、前記S5においてCPU31は、先ず現在設定されている生成距離Lと第1のテーブルに基づいて基準となる虚像長をA1〜A36の中から選択する。尚、生成距離Lが短いほど、選択される虚像長は長くなる。次に、CPU31は乗員7の眼の位置と第2のテーブルに基づいて虚像長の補正値を選択する。具体的には、視認可能範囲51を上下方向に沿って複数のエリア(図13に示す例では(a)〜(e)の5つのエリア)に区分する。そして、検出された乗員7の眼の位置が、どのエリアに含まれるかによって虚像長の補正値を選択する。尚、乗員7の眼の位置が視認可能範囲51の中央にあるエリア(c)(基準エリア)に位置する場合には補正値は「0」となる。そして、エリア(c)に対して上方のエリア程、補正値としてより大きな加算値が選択され、エリア(c)に対して下方のエリア程、補正値としてより大きな減算値が選択される。そして、基準となる虚像長に対して選択された補正値を加算又は減算することによって最終的な虚像長を決定する。即ち、生成距離Lが短く且つ乗員7の眼の位置が上方に位置する程、最終的に設定される虚像長は長くなり、一方で生成距離Lが長く且つ乗員7の眼の位置が下方に位置する程、最終的に設定される虚像長は短くなる。
As illustrated in FIG. 13, the virtual image length setting table includes a first table in which the generation distance L and the virtual image length are associated with each other, and a second table in which the position of the
その後、S6においてCPU31は、プロジェクタ4へと信号を送信し、プロジェクタ4によるスクリーン5への映像の投射を開始する。尚、プロジェクタ4により投射される映像としては、車両2に関する情報や乗員7の運転の支援の為に用いられる各種情報がある。例えば障害物(他車両や歩行者)に対する警告、ナビゲーション装置48で設定された案内経路(走行予定経路)や案内経路に基づく案内情報(車両の進行方向を示す矢印等)、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等がある。特に本実施形態では、ナビゲーション装置48で設定された案内経路に基づく案内情報である車両の進行方向を示す矢印を出力する構成とする。
Thereafter, in S6, the
その結果、例えばナビゲーション装置48において案内経路が設定されており、車両の進行方向前方に特に右左折の対象となる交差点が存在しない場合には、図14に示すように車両の進行方向前方に直進方向を示す矢印の虚像8を生成する。尚、車両の進行方向前方に右左折の対象となる交差点が接近した場合には、直進方向を示す矢印に替えて右左折を示す矢印の虚像8を生成する。その結果、乗員7から基準距離(例えば20m)前方の位置に車両の進行方向を示す矢印の虚像8が生成されることとなり、乗員7は虚像8を視認する際に視線移動を極力少なくすることが可能である。また、特に右左折を示す矢印の虚像8を生成する場合には、右左折の対象となる交差点の位置に対応させて虚像8を生成することが望ましい。従って、後述のように乗員7から右左折対象となる交差点までの距離を算出し、算出した距離を目標生成距離に設定し、生成距離Lが目標生成距離となるようにプロジェクタ4の光路に沿ってスクリーン5を移動させるように構成する(S10)。尚、その後に車両が移動することによって乗員7から右左折対象となる交差点までの距離が変化すれば、それに伴って生成距離Lも変更される。それによって、右左折の対象となる交差点の位置を乗員7は明確に特定することが可能となる。
As a result, for example, when a guidance route is set in the
また、投射される映像は、投射された映像に基づいて生成される虚像8が前記S5で設定された虚像長となる映像とする。それによって、虚像8を、乗員7の眼の位置と乗員7からの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。具体的には、図15に示すように乗員7の眼の位置が下方にある、又は生成距離Lが遠い(虚像8までの距離が遠い)場合には、生成される虚像8の虚像長が短くなり、路面に沿って配置される矢印をより水平方向に近い角度から視認した形状の虚像8となる。一方で、乗員7の眼の位置が上方にある、又は生成距離Lが近い(虚像8までの距離が近い)場合には、生成される虚像8の虚像長が長くなり、路面に沿って配置される矢印をより上方から見下ろして視認した形状の虚像8となる。従って、進行方向前方の路面上において路面と平行に虚像8が現実に存在するかのように背景(路面)に重畳させて乗員7に視認させることが可能となる。
The projected video is a video in which the
更に、本実施形態では特に矢印の虚像8を、虚像8の下端が乗員7から生成距離Lだけ離れた地面上に位置するように虚像8を生成する。具体的には、前記S4で測定した道路距離に基づいて、フロントウィンドウ6越しに乗員7に視認される前方環境、即ち虚像8が重畳される背景の内、乗員7から生成距離Lだけ離れた路面上の地点を特定する。そして、特定された地点に虚像8の下端が位置するようにスクリーン5に対して映像の投射を行う。それによって、進行方向前方の路面上に虚像8が現実に存在するかのように背景(路面)に重畳させて乗員7に視認させることが可能となる。虚像8の下端が乗員7から生成距離Lだけ離れた地面上に位置するように虚像8を生成する。
Furthermore, in this embodiment, the
その後、S7においてCPU31は、虚像8の生成距離Lを変更する必要が生じたか否かを判定する。ここで、虚像8の生成距離Lを変更する必要がある場合としては、例えば、案内交差点の右左折を示す矢印の虚像8を生成している場合において、車両の走行に伴って車両から案内交差点までの距離が変化した場合がある。また、自車両の前方に障害物(他車両、自転車、歩行者等)が出現し、虚像8が障害物と重複する虞がある場合において、虚像8が障害物と重複しないように生成距離Lを変更する場合もある。
Thereafter, in S7, the
そして、虚像8の生成距離Lを変更する必要が生じたと判定された場合(S7:YES)には、S10へと移行する。一方、虚像8の生成距離Lを変更する必要が生じていないと判定された場合(S7:NO)には、S8へと移行する。
When it is determined that the generation distance L of the
S8においてCPU31は、乗員7の眼の位置が変化したか否か判定する。具体的には、図12に示す視認可能範囲51に規定するエリア(a)〜(e)において、乗員7の眼の位置が含まれるエリアが変化した場合に、CPU31は乗員7の眼の位置が変化したと判定する。
In S8, the
そして、乗員7の眼の位置が変化したと判定された場合(S8:YES)には、S11へと移行する。一方、乗員7の眼の位置が変化していないと判定された場合(S8:NO)には、S9へと移行する。
And when it determines with the position of the passenger | crew's 7 eye having changed (S8: YES), it transfers to S11. On the other hand, when it is determined that the eye position of the
その後、S9においてCPU31は、スクリーン5に対する映像の投射を終了するか否かを判定する。
Thereafter, in S9, the
そして、スクリーン5に対する映像の投射を終了すると判定された場合(S9:YES)には、当該虚像生成処理プログラムを終了する。一方、スクリーン5に対する映像の投射を終了しないと判定された場合(S9:NO)にはS7へと戻り、継続してスクリーン5に対する映像の投射を行う。
And when it determines with complete | finishing the projection of the image | video with respect to the screen 5 (S9: YES), the said virtual image generation process program is complete | finished. On the other hand, when it is determined not to end the projection of the image on the screen 5 (S9: NO), the process returns to S7, and the image is projected onto the
一方、S10において、CPU31はスクリーン前後駆動モータ24を駆動させて、虚像8の生成距離Lを要求される新たな距離L´となる位置へとスクリーン5を移動させる。
On the other hand, in S10, the
以下に、上記S10の処理の詳細について説明する。
先ず、CPU31は、虚像8の生成距離Lの目標値となる目標生成距離Deを距離L´に設定する。次に、CPU31は、フラッシュメモリ34から位置設定テーブルを読み出し、目標生成距離Deだけ離れた位置に虚像8を生成する為のスクリーン5の位置(目標移動位置)を取得する。尚、位置設定テーブルは、設定可能な生成距離L(本実施形態では2.5m〜20mの間の0.5m単位)毎に、該生成距離Lに虚像8を生成する為のスクリーン5の位置が規定されている。続いて、CPU31は、スクリーン5を目標移動位置へ移動させるのに必要なスクリーン前後駆動モータ24の駆動量(パルス数)を決定する。その後、CPU31は、決定された駆動量だけスクリーン前後駆動モータ24を駆動させる為のパルス信号をスクリーン前後駆動モータ24へと送信する。そして、パルス信号を受信したスクリーン前後駆動モータ24は、受信したパルス信号に基づいて駆動を行う。その結果、スクリーン5は設定された目標生成距離Deだけ離れた位置に虚像8が生成される目標移動位置に移動することとなる。
Details of the process of S10 will be described below.
First, the
その後、S11においてCPU31は、HUD1において現在設定されている生成距離L(前記S10で変更された場合には変更後の生成距離L)と、新たに検出した最新の乗員7の眼の位置とに基づいて、新たな虚像長を設定する。尚、詳細についてはS5と同様であるので説明は省略する。
Thereafter, in S11, the
尚、前記S11で設定される新たな虚像長は、乗員7の眼の位置が上方に移動した場合や生成距離Lが短く変化した場合には、過去の虚像長に比べてより長い値に設定される。一方で、乗員7の眼の位置が下方に移動した場合や生成距離Lが長く変化した場合には、過去の虚像長に比べてより短い値に設定される。
The new virtual image length set in S11 is set to a longer value than the past virtual image length when the eye position of the
その後、S12においてCPU31は、プロジェクタ4へと信号を送信し、プロジェクタ4による投射する映像を補正する。具体的には、投射された映像に基づいて生成される虚像8が、前記S11で新たに設定された虚像長となるように補正する。尚、虚像8の下端の位置は、S6から変わらずに乗員7から生成距離Lだけ離れた地面上に位置するように維持する。即ち、前記S12では地面から虚像8の上端までの距離を変位させることとなる。それによって、乗員7の眼の位置や乗員7から虚像8までの距離が変化した場合であっても、虚像8を、変化後の乗員7の眼の位置と乗員7からの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。
Thereafter, in S12, the
以上詳細に説明した通り、本実施形態に係るHUD1によれば、プロジェクタ4から、映像をスクリーン5に投射し、スクリーン5に投射された映像を車両2のフロントウィンドウ6に反射させて車両の乗員7に視認させることによって、車両の乗員7が視認する映像の虚像8を生成する。また、虚像8は、虚像8の下端が乗員7から生成距離Lだけ離れた地面上に位置するように生成され、地面から虚像の上端までの距離を変位させることによって、虚像の下端から上端までの長さが乗員7の眼の位置と生成距離Lとに基づいた長さとなるようにスクリーンに投射する映像を補正する(S5、S6、S11、S12)ので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像8について、乗員7の眼の位置と乗員7からの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、地面上において地面と平行に虚像8が現実に存在するかのように、背景に重畳させて乗員7に視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
As described above in detail, according to the
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは勿論である。
例えば、本実施形態ではHUD1によって車両2のフロントウィンドウ6の前方に虚像を生成する構成としているが、フロントウィンドウ6以外のウィンドウの前方に虚像を生成する構成としても良い。また、HUD1により映像を反射させる対象はフロントウィンドウ6自身ではなくフロントウィンドウ6の周辺に設置されたバイザー(コンバイナー)であっても良い。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various improvements and modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
For example, in the present embodiment, the virtual image is generated in front of the
また、本実施形態では車両2に対してHUD1を設置する構成としているが、車両2以外の移動体に設置する構成としても良い。例えば、船舶や航空機等に対して設置することも可能である。また、アミューズメント施設に設置されるライド型アトラクションに設置しても良い。その場合には、ライドの周囲に虚像を生成し、ライドの乗員に対して虚像を視認させることが可能となる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態ではスクリーン5を光路に沿って移動させることによって、スクリーン5とミラー11との間の光路長を変更する構成としているが、スクリーン5は固定とし、ミラー11を光路に沿って移動させることによって、スクリーン5とミラー11との間の光路長を変更する構成としても良い。
In this embodiment, the
また、本実施形態では虚像長が乗員7の眼の位置と生成距離Lとに基づいた長さとなるようにスクリーンに投射する映像を補正する(S5、S6、S11、S12)構成としているが、生成距離Lについては考慮せずに乗員7の眼の位置のみに基づいて虚像長を設定する構成としても良い。また、乗員7の眼の位置については考慮せずに生成距離Lのみに基づいて虚像長を設定する構成としても良い。
In the present embodiment, the image projected on the screen is corrected so that the virtual image length is based on the position of the eye of the
また、本実施形態では案内経路に沿った車両の進行方向を案内する矢印を虚像8として生成する構成としているが、進行方向を案内する矢印以外の虚像8を生成する構成としても良い。例えば、障害物(他車両や歩行者)に対する警告、渋滞情報、事故情報、現在車速、案内標識、地図画像、交通情報、ニュース、天気予報、時刻、接続されたスマートフォンの画面、テレビ画面等を虚像8として生成する構成としても良い。その場合であって、虚像生成処理プログラム(図9)によって乗員7の眼の位置と虚像8までの距離に応じて虚像8の虚像長を適宜設定することが可能である。
Further, in the present embodiment, the arrow that guides the traveling direction of the vehicle along the guidance route is generated as the
また、本実施形態では投射レンズが不要となるレーザ走査式プロジェクタを用いているが、レーザ走査式プロジェクタ以外のプロジェクタ(例えば、DLPプロジェクタ、液晶プロジェクタ、LCOSプロジェクタ)を用いても良い。 In this embodiment, a laser scanning projector that does not require a projection lens is used, but a projector other than the laser scanning projector (for example, a DLP projector, a liquid crystal projector, or an LCOS projector) may be used.
また、本実施形態では、スクリーンを1枚のスクリーンから構成しているが、スクリーンの数は2枚以上としても良い。また、スクリーンを2枚以上とした場合には、全てのスクリーンを光路に沿って移動可能に構成しても良いし、一部のスクリーンのみを光路に沿って移動可能に構成しても良い。 In this embodiment, the screen is composed of one screen, but the number of screens may be two or more. When two or more screens are used, all the screens may be configured to be movable along the optical path, or only a part of the screens may be configured to be movable along the optical path.
また、本発明に係る虚像表示装置を具体化した実施例について上記に説明したが、虚像表示装置は以下の構成を有することも可能であり、その場合には以下の効果を奏する。 Moreover, although the embodiment which actualized the virtual image display device according to the present invention has been described above, the virtual image display device can also have the following configuration, and in that case, the following effects can be obtained.
例えば、第1の構成は以下のとおりである。
スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像をユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから所定距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
For example, the first configuration is as follows.
A screen, a projector that projects an image on the screen, and a virtual image generation unit that generates a virtual image of the image by causing a user to visually recognize the image projected on the screen, and the virtual image generation unit includes: A position detecting means for generating the virtual image so that a lower end of the virtual image is located on the ground separated from the user by a predetermined distance and detecting a position of the eye of the user; and a distance from the ground to the upper end of the virtual image Image correcting means for correcting the image projected on the screen so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes a length based on the position of the eyes of the user by displacing the virtual image. Features.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is corrected so as to correspond to the position of the user's eyes. About the generated virtual image, it becomes possible to set it as the appropriate shape which should be visually recognized according to a user's eye position. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight. Moreover, there is no possibility of being visually recognized by a virtual image having an uncomfortable feeling facing upward as in the prior art.
また、第2の構成は以下のとおりである。
前記映像補正手段は、前記ユーザの眼の位置が上方に位置する程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザの眼の位置が下方にある場合には、生成される虚像の長さが短くなり、地面に沿って配置される虚像をより水平方向に近い角度から視認した形状の虚像とすることができる。一方で、ユーザの眼の位置が上方にある場合には、生成される虚像の長さが長くなり、地面に沿って配置される虚像をより上方から見下ろして視認した形状の虚像とすることができる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。
The second configuration is as follows.
The video correcting unit corrects the video so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes longer as the position of the user's eye is higher.
According to the virtual image display device having the above configuration, when the position of the user's eyes is below, the length of the generated virtual image is shortened, and the virtual image arranged along the ground is closer to the horizontal direction. It can be set as the virtual image of the shape visually recognized from. On the other hand, when the position of the user's eyes is on the upper side, the length of the generated virtual image becomes longer, and the virtual image arranged along the ground may be a virtual image having a shape viewed from above. it can. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight.
また、第3の構成は以下のとおりである。
前記スクリーンに投射された前記映像を視認可能な前記ユーザの眼の位置の範囲である視認可能範囲を取得する範囲取得手段を有し、前記視認可能範囲は、上下方向に沿って複数のエリアに区分され、前記映像変化手段は、前記ユーザの眼の位置が含まれるエリアに基づいて前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、視認可能範囲を基準にしてユーザの眼の上下方向の位置を特定することが可能となる。従って、ユーザの眼の位置の移動量に対する虚像の長さの変化量を適切な対応関係に設定することが可能となる。
The third configuration is as follows.
It has range acquisition means for acquiring a viewable range that is a range of the position of the user's eyes that can visually recognize the video projected on the screen, and the viewable range is divided into a plurality of areas along the vertical direction. The image change means is classified, and corrects the image based on an area including a position of the user's eyes.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to specify the vertical position of the user's eyes with reference to the visible range. Therefore, it is possible to set the change amount of the length of the virtual image with respect to the movement amount of the user's eye position in an appropriate correspondence relationship.
また、第4の構成は以下のとおりである。
前記視認可能範囲は、基準エリアと、基準エリアの上方にある上方エリアと、基準エリアの下方にある下方エリアと、に区分され、前記映像変化手段は、前記ユーザの眼の位置が前記基準エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが基準長さとなるように前記映像を補正し、前記ユーザの眼の位置が前記上方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも長くなるように前記映像を補正し、前記ユーザの眼の位置が前記下方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも短くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、視認可能範囲を基準にしてユーザの眼の上下方向の位置を複数段階で明確に特定することが可能となる。従って、ユーザの眼の位置に対してより適切な虚像の長さを設定することが可能となる。
The fourth configuration is as follows.
The viewable range is divided into a reference area, an upper area above the reference area, and a lower area below the reference area, and the image changing means is configured such that the position of the user's eyes is the reference area. If the image is corrected so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes a reference length, and the position of the user's eyes is included in the upper area, the virtual image When the image is corrected so that the length from the lower end to the upper end is longer than the reference length, and the position of the user's eyes is included in the lower area, the length from the lower end to the upper end of the virtual image The video is corrected so that is shorter than the reference length.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, it is possible to clearly specify the vertical position of the user's eye in a plurality of stages based on the visible range. Therefore, it is possible to set a more appropriate virtual image length for the position of the user's eyes.
また、第5の構成は以下のとおりである。
スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記生成距離に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザからの距離に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザからの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
The fifth configuration is as follows.
A virtual image generating means including a screen, a projector that projects an image on the screen, a concave mirror that generates a virtual image of the image by reflecting the image projected on the screen and allowing a user to visually recognize the image, the screen, and the screen An optical path length changing unit that changes an optical path length between the concave mirror and an optical path length changing unit that changes an optical path length between the screen and the concave mirror by the optical path length changing unit. Virtual image position changing means for changing a generation distance that is a distance to the virtual image, and the virtual image generation means is configured such that the lower end of the virtual image is positioned on the ground separated from the user by the generation distance. A length from the lower end to the upper end of the virtual image by generating a virtual image and displacing the distance from the ground to the upper end of the virtual image Characterized in that it has an image correction means for correcting the image to be projected on the screen so that the length based on the generated distance.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is corrected so as to correspond to the distance from the user, so that it is generated on the ground such as an arrow indicating the traveling direction of the vehicle. The virtual image to be displayed can have an appropriate shape to be visually recognized according to the distance from the user. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight. Moreover, there is no possibility of being visually recognized by a virtual image having an uncomfortable feeling facing upward as in the prior art.
また、第6の構成は以下のとおりである。
前記光路長変更手段は、前記スクリーンを前記光路に沿って移動させることにより前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、簡易な構成及び制御によってユーザから虚像が生成される位置までの距離を変更可能となる。
The sixth configuration is as follows.
The optical path length changing means changes the optical path length between the screen and the concave mirror by moving the screen along the optical path.
According to the virtual image display device having the above configuration, the distance from the user to the position where the virtual image is generated can be changed with a simple configuration and control.
また、第7の構成は以下のとおりである。
前記映像補正手段は、前記生成距離が短い程、前記虚像の下端から上端までの長さが長くなるように前記映像を補正することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、ユーザから遠い場所に虚像を生成する場合には、生成される虚像の長さが短くなり、地面に沿って配置される虚像をより水平方向に近い角度から視認した形状の虚像とすることができる。一方で、ユーザから近い場所に虚像を生成する場合には、生成される虚像の長さが長くなり、地面に沿って配置される虚像をより上方から見下ろして視認した形状の虚像とすることができる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。
The seventh configuration is as follows.
The video correcting unit corrects the video so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes longer as the generation distance is shorter.
According to the virtual image display device having the above configuration, when generating a virtual image in a place far from the user, the length of the generated virtual image is shortened, and the virtual image arranged along the ground is closer to the horizontal direction. It can be set as the virtual image of the shape visually recognized from. On the other hand, when generating a virtual image close to the user, the length of the generated virtual image becomes long, and the virtual image arranged along the ground may be a virtual image having a shape visually viewed from above. it can. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image existed in parallel with the ground on the ground in the user's line of sight.
また、第8の構成は以下のとおりである。
スクリーンと、映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置と前記生成距離とに基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、虚像の下端から上端までの長さをユーザの眼の位置とユーザからの距離に応じた長さとなるように補正するので、車両の進行方向を示す矢印等の地面上に生成される虚像について、ユーザの眼の位置とユーザからの距離に応じて視認されるべき適切な形状とすることが可能となる。従って、ユーザの視線方向の地面上において地面と平行に虚像が現実に存在するかのように、背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。また、従来技術のように上方を向いた違和感のある虚像に視認される虞もない。
The eighth configuration is as follows.
A virtual image generating means including a screen, a projector that projects an image on the screen, a concave mirror that generates a virtual image of the image by reflecting the image projected on the screen and allowing a user to visually recognize the image, the screen, and the screen An optical path length changing unit that changes an optical path length between the concave mirror and an optical path length changing unit that changes an optical path length between the screen and the concave mirror by the optical path length changing unit. Virtual image position changing means for changing a generation distance that is a distance to the virtual image, and the virtual image generation means is configured such that the lower end of the virtual image is positioned on the ground separated from the user by the generation distance. A position detection means for generating a virtual image and detecting the position of the user's eyes and a distance from the ground to the upper end of the virtual image are displaced. And a video correction unit that corrects the video projected on the screen so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image is based on the position of the user's eyes and the generation distance. It is characterized by that.
According to the virtual image display device having the above configuration, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is corrected so as to correspond to the length of the user's eye position and the distance from the user. The virtual image generated on the ground or the like can have an appropriate shape to be visually recognized according to the position of the user's eyes and the distance from the user. Therefore, it is possible to make the user visually recognize the virtual image superimposed on the background as if the virtual image actually exists in parallel with the ground on the ground in the direction of the user's line of sight. Moreover, there is no possibility of being visually recognized by a virtual image having an uncomfortable feeling facing upward as in the prior art.
また、第9の構成は以下のとおりである。
車両に搭載され、前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方に前記車両の乗員に視認させる前記虚像を生成し、前記虚像は、前記車両の走行予定経路に沿った走行を案内する画像であることを特徴とする。
上記構成を有する虚像表示装置によれば、特に車両の走行予定経路に沿った走行を案内する虚像を生成する場合において、進行方向前方の路面上において路面と平行に虚像が現実に存在するかのように背景に重畳させてユーザに視認させることが可能となる。従って、走行予定経路に沿った走行案内を虚像によって適切に行うことが可能となる。
The ninth configuration is as follows.
The virtual image generating means is mounted on a vehicle, and generates the virtual image that the vehicle occupant visually recognizes in front of the traveling direction of the vehicle, and the virtual image is an image that guides traveling along the planned traveling route of the vehicle. It is characterized by being.
According to the virtual image display device having the above-described configuration, in particular, when generating a virtual image that guides traveling along a planned travel route of a vehicle, whether or not a virtual image actually exists parallel to the road surface on the road surface in front of the traveling direction. As described above, it is possible to make the user visually recognize the image superimposed on the background. Therefore, it is possible to appropriately perform the travel guidance along the planned travel route using the virtual image.
1 ヘッドアップディスプレイ装置
2 車両
3 ダッシュボード
4 プロジェクタ
5 スクリーン
6 フロントウィンドウ
7 乗員
8 虚像
17 フロントカメラ
24 スクリーン前後駆動モータ
31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 フラッシュメモリ
51 視認可能範囲
DESCRIPTION OF
32 RAM
33 ROM
34
Claims (9)
映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
前記スクリーンに投射された前記映像をユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する虚像生成手段と、を有し、
前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから所定距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、
前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、
前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする虚像表示装置。 Screen,
A projector that projects an image on the screen;
Virtual image generating means for generating a virtual image of the video by allowing a user to visually recognize the video projected on the screen;
The virtual image generating means generates the virtual image so that a lower end of the virtual image is located on the ground separated from the user by a predetermined distance,
Position detecting means for detecting the position of the eyes of the user;
Displace the distance from the ground to the upper end of the virtual image to correct the image projected on the screen so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image is based on the position of the user's eyes A virtual image display device.
前記視認可能範囲は、上下方向に沿って複数のエリアに区分され、
前記映像変化手段は、前記ユーザの眼の位置が含まれるエリアに基づいて前記映像を補正することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の虚像表示装置。 A range acquisition means for acquiring a viewable range that is a range of a position of the eye of the user capable of visually recognizing the video projected on the screen;
The visible range is divided into a plurality of areas along the vertical direction,
The virtual image display device according to claim 1, wherein the image changing unit corrects the image based on an area including a position of the user's eyes.
前記映像変化手段は、
前記ユーザの眼の位置が前記基準エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが基準長さとなるように前記映像を補正し、
前記ユーザの眼の位置が前記上方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも長くなるように前記映像を補正し、
前記ユーザの眼の位置が前記下方エリアに含まれる場合には、前記虚像の下端から上端までの長さが前記基準長さよりも短くなるように前記映像を補正することを特徴とする請求項3に記載の虚像表示装置。 The visible range is divided into a reference area, an upper area above the reference area, and a lower area below the reference area,
The image changing means includes
When the position of the user's eyes is included in the reference area, the video is corrected so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes the reference length,
When the position of the user's eyes is included in the upper area, the video is corrected so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image is longer than the reference length,
The video is corrected so that a length from a lower end to an upper end of the virtual image is shorter than the reference length when the position of the user's eyes is included in the lower area. The virtual image display device described in 1.
映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、
前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、
前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、
前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、
前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記生成距離に基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段を有することを特徴とする虚像表示装置。 Screen,
A projector that projects an image on the screen;
Virtual image generation means including a concave mirror that generates a virtual image of the image by reflecting the image projected on the screen and allowing the user to visually recognize the image;
An optical path length changing means for changing an optical path length between the screen and the concave mirror;
A virtual image position changing unit that changes a generation distance that is a distance from the user to the virtual image generated by the virtual image generating unit by changing an optical path length between the screen and the concave mirror by the optical path length changing unit. And having
The virtual image generating means generates the virtual image so that a lower end of the virtual image is located on the ground separated from the user by the generation distance,
Image correction for correcting the image projected on the screen so that the length from the lower end to the upper end of the virtual image becomes a length based on the generation distance by displacing the distance from the ground to the upper end of the virtual image A virtual image display device comprising means.
映像を前記スクリーンに投射するプロジェクタと、
前記スクリーンに投射された前記映像を反射させてユーザに視認させることによって前記映像の虚像を生成する凹面鏡を含む虚像生成手段と、
前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更する光路長変更手段と、
前記光路長変更手段によって前記スクリーンと前記凹面鏡との間の光路長を変更することにより、前記ユーザから前記虚像生成手段により生成される前記虚像までの距離である生成距離を変更する虚像位置変更手段と、を有し、
前記虚像生成手段は、前記虚像の下端が前記ユーザから前記生成距離だけ離れた地面上に位置するように前記虚像を生成し、
前記ユーザの眼の位置を検出する位置検出手段と、
前記地面から前記虚像の上端までの距離を変位させることによって、前記虚像の下端から上端までの長さが前記ユーザの眼の位置と前記生成距離とに基づいた長さとなるように前記スクリーンに投射する前記映像を補正する映像補正手段と、を有することを特徴とする虚像表示装置。 Screen,
A projector that projects an image on the screen;
Virtual image generation means including a concave mirror that generates a virtual image of the image by reflecting the image projected on the screen and allowing the user to visually recognize the image;
An optical path length changing means for changing an optical path length between the screen and the concave mirror;
A virtual image position changing unit that changes a generation distance that is a distance from the user to the virtual image generated by the virtual image generating unit by changing an optical path length between the screen and the concave mirror by the optical path length changing unit. And having
The virtual image generating means generates the virtual image so that a lower end of the virtual image is located on the ground separated from the user by the generation distance,
Position detecting means for detecting the position of the eyes of the user;
By projecting the distance from the ground to the upper end of the virtual image, the length from the lower end to the upper end of the virtual image is projected on the screen so that the length is based on the position of the user's eyes and the generation distance. A virtual image display device comprising: video correction means for correcting the video.
前記虚像生成手段は、前記車両の進行方向前方に前記車両の乗員に視認させる前記虚像を生成し、
前記虚像は、前記車両の走行予定経路に沿った走行を案内する画像であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の虚像表示装置。 Mounted on the vehicle,
The virtual image generating means generates the virtual image that is visually recognized by an occupant of the vehicle in the forward direction of the vehicle,
The virtual image display device according to claim 1, wherein the virtual image is an image that guides traveling along the planned traveling route of the vehicle.
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