JP2021189418A - 自動車用空中結像装置及び車載ヒューマンマシンインタフェース支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】自動車用空中結像装置及び車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムを提供する。【解決手段】自動車内に実装され、表示画面を生成するための画像源１と、画像源１により生成された画面を拡大して自動車内の空中に実像５を形成させる結像拡大鏡３と、を備え、さらに実像５付近にジェスチャー認識装置１０が設けられている。【選択図】図２０

Description

本発明は、自動車用空中結像（エアイメージング）装置及び車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムに関する。

空中結像機構は多くの分野で幅広く適用されており、例えば、自動車内において、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ:head-up display）のような空中結像装置によって自動車のいくつかの状態が運転者の視線の先に表示される。ところが、このような装置により表示された画像が虚像であり、ユーザから遠く離れているように感じられ、タッチ操作の実施ができない。

ところで、科学技術の進歩に伴い、虚像を形成する空中結像機構は、二面コーナーリフレクター又は長尺状リフレクターを利用して実像を形成するように変更され、これによって、ヒューマンマシンインタフェースが実現されている。通常、画像源により画面が表示され、画面が結像装置を経て形成する像が画像であり、画像にアイコンが含まれている。しかし、二面コーナーリフレクターと長尺状リフレクターは、何れも光の反射の原理を利用するものであるため、形成された実像が画像源で表示された画面と同じサイズとなる。しかも、現在の自動車の内部空間の利用率が非常に高く、比較的大きい空間を設けて空中結像装置を置くことが難しいことから、最後の結像も小さくなる。さらに、ジェスチャー認識装置は、精度も足りないため、ユーザによる使用時によく認識ミスが発生し、又はユーザのジェスチャーが認識できなくなる。例えば、実行すべきアイコンをタッチする際に、アイコンが小さすぎて又はユーザの指が比較的太いことによって、隣り合うアイコンが同時にタッチされる場合、ジェスチャー認識装置は、ユーザが一体どの命令アイコンをタッチしたかを判断できなくなる。もう一つの例としては、ユーザがページをめくるようにスライドするジェスチャーを行う場合、画像が比較的小さいことから、ユーザの指のスライド距離も比較的小さく、ジェスチャー認識装置によってユーザの手がスライドしていることを認識できない可能性があり、ユーザ体験が大きく劣化する。

本発明は、自動車用空中結像装置及び車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムを提供することを目的とし、現在の車載インタラクティブシステムにおけるジェスチャー認識率が低い問題を効果的に解決できる。

上記技術的課題を解決するため、本発明は、以下の技術案によって実現される。つまり、自動車内に実装される自動車用空中結像装置であって、表示画面を生成するための画像源と、画像源により生成された画面を拡大して自動車内の空中に実像を形成させる結像拡大鏡と、を備える。

好ましくは、結像拡大鏡はフレネルレンズ、バイナリ回折レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ又は平板マイクロレンズのうちの一つである。これによって、結像品質が比較的高い単体の結像拡大鏡が得られる。

好ましくは、結像拡大鏡は、平行に設置されているフレネルレンズを少なくとも二枚含むフレネルレンズ群であり、各前記フレネルレンズは、基板と基板上に平行に並べられているストレート歯とを含み、隣り合うフレネルレンズのストレート歯が平行ではない。フレネルレンズ群を採用することによって、従来長尺リフレクター又は二面コーナーリフレクターを採用して反射によって結像させる原理の代わりに、フレネルレンズ群の屈折原理を利用して拡大された実像を空気中で形成する。これによって、画像源が比較的小さい場合に画像源よりはるかに大きい像が得られ、伝統的な空中結像システムと比べて装置全体の重量が効果的に軽減できるだけでなく、生産コストが効果的に低減できる。通常環状歯を有し、平行に重ねて設置されるフレネルレンズによって、単に一定の倍率で拡大を行うことに対して、本自動車用空中結像装置のフレネルレンズ群においては、ストレート歯の構造が採用され、隣り合うフレネルレンズのストレート歯が平行ではないため、第一のフレネルレンズを通過する光が第二のフレネルレンズを介して修正される。これによって、収差が効果的に低減でき、より鮮明な画像が得られるとともに、歪みの補正に有利となり、画像周辺も鮮明度が比較的高いことが保証される。

好ましくは、隣り合うフレネルレンズのストレート歯が互いに垂直である。垂直状態の画像の場合、画像を傾斜させて回転させる必要がないため、最も好適である。

好ましくは、前記ストレート歯の基板から離れる先端には稜線が設けられており、かつ稜線が前記基板に平行な直線である。これによれば、光の屈折及び集束に有利となり、より良い画像修正効果を達成し、より鮮明な画像が形成される。

好ましくは、前記ストレート歯は三角柱であり、一つの側面が基板上に密着する。三角柱型のストレート歯を制造しやすくて、比較的よい収差除去效果を有するとともに、歩留まり率がより高くなる。

好ましくは、各前記ストレート歯の断面は順に首尾連結する底辺と二本の斜辺とを含み、前記底辺は基板上に密着し、前記斜辺は一本が弧線であり、もう一本が弧線又は直線である。直線より弧線のほうが、収差除去效果がよく、最も好適には、二本の斜辺がともに弧線である。

好ましくは、隣り合う二枚の前記フレネルレンズは、対向するように設置され、または、同じ向きに設置され、または、逆向きに設置されている。対向設置によって最も良い光学性能が得られ、逆向きの設置によって二枚のフレネルレンズの間の相対位置がうまく固定でき、同じ向きの設置によっても比較的良い光学效果が得られる。また、フレネルレンズを同じ向きに設置することは、複数のフレネルレンズの重ね合わせに有利である。

好ましくは、二枚の前記フレネルレンズは密着し、又は二枚の前記フレネルレンズの間に隙間が開けられている。フレネルレンズの密着によって、フレネルレンズ群の厚さが抑えられ、装置全体をより薄型化できる。

好ましくは、結像拡大鏡はマトリクス状に配列された複数のレンズを含むレンズアレイである。単体のフレネルレンズを結像ユニットとする場合と比べて、レンズアレイは、マトリクス状に配列された複数のレンズにより構成されるため、形成された実像をより繊細にできると共に、収差を効果的に低減でき、より鮮明な画像が得られる。

好ましくは、前記レンズは、マイクロレンズ又はフレネルレンズである。マイクロレンズの使用によって、レンズアレイにより多いレンズユニットが備えられ、画面の繊細さが高められる。フレネルレンズに関しては、安価で製造しやすく、レンズアレイ全体をより軽薄化できる。

好ましくは、結像拡大鏡は、フレネル反射鏡、バイナリ回折反射鏡、球面反射鏡、非球面反射鏡又は自由曲面反射鏡のうちの一つである。反射・拡大の原理を利用して、画像源と結像拡大鏡との間の位置をより柔軟に配置できる。

好ましくは、前記画像源と結像拡大鏡との間の光路上に、第一反射鏡が更に設けられている。画像源と結像拡大鏡との間の位置関係を変えることによって、車内の狭い空間でこれらを配置しやすくなる。

好ましくは、前記結像拡大鏡と実像との間の光路上に、第二反射鏡が更に設けられている。これによって、実像と結像拡大鏡との間の位置を調整しやすくなる。

好ましくは、前記第二反射鏡は、自動車のフロントガラスである。フロントガラスを十分利用して反射を行うことによって、光反射ユニットを別途に設置する必要がなくなる。また、車内における現有の機器を十分利用して結像の位置を変更することによって、装置の構造の簡易化及びコストダウンに有利となる。

好ましくは、自動車のフロントガラスの、結像拡大鏡に対応する部分は、楔状構造のガラスである。楔状構造のガラスによって、フロントガラスで生じる可能性のある多重像問題が抑制される。

好ましくは、前記画像源は、一つ又は複数の発光源である。表示すべき画像の精度に応じて、適切な画像源が選択される。

好ましくは、前記画像源が複数の発光源である場合、当該発光源はマトリックス状に配列される。これによって、異なる発光源で表示される内容がより容易に編集される。

好ましくは、前記発光源は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＬＯＣＳ又はプロジェクターのうちの一つである。これによって、画像源のコスト及びハードルが下げられ、適応性がより広くなる。

好ましくは、前記プロジェクターは、ＤＬＰプロジェクター又はレーザＭＥＭＳモジュールであり、前記プロジェクターと結像拡大鏡との間に拡散シートが更に設けられている。拡散シートを加えることによって、画像源の発散角度が広げられ、肉眼で実像を観察する角度が拡大される。

好ましくは、前記拡散シートの光透過率は７０％±１０％である。光透過率が高すぎると、観察者はプロジェクターの明るい入射点が見えてしまい、光透過率が低すぎると、画像がぼやけてしまい、輝度不足になる。

好ましくは、前記結像拡大鏡のサイズは、形成される実像のサイズより大きい。これによって、ユーザは、完全な像が見える。

車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムであって、上記自動車用空中結像装置を採用し、前記実像付近にジェスチャー認識装置が更に設けられている。

好ましくは、ユーザの音声を採取して実像で内容表示する音声認識装置を更に含む。音声認識装置によってユーザの音声指令を認識して実像で内容表示を実現し、ユーザ体験を向上させる。

好ましくは、前記画像源は、車両のダッシュボード内に実装され、前記結像拡大鏡は、ダッシュボードの内部に実装され、前記ジェスチャー認識装置は、実像付近のダッシュボード内又は車両のキャブ内の天井に実装されている。このような配置によって、予想外の損傷から画像源を保護できるとともに、結像拡大鏡の位置が隠されず、ジェスチャー認識装置も邪魔なくユーザの指令を認識できて、ユーザにとって操作しやすいものとなる。

従来技術と比べて、本発明は以下のような利点を有する。つまり、結像拡大鏡を結像ユニットとし、当該結像拡大鏡を通過する画像を拡大された実像にさせることによって、比較的小さい画像源で比較的大きい画像を形成することが実現され、つまり、従来の空中結像装置の体積を変えることなく、より大きい画像が得られる。そこで、本発明は、特に車内の利用可能空間が狭い自動車の内部に適用する。また、より大きい像が形成できることから、表示される内容もより豊富になる。より大きい画像は、ユーザによりはっきりと視認できるし、画像に注意内容が現れる場合、当該内容がユーザに気付かれやすくなる。また、車内のほかの乗員も注意内容が確認できるため、運転者の注意を喚起する。

画像が大きくなると、画像におけるアイコンも大きくなるため、ジェスチャー認識装置と協働すれば、どの命令アイコンがユーザのジャスチャーによってタッチされるかを容易に認識できる。また、ユーザがジャスチャーでスライド操作を行う際に、スライド距離も合わせて大きくなるため、ジェスチャー認識装置の精度が高く求められずに、ジェスチャー認識装置によってユーザの操作をより正確に認識でき、ユーザの体験が向上される。

本発明の自動車用空中結像装置の実施例一の構成模式図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一の結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例二の構成模式図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例二の結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一における隣り合うフレネルレンズの第一種の組み合わせ態様の図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一における隣り合うフレネルレンズの第二種の組み合わせ態様の図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一における隣り合うフレネルレンズの第三種の組み合わせ態様の図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一におけるフレネルレンズのストレート歯の第一態様の図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一におけるフレネルレンズのストレート歯の第二態様の図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一におけるフレネルレンズのストレート歯の第三態様の図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例一における単体のフレネルレンズの構成模式図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例三の結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例三におけるマイクロレンズで構成されたレンズアレイの構成模式図である。 本発明の自動車用空中結像装置実施例三におけるフレネルレンズで構成されたレンズアレイの構成模式図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例四におけるＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はＬＯＣＳを利用する結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例四におけるプロジェクターを発光源とする際の結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例五におけるＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はＬＯＣＳを利用する結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例五におけるプロジェクターを発光源とする際の結像原理図である。 本発明の自動車用空中結像装置の実施例五の結像原理図である。 本発明の車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムの結像原理図である。 本発明の車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムにおける反射型結像拡大鏡を利用する結像原理図である。

以下、本発明の実施例を詳しく説明する。前記実施例の例示は、図面に示される。以下に図面を参照しながら記載される実施例は例示的なものであり、本発明を解釈することを意図するものであり、本発明に対する限定だと理解されるべきではない。

本発明の記載において、用語「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「お」、「水平」、「天井」、「底」、「内」、「外」などにより示される方位又は位置関係は、図面に示された方位又は位置関係に基づくものだと理解されるべきである。これらの用語は、本発明を描いて記載を簡単にするためのものであり、記載される装置又は要素が必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構成や操作されたりすることを示すものではない。よって、これらの用語が本発明を限定するものだと理解されるべきではない。

また、用語「第一」、「第二」は、目的を述べるためにしか使用されず、相対的な重要性を明示又は暗示し、或いは示される技術的特徴の数を暗黙的に開示するものだと理解されるべきではない。よって、「第一」、「第二」により限定された特徴は、当該特徴の少なくとも一つを明示的に又は暗黙的に含むことが可能である。本発明に関する記載においては、ほかに明確で具体的な限定がない限り、「複数」は例えば二つ、三つなど少なくとも二つであることを意味する。

本発明において、ほかに明確な規定や限定がない限り、「実装」、「繋がる」、「接続」、「固定」等のような用語は、広義に理解されるべきであり、例えば、ほかに明確な限定がない限り、固定して接続してもよく、着脱可能に接続してもよく、一体にしてもよく、机械的な接続であってもよく、電気的な接続や互いに通信可能であってもよく、また、直接つながってもよく、中間媒体を介して間接的につながってもよく、二つの要素内部の連通又は二つの要素の相互作用関係であってもよい。本技術分野の当業者にとって、具体的な状況によって本発明における上記用語の具体的な意味を理解できる。

実施例一
図１と図２は本発明の自動車用空中結像装置の実施例一に関する。自動車内に実装される自動車用空中結像装置であって、表示画面を生成するための画像源１と、画像源１により生成された画面を拡大して自動車内の空中に実像５を形成させる結像拡大鏡３とを備える。

結像拡大鏡３を結像ユニットとし、結像拡大鏡３を通過する画像を拡大された実像５にさせることによって、比較的小さい画像源１で比較的大きい画像を形成することが実現され、つまり、従来の空中結像装置の体積を変えることなく、より大きい画像が得られる。そこで、本発明は、自動車内で使用される際に、限られる空間を利用してできるだけ大きい画像が得られるため、より鮮明な画像が提供でき、画像上により多い内容も表示でき、より多いサービスが提供できる。一般的には、フレネルレンズ群のサイズが形成される実像５のサイズより大きいことが好ましく、これによって、ユーザは、完全な像が見えるようになる。

通常、拡大された実像５を形成するために、画像源１の結像拡大鏡３からの距離が結像拡大鏡３の焦点距離の一倍から二倍までの間である。本実施例における結像拡大鏡は平行に設置されているフレネルレンズを少なくとも二枚含むフレネルレンズ群であり、各前記フレネルレンズは、基板８と基板８上に平行に並べられているストレート歯９とを含み、隣り合うフレネルレンズのストレート歯９が平行ではない。平行に設置される二枚のフレネルレンズとは、図１１に示すように、二枚のフレネルレンズの基板８が互いに平行であり、且つ各基板８上のストレート歯９も互いに平行であり、即ちすべてのストレート歯９の長さ方向が平行に設置されている。所謂ストレート歯９とは、図１０に示すように、両端面の形状が全く同じであり、各稜線９３が互いに平行である。

光が画像源１から射出され、フレネルレンズ群を通過して屈折してから空気中で拡大された実像５が形成される。フレネルレンズ群を採用することによって、従来長尺リフレクター又は二面コーナーリフレクターを採用して反射によって結像させる原理の代わりに、フレネルレンズ群の屈折原理を利用して空気中で拡大された実像５を形成する。これによって、画像源１が比較的小さい場合に画像源１よりはるかに大きい像が得られ、伝統的な空中結像システムと比べて装置全体の重量が効果的に軽減できるだけでなく、生産コストが効果的に低減できる。

本自動車用空中結像装置におけるフレネルレンズ群においては、ストレート歯９の構造が採用され、隣り合うフレネルレンズのストレート歯９が平行ではない。そこで、通常環状歯を有し、平行に重ねて設置されるフレネルレンズと比べて、収差が効果的に低減でき、より鮮明な画像が得られるとともに、歪みの補正に有利となり、画像周辺も鮮明度が比較的高いことが保証される。

上記自動車用空中結像装置における画像源１は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ又はＬＣＯＳのうちの一つが採用される発光源３２である。これらの画像源１は、比較的成熟した表示技術を有し、入手しやすく、コストもコントロールしやすいため、画像源１が大きくない場合に適用する。

図５に示すように、フレネルレンズ群は、二枚のフレネルレンズを含み、当該二枚のフレネルレンズは、好適には対向するように設置され、即ち、二枚のフレネルレンズのストレート歯９同士が対向しており、二枚のフレネルレンズは好適には密着する。これによって、フレネルレンズ群全体の厚さが抑えられるとともに、より良い光学性能が得られる。むろん、二枚のフレネルレンズの間に隙間を置いて、光透過性能のよい接着剤を隙間に充填して固定してもよい。フレネルレンズ群は、二枚以上のフレネルレンズを含んでもよく、所要のフレネルレンズの数が結像時の必要に応じて決められ、隣り合う二枚のフレネルレンズは、同じ向きと逆向きとを組み合わせて設置されてもよい。

隣り合うフレネルレンズのストレート歯９は、好適には互いに垂直であり、互いに接触るような垂直でもよく、基板８に平行な平面上における投影が互いに垂直状態であるように、空間的に垂直状態をなしてもよい。例えば、一枚のフレネルレンズのすべてのストレート歯９は横方向に沿って設置され、隣り合うもう一枚のフレネルレンズ上のストレート歯９は全部縦方向に沿って設置され、これによって、拡大された実像５を取得すると同時により良い結像品質を得るように調整や制御しやすくなる。もちろん、二枚のフレネルレンズのストレート歯９同士で鋭角をなしてもよく、当該鋭角は、二枚のフレネルレンズ上の歯のフレネルレンズに平行な面における投影が成した角であり、これで得られた画像が傾斜して回転するため、特別なシーンにおけるニーズに応えられる。

図１１に示すように、各フレネルレンズのサイズとパラメータが同じなほうが好適であり、これによって関連するパラメータを容易に調整して算出しやすくなる。ただし、必要に応じてサイズとパラメータとが異なるフレネルレンズを選択して組み合わせてもよい。ところで、フレネルレンズの大体の構造が同じであり、即ち各フレネルレンズは基板８と基板８上に設置されるストレート歯９を含むが、本態様で採用されたフレネルレンズと通常のフレネルレンズとは、以下の点で異なる。つまり、通常のフレネルレンズは、基板８上に同円心の環状歯がいくつか設置されるが、本態様では、ストレート歯９が採用され、且つストレート歯９は平行に並べられ、環状歯ではなく長尺状の歯になる。ストレート歯９の基板８から離れる先端に稜線９３が設けられており、且つ稜線９３が基板８に平行な直線である。図８〜図１０に示すように、ストレート歯９は、断面形状が好ましくは三角形或いは三角形に類似するような形を有する三角柱であり、断面の三角形は好ましくは直角三角形である。所謂三角形に類似する形は、首尾連結する底辺９１と二本の斜辺９２からなり、底辺９１は基板８にくっつけて又は重ねるが、二本の斜辺９２は弧形であってもよく、一本の斜辺９２は弧形であってもう一本の斜辺９２は直線であってもよい。ただし、二本の斜辺９２がともに弧形である場合、これらの交差部はスムーズに遷移せずに、交差状態で稜線９３を形成する。これによって、より良い光学性能が得られる。

同一基板８上におけるストレート歯９の高さは、フレネルレンズの要求に準じて、中心から両側へ次第に低くなり、つまり、中間にあるストレート歯９の高さが最も高く、両側のストレート歯９の高さが次第に低くなり、且つストレート歯９の斜辺９２と基板８が成す角度が異なってもよい。これらのパラメータは実際の結像效果に応じて適宜調整される。基板８は、矩形又は円形であっても、ほかの形状であってもよく、実際のレイアウトと表示の必要性に応じて定められる。ストレート歯９の稜と基板８の辺とが平行であってもなくてもよく、基板８とストレート歯９はガラス又はプラスチック等の材料によって一体に制造される。

自動車用空中結像装置全体については、合理的にレイアウトして空間の利用率を高めるために、画像源１と結像拡大鏡３との間に第一反射鏡２を増設してもよく、フレネルレンズ群と実像５との間の光路上に第二反射鏡４を増設してもよい。第二反射鏡４としては、自動車のフロントガラスを採用してもよく、一枚の反射鏡を単独に設置してもよい。自動車フロントガラスを第二反射鏡として採用する場合、多重像を消去するために、好ましくは、自動車フロントガラスの反射鏡としての部分は、楔状構造に設置され、第一反射鏡及び／又は第二反射鏡によって光の方向が調整される。

図２に示すように、画像源１は鉛直に設置され、フレネルレンズ群は水平に設置されており、第一反射鏡２と第二反射鏡４は、ともに水平面と４５度の角をなす。画像源１から発された光は、第一反射鏡２による反射を経由して、フレネルレンズ群に垂直に入射し、フレネルレンズ群による屈折を経て、光は第二反射鏡４上に照射し、第二反射鏡４による反射によって空気中で実像５を形成させる。これによって、ユーザは、空気中に浮いている像が見えるようになる。当該実像５のサイズは、画像源１により生成される画面のサイズより大きいため、拡大された実像５が得られたと理解してもよい。

図６と図７に示すように、二枚のフレネルレンズは、同じ向き或いは逆向きに設置される。同じ向きの設置は、複数枚のフレネルレンズの平行配列に有利であり、製造時にフレネルレンズの実装を容易にできるため、フレネスレンズを同じ方向に並べればよい。逆向きの設置の場合は、二枚のフレネルレンズの基板８同士を付け合わせる。これによって、二枚のフレネルレンズの位置決めがより容易に実現され、取り付けの精度も一層高められる。

実施例二
図３と図４に示すように、実施例二は、画像源１が例えばＤＬＰプロジェクター６又はレーザＭＥＭＳモジュールのようなプロジェクター６である点で、実施例一と区別される。この場合、画像源１の発光特性が変わったため、プロジェクター６とフレネルレンズ群との間に拡散シート７が増設され、画像源１の発散角度を広げることによって、肉眼で実像５を観察する角度が拡大される。一般的には、拡散シート７の光透過率は７０％±１０％であり、８０％を超える光透過率の場合、観察者はプロジェクター６の明るい入射点が見えてしまい、６０％未満的光透過率の場合、画像がぼやけてしまい、輝度不足になり、ユーザの使用に影響を与える。

実施例三
図１２、図１３、図１４に示すように、実施例三は、結像拡大鏡３がレンズアレイである点で、実施例一及び実施例二と区別される。前記レンズアレイは、マトリクス状に配列された複数のレンズを含む。

レンズアレイによって拡大された実像５を実現するために、通常、凸レンズの原理を利用し、画像源１とレンズアレイとの間の距離をレンズアレイの焦点距離の一倍から二倍までの間にする。複数のレンズとは、複数の単独したレンズの組み合わせだと理解されてもよく、より良い結像效果を得るために、各レンズを正方形にし、これによって、隣り合うレンズ間のシームレス接合が実現される。所謂アレイ配置とは、基本的には行と列で分布する形を指し、通常、行の数が二行以上であり、列の数も二列以上である。

図１３、図１４に示すように、レンズは、マイクロレンズ又はフレネルレンズであり、製品のデザインコストに応じて、所要のレンズの種類が自由に選択される。当然、レンズは、ガラス凸レンズであってもよく、各レンズユニットは加工時に直接一枚の基板８上に一体に製造されてもよい。これによって、レンズ間の隙間の結像品質に対する影響が低減される。各レンズのパラメータは、全く同じであってもよく、表示画像の特性に合わせて異なる位置におけるレンズのパラメータを調整してもよい。

実施例四
図１５、図１６に示すように、実施例四は、結像拡大鏡３がフレネルレンズ、バイナリ回折レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ或平板マイクロレンズのうちの一つである点で、実施例一及び実施例二と区別される。結像拡大鏡３は、前記単体のレンズであってもよく、前記レンズの重ね合わせによって形成されるレンズ群であってもよい。前記レンズは、実施例一と実施例三で採用された結像拡大鏡３より構造が簡単となり、結像效果に対する要求が高くない場合に適用し、生産コストの低減に有利である。

実施例五
図１７、図１８に示すように、実施例五は、結像拡大鏡３がフレネル反射鏡、バイナリ回折反射鏡、球面反射鏡、非球面反射鏡又は自由曲面反射鏡のうちの一つであることで、実施例一と実施例二と区別する。実施例一〜四におけるレンズと比べて、反射鏡の場合は、画像源１と結像拡大鏡に反射された像が反射鏡の同側に位置することが可能なため、異なる位置関係の複数の可能性が増やされ、車内の状況によって位置関係を選択し易くなる。

実施例六
実施例六は、画像源１が一つの発光源３２に限らず、複数の発光源３２をアレイ配置することによって形成される点で、実施例一〜五と区別される。これによって、使用中に、表示しようとする画面に応じて異なる発光源３２で表示される画面を調整可能であり、よりよい表示効果が得られる。複数の発光源３２と実施例三におけるレンズアレイとを協働させる場合、図１９に示すように、複数の発光源３２（例えば複数のＬＣＤディスプレイからなる表示群）はアレイ状に配列されてもよく、発光源３２の数は、レンズアレイにおけるレンズの数と同じであってもなくてもよい。

実施例七
図２０、図２１に示すように、車載ヒューマンマシンインタフェース支援システムは、実施例一乃至六のいずれかの自動車用空中結像装置を採用し、形成される実像５付近にジェスチャー認識装置１０が設置され、当該ジェスチャー認識装置１０と実像との具体的な位置関係は、ジェスチャー認識装置の感度及び実装プラットフォームの構造に応じて定められる。ジェスチャー認識装置１０によって、ユーザが実行しようとする現在の画像における命令アイコンに対応する操作が判断され、画像が大きくなるため、命令を表示するアイコンも大きくなり、よって、ジェスチャー認識装置１０は、ユーザのジェスチャーによって具体的にタッチされる命令アイコンを容易に認識できる。しかも、ユーザがジェスチャーでスライド操作を行う際に、スライド距離も合わせて大きくなるため、ジェスチャー認識装置の精度が高く求められずに、ジェスチャー認識装置１０によってユーザの操作をより正確に認識でき、ユーザの体験が向上される。

更に、音声識別装置を設けてもよい。ユーザが自動車用空中結像装置により形成された実像５を見てから、音声で実行しようとする操作命令を指示できるため、命令指示方法が別途に増え、ユーザ体験を向上させる。

通常、画像源１は、保護されるように車両のダッシュボード内に実装されるが、結像拡大鏡３は、一般的には光を射出させる窓が開けられるダッシュボード内に実装され、当該窓には、結像拡大鏡を保護するためのガラス等の光透過素子が設置されてもよい。ジェスチャー認識装置１０は、ユーザの手部の操作指令を認識するために、通常、実像５付近のダッシュボード内に実装され、又は、実像５の上方におけるキャブ内の天井に実装される。

ジェスチャー認識装置の第一態様として、赤外線カメラが採用される。画像源から発された光が結像拡大鏡を通過してから、空気中で再度ピント合わせをして実像を得る。距離及び方位に対する調整により、赤外線カメラの検知可能なジェスチャー範囲を実像と重ね合わせて、当該赤外線カメラによりジェスチャーを認識し、ＥＣＵにより画像源の画像を例えば拡大、縮小、左右回転及び上下回転、選択、リターン等の動作を行わせるように制御する。

本発明の実施例において、赤外線カメラとして従来技術におけるｌｅａｐ ｍｏｔｉｏｎジェスチャー認識カメラを採用することができる。前記ＥＣＵは、車載のコントローラであり、従来技術において高解像度のビデオ出力インターフェースとＵＳＢポートを有する車載コンピュータでもよい。

むろん、赤外線カメラとして、操作者のジェスチャーを認識して信号をＥＣＵに送信するような、任意規格のジェスチャー認識カメラを選択してもよい。

Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎは、２０１３年２月２７日に、ＰＣ、Ｍａｃ及び車載コンピュータ向けモーションコントローラを製造するＬｅａｐ社によりリリースされたモーションコントローラである。Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎコントローラは、キーボード、マウス、スタイラスペン又はタッチパッドに代わるものではなく、逆にこれらと協働する。Ｌｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎソフトウェアを実行させる場合、Ｌｅａｐ ＭｏｔｉｏｎコントローラをＭａｃ又はＰＣに挿入し、或いはＬｅａｐ Ｍｏｔｉｏｎと互換性のある車載ＥＵＣに接続するだけで、すべてが準備完了となる。プログラムの変更や編集が必要ではなく、指の動きだけでウェブページの閲覧、文章の閲読、写真の閲覧、音楽の再生等コンピュータに対する日常的な操作が実現できる。

ジェスチャー認識装置の第二態様として、３Ｄ静電容量式ジェスチャー認識モジュールが採用される。画像源から発された光が結像拡大鏡を通過してから、空気中で再度ピント合わせをして実像を得る。距離及び方位に対する調整により、３Ｄ静電容量式ジェスチャー認識モジュールの検知可能なジェスチャー範囲を実像と重ね合わせて、当該３Ｄ静電容量式ジェスチャー認識モジュールによりジェスチャーを認識し、ＥＣＵにより画像源の画像を例えば拡大、縮小、左右回転及び上下回転、選択、リターン等の動作を行わせるように制御する。

本発明の実施例において、３Ｄ静電容量式ジェスチャー認識モジュールとしてｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社のｍｃｇ３１４０チップが採用される。前記ＥＣＵは車載のコントローラであり、従来技術において高解像度のビデオ出力インターフェースとＵＳＢポートを有する車載コンピュータでもよい。

ｍｃｇ３１４０チップは、ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社により自動車分野のために特別にデザインされたジェスチャー認識チップであり、ＡＥＣ Ｑ１００ Ｇｒａｄｅ １として認定された。そこで、ｍｃｇ３１４０チップは、ビフォーマーケットとアフターマーケットとで容易に使用され、また、検出距離が３０ｃｍ前後であるため、適切なデザインによってシステム要件を十分満たすことができる。

ジェスチャー認識装置の第三態様として、ミリ波レーダージェスチャー認識モジュールが採用される。画像源から発された光が結像拡大鏡を通過してから、空気中で再度ピント合わせをして実像を得る。距離及び方位に対する調整により、ミリ波レーダージェスチャー認識モジュールの検知可能なジェスチャー範囲を実像と重ね合わせて、当該ミリ波レーダージェスチャー認識モジュールによりジェスチャーを認識し、ＥＣＵにより画像源の画像を例えば拡大、縮小、左右回転及び上下回転、選択、リターン等の動作を行わせるように制御する。

本発明の実施例において、ミリ波レーダージェスチャー認識モジュールとしてＴＩ社のａｗｒ１６４２チップが採用される。前記ＥＣＵは車載のコントローラであり、従来技術において高解像度のビデオ出力インターフェースとＵＳＢポートを有する車載コンピュータでもよい。

ａｗｒ１６４２チップは、ＴＩ社により自動車分野のために特別にデザインされたジェスチャー認識チップであり、ＡＥＣ Ｑ１００として認定された。そこで、ａｗｒ１６４２チップは、ビフォーマーケットとアフターマーケットとで容易に使用され、また、環境光や悪天候の影響を受けにくいため、全天候で使用できる。

上記内容は、本発明の具体的な実施例に過ぎず、本発明の技術的特徴がこれらに限定されない。当業者により本発明の分野で実施された変更や修正も本発明の権利範囲内に含まれる。

１ 画像源
２ 第一反射鏡
３ 結像拡大鏡
４ 第二反射鏡
５ 実像
６ プロジェクター
７ 拡散シート
８ 基板
９ ストレート歯
１０ ジェスチャー認識装置
３２ 発光源
９１ 底辺
９２ 斜辺
９３ 稜線

Claims (25)

1. 自動車内に実装される自動車用空中結像装置であって、
   表示画面を生成するための画像源と、
   画像源により生成された画面を拡大して自動車内の空中に実像を形成させる結像拡大鏡と、
   を備えることを特徴とする自動車用空中結像装置。
2. 前記結像拡大鏡はフレネルレンズ、バイナリ回折レンズ、球面レンズ、非球面レンズ、自由曲面レンズ又は平板マイクロレンズのうちの一つであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用空中結像装置。
3. 結像拡大鏡は、平行に設置されているフレネルレンズを少なくとも二枚含むフレネルレンズ群であり、各前記フレネルレンズは、基板と基板上に平行に並べられているストレート歯とを含み、隣り合うフレネルレンズのストレート歯が平行ではないことを特徴とする請求項１に記載の自動車用空中結像装置。
4. 隣り合うフレネルレンズのストレート歯が互いに垂直であることを特徴とする請求項３に記載の自動車用空中結像装置。
5. 前記ストレート歯の基板から離れる先端には稜線が設けられており、かつ稜線が前記基板に平行な直線であることを特徴とする請求項３に記載の自動車用空中結像装置。
6. 前記ストレート歯は三角柱であり、一つの側面が基板上に密着することを特徴とする請求項５に記載の自動車用空中結像装置。
7. 各前記ストレート歯の断面は順に首尾連結する底辺と二本の斜辺とを含み、前記底辺は基板上に密着し、前記斜辺は一本が弧線であり、もう一本が弧線又は直線であることを特徴とする請求項５に記載の自動車用空中結像装置。
8. 隣り合う二枚の前記フレネルレンズは、対向するように設置され、または、同じ向きに設置され、または、逆向きに設置されていることを特徴とする請求項３に記載の自動車用空中結像装置。
9. 二枚の前記フレネルレンズは密着し、又は二枚の前記フレネルレンズの間に隙間が開けられていることを特徴とする請求項３に記載の自動車用空中結像装置。
10. 結像拡大鏡はマトリクス状に配列された複数のレンズを含むレンズアレイであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用空中結像装置。
11. 前記レンズは、マイクロレンズ又はフレネルレンズであることを特徴とする請求項１０に記載の自動車用空中結像装置。
12. 結像拡大鏡は、フレネル反射鏡、バイナリ回折反射鏡、球面反射鏡、非球面反射鏡又は自由曲面反射鏡のうちの一つであることを特徴とする請求項１に記載の自動車用空中結像装置。
13. 前記画像源と結像拡大鏡との間の光路上に、第一反射鏡が更に設けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自動車用空中結像装置。
14. 前記結像拡大鏡と実像との間の光路上に、第二反射鏡が更に設けられていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自動車用空中結像装置。
15. 前記第二反射鏡は、自動車のフロントガラスであることを特徴とする請求項１４に記載の自動車用空中結像装置。
16. 自動車のフロントガラスの、結像拡大鏡に対応する部分は、楔状構造のガラスであることを特徴とする請求項１５に記載の自動車用空中結像装置。
17. 前記画像源は、一つ又は複数の発光源であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自動車用空中結像装置。
18. 前記画像源が複数の発光源である場合、当該発光源はマトリックス状に配列されることを特徴とする請求項１７に記載の自動車用空中結像装置。
19. 前記発光源は、ＬＣＤ、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＬＯＣＳ又はプロジェクターのうちの一つであることを特徴とする請求項１７に記載の自動車用空中結像装置。
20. 前記プロジェクターは、ＤＬＰプロジェクター又はレーザＭＥＭＳモジュールであり、前記プロジェクターと結像拡大鏡との間に拡散シートが更に設けられていることを特徴とする請求項１９に記載の自動車用空中結像装置。
21. 前記拡散シートの光透過率は７０％±１０％であることを特徴とする請求項２０に記載の自動車用空中結像装置。
22. 前記結像拡大鏡のサイズは、形成される実像のサイズより大きいことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の自動車用空中結像装置。
23. 請求項１乃至２２のうちのいずれか一項に記載の自動車用空中結像装置を採用し、前記実像付近にジェスチャー認識装置が更に設けられていることを特徴とする車載ヒューマンマシンインタフェース支援システム。
24. ユーザの音声を採取して実像で内容を表示する音声認識装置を更に含むことを特徴とする請求項２３に記載の車載ヒューマンマシンインタフェース支援システム。
25. 前記画像源は、車両のダッシュボード内に実装され、前記結像拡大鏡は、ダッシュボードの内部に実装され、前記ジェスチャー認識装置は、実像付近のダッシュボード内又は車両のキャブ内の天井に実装されていることを特徴とする請求項２３に記載の車載ヒューマンマシンインタフェース支援システム。

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