WO2018092873A1 - Optical element driving method and optical device - Google Patents
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Definitions
- an optical apparatus reflecting one aspect of the present invention includes an optical system that forms a projection image and at least one movable optical element that forms the optical system in the optical axis direction. , A spring that acts on the movable optical element at least in a direction parallel to the driving direction of the movable optical element, and a drive control unit that operates the actuator while using the action of the spring.
- 5B is a front view of a movable lens and the like.
- 6A and 6B are plan views for explaining the operation of the movable lens by the driving device. It is a block diagram explaining the control system of the image display apparatus of FIG. 1A. It is a figure explaining the motion and drive method of a movable lens. It is a top view explaining the movable lens integrated in the image display apparatus of 2nd Embodiment, and its drive device.
- the drawing unit 10 includes a drawing device 12 including a display element 11, a projection optical system 13, a lens driving system 70, a circuit portion 19, and a housing 14.
- the driving-related information presented to the driver UN by the drawing unit 10 is not limited to information related to the operating state of the vehicle body 2 such as speed, but relates to a driving environment that assists the driver UN such as a vehicle and a pedestrian existing in front of the vehicle body 2. Contains information.
- the first projection optical unit 30 includes a plurality of lenses or lens groups that project the image of the display element 11.
- the first projection optical unit 30 is composed of four lenses.
- the lens driving system 70 including a mechanism for driving the movable lens unit 51 it is not necessary to make the lens driving system 70 including a mechanism for driving the movable lens unit 51 large, and the enlargement and complexity of the apparatus can be prevented. Further, if the movable lens portion 51 is made of a plastic lens, further weight reduction can be achieved.
- Display element horizontal size (unit: mm): 9.86 Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.2
- the magnification ⁇ 2L of the relay optical unit 50 when the display position of the virtual image is farthest is 1.5 times, and the F value at the long distance projection after the third group emission is about 3.42.
- the eye box size at that time is secured to about 127 to 116 mm in the horizontal direction of the screen.
- the difference is in the range, it can be considered that they are substantially coincident. Even if the driving frequency for reciprocating the lens holder 72 by the actuator 74 and the resonance frequency of the spring 75 do not exactly coincide with each other, the load when operating the actuator 74 can be reduced if both frequencies are close to each other.
- the vibration of the lens holder 72 caused by the spring 75 is not attenuated by the actuator 74.
- the actuator 74 drives the lens holder 72 or the movable lens unit 51. Is the main. In this case as well, if the drive frequency and the resonance frequency are close, the load when operating the actuator 74 can be reduced.
- FIG. 7 is a block diagram illustrating a control system of the image display device (optical device) 100 shown in FIG. 1A and the like.
- the image display apparatus 100 includes a main control unit 90 in addition to the drawing unit 10 described above.
- the drawing device 12 causes the display element 11 to perform display at times B1 to B3 adjusted based on the detection output of the position information acquisition unit 78 and the vicinity thereof.
- the display image (virtual image) IM can be formed at a front position corresponding to the position of the movable lens unit 51 while moving the movable lens unit 51 to a plurality of locations set in stages (see FIG. 3).
- Value is equal to or less than a predetermined value A (m / s) corresponding to the resonance frequency, that is, when
- the transmission of the driving force of the actuator 74 to the lens holder 72 is not limited to when the vibration of the lens holder 72 is weakened, but can be performed at a specific timing or phase during one vibration of the lens holder 72.
- the driving force of the actuator 74 is turned OFF, and the spring 75 acts in the opposite direction during the period until the spring 75 is further contracted from the neutral position to reach the most contracted state (see section TA2 in FIG. 8).
- the driving force of the actuator 74 is turned on so that the vibration is not attenuated.
- the driving speed by the actuator 74 is increased at a stroke to resonate the movable lens unit 51 or the like with a desired amplitude.
- the load is applied to the actuator 74 at the start, there is an advantage that the rise time until the steady state is reached can be shortened.
- the load of the actuator 74 and the amplitude of the movable lens unit 51 and the like are well balanced, and the amplitude and frequency at the time of start-up are controlled, so that the movement of the movable lens unit 51 is in a steady state within a desired time. Smooth start-up control in which the load on the actuator 74 is reduced can also be performed.
- optical element driving method according to the second embodiment and an optical apparatus using the optical element driving method will be described.
- the optical element driving method and the like of the second embodiment are modifications of the optical element driving method and the like of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
- the lens holder 72 is moved in the optical axis AX direction by the lens driving system 70.
- the movable lens unit 51 can also be moved directly in the optical axis AX direction by the lens driving system 70.
- the guide member 73 of the lens driving system 70 it is not necessary to use a shaft-like member, and various methods for smoothly guiding the movement of the lens holder 72 and the like can be used. Even when the guide shaft 73a is used, it is not necessary to use the two guide shafts 73a. If the behavior when displacing the movable lens unit 51 is stabilized, the guide shaft is omitted or one guide shaft is used. If the stability is not easy, three or more guide shafts can be used. Normally, by using two or more guide shafts to balance their arrangement, it is possible to reduce the tilt, vibration, and the like of the movable lens unit 51 during driving.
- the display screen 20 as a combiner is not limited to being installed separately from the front window 8, and can use the inner surface of the front window 8 or be embedded in the front window 8.
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Abstract
The present invention provides an optical element driving method that enables reduction of load on an actuator in a system including a lens to be driven. In this optical element driving method, a spring 75 is provided for moving at least one movable optical element constituting a projection optical system 13, etc., along an optical axis AX, the spring 75 acting, concomitantly with an actuator 74, on the movable optical element at least in a direction parallel to the moving direction of the movable optical element, and the actuator 74 is operated using the action of the spring 75. Here, the movable optical element represents, for example, a movable lens part 51.
Description
本発明は、光学系の可動光学素子を光軸方向に沿って移動させる光学素子駆動方法及び光学装置に関し、特に可動光学素子を高速で移動させる光学素子駆動方法及び光学装置に関するものである。
The present invention relates to an optical element driving method and an optical apparatus for moving a movable optical element of an optical system along an optical axis direction, and particularly to an optical element driving method and an optical apparatus for moving a movable optical element at high speed.
光学素子駆動方法として、電圧印加で伸張する電気機械変換素子を用いて弾性体を振動させる振動アクチュエーターによってレンズを駆動する方法が公知となっている(特許文献1)。特許文献1には、電気機械変換素子に印加する駆動電圧の周波数を弾性体の固有振動数に応じた共振周波数とすれば、効率よく振動を生じさせてそれを継続できる、という記述がある。しかしながら、特許文献1に開示されたような弾性体を振動させる構造では振幅を大きく取ることができない。また、駆動対象であるレンズを含めた系でのアクチュエーターの負荷低減については考慮がなされていない。
As an optical element driving method, a method of driving a lens by a vibration actuator that vibrates an elastic body using an electromechanical conversion element that expands by applying a voltage is known (Patent Document 1). Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228561 describes that if the frequency of the drive voltage applied to the electromechanical transducer is a resonance frequency corresponding to the natural frequency of the elastic body, the vibration can be generated efficiently and continued. However, the structure that vibrates the elastic body as disclosed in Patent Document 1 cannot have a large amplitude. In addition, no consideration is given to reducing the load on the actuator in the system including the lens to be driven.
また、別の光学素子駆動方法として、カメラの手ブレ補正駆動に超音波アクチュエーターを用いる方法が公知となっている(特許文献2)。特許文献2には、超音波アクチュエーターについて所定の共振状態で駆動するので効率よく振動する、という記述がある。しかしながら、特許文献2においても、駆動対象であるレンズを含めた系でのアクチュエーターの負荷低減については考慮されていない。
Further, as another optical element driving method, a method using an ultrasonic actuator for camera shake correction driving of a camera is known (Patent Document 2). Patent Document 2 describes that an ultrasonic actuator vibrates efficiently because it is driven in a predetermined resonance state. However, Patent Document 2 does not consider reduction of the actuator load in a system including a lens to be driven.
本発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであり、駆動対象であるレンズを含めた系でのアクチュエーターの負荷低減を可能にする光学素子駆動方法及び光学装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide an optical element driving method and an optical apparatus that can reduce the load on an actuator in a system including a lens to be driven. .
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光学素子駆動方法は、光学系を構成する少なくとも1つの可動光学素子を光軸方向に沿って移動させる光学素子駆動方法であって、アクチュエーターに付随して、少なくとも可動光学素子の移動方向に平行な方向に関して可動光学素子に作用するばねを設け、ばねの作用を用いながらアクチュエーターを動作させる。ここで、可動光学素子は、例えば可動レンズを意味する。
In order to achieve at least one of the above-described objects, an optical element driving method reflecting one aspect of the present invention is an optical element that moves at least one movable optical element constituting an optical system along the optical axis direction. In the driving method, a spring acting on the movable optical element in at least a direction parallel to the moving direction of the movable optical element is provided along with the actuator, and the actuator is operated using the action of the spring. Here, the movable optical element means, for example, a movable lens.
上述した目的のうち少なくとも一つを実現するために、本発明の一側面を反映した光学装置は、投影像を形成する光学系と、光学系を構成する少なくとも1つの可動光学素子を光軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、少なくとも可動光学素子の駆動方向に平行な方向に関して可動光学素子に作用するばねと、ばねの作用を用いながらアクチュエーターを動作させる駆動制御部とを備える。
In order to achieve at least one of the above objects, an optical apparatus reflecting one aspect of the present invention includes an optical system that forms a projection image and at least one movable optical element that forms the optical system in the optical axis direction. , A spring that acts on the movable optical element at least in a direction parallel to the driving direction of the movable optical element, and a drive control unit that operates the actuator while using the action of the spring.
〔第1実施形態〕
以下、本発明に係る第1実施形態の光学素子駆動方法及び当該方法を利用する光学装置について説明する。 [First Embodiment]
Hereinafter, an optical element driving method according to a first embodiment of the present invention and an optical device using the method will be described.
以下、本発明に係る第1実施形態の光学素子駆動方法及び当該方法を利用する光学装置について説明する。 [First Embodiment]
Hereinafter, an optical element driving method according to a first embodiment of the present invention and an optical device using the method will be described.
図1A及び1Bは、実施形態の光学素子駆動方法を実行する画像表示装置100を説明する概念的な側方断面図及び正面図である。この画像表示装置100は、例えばヘッドアップディスプレイ装置として車体2内に搭載される光学装置であり、描画ユニット10と表示スクリーン20とを備える。画像表示装置(光学装置)100は、描画ユニット10中の後述する表示素子11に表示されている画像情報を、表示スクリーン20を介してドライバーUN向けに虚像表示するものである。
1A and 1B are a conceptual side sectional view and a front view illustrating an image display apparatus 100 that executes an optical element driving method according to an embodiment. The image display device 100 is an optical device mounted in the vehicle body 2 as a head-up display device, for example, and includes a drawing unit 10 and a display screen 20. The image display device (optical device) 100 displays image information displayed on a display element 11 (described later) in the drawing unit 10 as a virtual image for the driver UN through the display screen 20.
画像表示装置100のうち描画ユニット10は、車体2のダッシュボード4内に埋め込むように設置されており、運転関連情報を含む画像に対応する表示光HKを表示スクリーン20に向けて射出する。表示スクリーン20は、半透過性を有する凹面鏡であり、コンバイナーとも呼ばれる。表示スクリーン20は、下端の支持によってダッシュボード4上に立設され、描画ユニット10からの表示光HKを車体2の後方に向けて反射する。この場合、表示スクリーン20は、フロントウィンドウ8とは別体で設置される独立型のものとなっている。表示スクリーン(コンバイナー)20で反射された表示光HKは、運転席6に座ったドライバーUNの瞳HT及びその周辺位置に対応するアイボックスSY(図4B参照)に導かれる。ドライバーUNは、表示スクリーン20で反射された表示光HK、つまり車体2の前方にある虚像としての表示像IMを観察することができる。一方、ドライバーUNは、表示スクリーン20を透過した外界光、つまり前方景色等の実物又は実像を観察することができる。結果的に、ドライバーUNは、表示スクリーン20の背後の外界像に重ねて、表示スクリーン20での表示光HKの反射によって形成される運転関連情報等を含む表示像(虚像)IMを観察することができる。
The drawing unit 10 of the image display device 100 is installed so as to be embedded in the dashboard 4 of the vehicle body 2 and emits display light HK corresponding to an image including driving-related information toward the display screen 20. The display screen 20 is a concave mirror having translucency, and is also called a combiner. The display screen 20 is erected on the dashboard 4 with the lower end supported, and reflects the display light HK from the drawing unit 10 toward the rear of the vehicle body 2. In this case, the display screen 20 is an independent type installed separately from the front window 8. The display light HK reflected by the display screen (combiner) 20 is guided to an eye box SY (see FIG. 4B) corresponding to the pupil HT of the driver UN sitting on the driver's seat 6 and its peripheral position. The driver UN can observe the display light HK reflected by the display screen 20, that is, the display image IM as a virtual image in front of the vehicle body 2. On the other hand, the driver UN can observe external light transmitted through the display screen 20, that is, a real object or a real image such as a front scene. As a result, the driver UN observes a display image (virtual image) IM including operation-related information and the like formed by reflection of the display light HK on the display screen 20 so as to overlap the external image behind the display screen 20. Can do.
図2及び図3に示すように、描画ユニット10は、表示素子11を備えた描画デバイス12と、投影光学系13と、レンズ駆動系70と、回路部分19と、ハウジング14とを備える。描画ユニット10によってドライバーUNに提示される運転関連情報は、速度のような車体2の動作状態に関する情報に限らず、車体2の前方に存在する車両、歩行者といったドライバーUNを補助する運転環境に関する情報を含む。
As shown in FIGS. 2 and 3, the drawing unit 10 includes a drawing device 12 including a display element 11, a projection optical system 13, a lens driving system 70, a circuit portion 19, and a housing 14. The driving-related information presented to the driver UN by the drawing unit 10 is not limited to information related to the operating state of the vehicle body 2 such as speed, but relates to a driving environment that assists the driver UN such as a vehicle and a pedestrian existing in front of the vehicle body 2. Contains information.
描画デバイス12は、詳細な説明を省略するが、表示素子11のほかに、表示素子11を照明するための光を射出するLED(light emitting diode)、レーザーその他の光源、かかる光源からの光を均一化等する照明光学系等を備える。表示素子11は、DMD(Digital Mirror Device)やLCOS(Liquid crystal on silicon)等の反射型の素子でも、液晶等の透過型の素子でもよい。特に、表示素子11にDMDを用いると、明るさを維持しつつ画像を高速で切り替えることができ、表示に有利である。
Although the detailed description of the drawing device 12 is omitted, in addition to the display element 11, an LED (light emitting diode) that emits light for illuminating the display element 11, a laser or other light source, and light from the light source An illumination optical system and the like for equalization are provided. The display element 11 may be a reflective element such as DMD (Digital Mirror Device) or LCOS (Liquid crystal on silicon), or a transmissive element such as liquid crystal. In particular, when a DMD is used for the display element 11, images can be switched at high speed while maintaining brightness, which is advantageous for display.
投影光学系13は、投影距離や投影変倍を変化させる可変型の光学系であり、表示素子11に形成された画像に対応する第1中間像を形成する第1投影光学部30と、第1中間像TI1に対応する像光を表示スクリーン20に入射させることによって虚像を表示する第2投影光学部40とを備える。投影光学系13は、光学系の光学性能を確保しつつ小型化を図る観点で、非球面を少なくとも1面以上有することが望ましい。
The projection optical system 13 is a variable optical system that changes the projection distance and the projection magnification, and includes a first projection optical unit 30 that forms a first intermediate image corresponding to an image formed on the display element 11, and a first projection optical unit 30. And a second projection optical unit 40 that displays a virtual image by causing image light corresponding to the first intermediate image TI1 to enter the display screen 20. The projection optical system 13 desirably has at least one aspheric surface from the viewpoint of miniaturization while ensuring the optical performance of the optical system.
投影光学系13において、第1投影光学部30と第2投影光学部40との間で、第1中間像TI1を形成する位置には、中間スクリーンmSCが配置されている。第1中間像TI1は光軸AX方向等に移動しないため、中間スクリーンmSCを移動させる必要がなく、後述する可動光学素子としての可動レンズ部51の作用のみで表示像(虚像)IMの奥行位置を変化させ、かつ視野角とアイボックスとの両方を大きくすることができる。中間スクリーンmSCは、配光角を所望の角度に制御した拡散板である。拡散板には、例えば摺りガラス、レンズ拡散板、マイクロレンズアレイ等が用いられる。中間スクリーンmSCとして拡散板を設けることにより、視野角とアイボックスサイズとを簡易に確保しつつ、光学系の光利用効率を比較的高くすることができる。
In the projection optical system 13, an intermediate screen mSC is disposed at a position where the first intermediate image TI1 is formed between the first projection optical unit 30 and the second projection optical unit 40. Since the first intermediate image TI1 does not move in the direction of the optical axis AX or the like, it is not necessary to move the intermediate screen mSC, and the depth position of the display image (virtual image) IM only by the action of the movable lens unit 51 as a movable optical element described later. And both the viewing angle and the eyebox can be increased. The intermediate screen mSC is a diffusion plate whose light distribution angle is controlled to a desired angle. For the diffusion plate, for example, ground glass, a lens diffusion plate, a microlens array, or the like is used. By providing a diffusion plate as the intermediate screen mSC, the light utilization efficiency of the optical system can be made relatively high while easily ensuring the viewing angle and the eyebox size.
図3に例示するように、第1投影光学部30は、表示素子11の画像を投影させる複数のレンズ又はレンズ群を有している。図示の例では、第1投影光学部30は、4枚のレンズで構成されている。
As illustrated in FIG. 3, the first projection optical unit 30 includes a plurality of lenses or lens groups that project the image of the display element 11. In the illustrated example, the first projection optical unit 30 is composed of four lenses.
第2投影光学部40は、第1中間像TI1をリレーするリレー光学部50と、リレー光学部50に対して表示スクリーン20側に配置される第3投影光学部60とを有している。第2投影光学部40は、リレー光学部50と第3投影光学部60との間で第2中間像TI2を形成する。第2投影光学部40を、リレー光学部50及び第3投影光学部60の2つの光学系で構成することで、全体の拡大倍率をリレー光学部50と第3投影光学部60とに振り分けることができる。これにより、リレー光学部50のF値を大きくしながら全系としての視野角及びアイボックスサイズを大きくでき、使いやすい仕様でありながらリレー光学部50の大型化を防ぎ、虚像表示時の像面性や非点隔差等の光学性能を確保することができる。
The second projection optical unit 40 includes a relay optical unit 50 that relays the first intermediate image TI1, and a third projection optical unit 60 that is disposed on the display screen 20 side with respect to the relay optical unit 50. The second projection optical unit 40 forms a second intermediate image TI2 between the relay optical unit 50 and the third projection optical unit 60. By configuring the second projection optical unit 40 with two optical systems of the relay optical unit 50 and the third projection optical unit 60, the entire magnification is distributed to the relay optical unit 50 and the third projection optical unit 60. Can do. As a result, the viewing angle and eye box size of the entire system can be increased while increasing the F value of the relay optical unit 50, and the enlargement of the relay optical unit 50 can be prevented while being easy to use. And optical performance such as astigmatism can be ensured.
リレー光学部50は、拡大投影系であり、複数のレンズ又はレンズ群を有する。図3に示す例では、リレー光学部50は、7枚のレンズで構成されている。リレー光学部50は、複数のレンズ又はレンズ群のうち表示スクリーン20側に可動光学素子として可動レンズ部51を有している。可動レンズ部(可動光学素子)51を後に詳述するレンズ駆動系70を利用して光軸AX方向に移動させることで、投影光学系13の焦点距離の変更又は変倍を行うことができる。可動レンズ部51は、3枚以下のレンズからなる。これにより、可動レンズ部51を構成するレンズ枚数を少なくできるので、可動レンズ部51の重量の低減によりアクチュエーター74の負荷がより軽減される。なお、可動レンズ部51は、望ましくは1枚または2枚のレンズ等で構成される。図示の例では、可動レンズ部51は2枚の可動レンズを有し、これら2枚の可動レンズを一体的に光軸AX方向に移動させることで、表示像IMの奥行方向の表示位置を変化させることができる。焦点距離変更又は変倍のための可動レンズ部51をリレー光学部50内に配置することにより、可動レンズ部51を小型にすることができ、可動機構等を簡素化することができる。また、可動レンズ部51を構成する可動レンズの枚数を少なくすることで、可動レンズ部51のレンズ重量を軽くすることができる。これにより、可動レンズ部51を駆動させるための機構を含むレンズ駆動系70を大掛かりなものにする必要がなくなり、装置の大型化や複雑化を防ぐことができる。また、可動レンズ部51をプラスチックレンズで構成すれば、さらなる軽量化を図ることができる。
The relay optical unit 50 is an enlargement projection system and has a plurality of lenses or lens groups. In the example illustrated in FIG. 3, the relay optical unit 50 includes seven lenses. The relay optical unit 50 includes a movable lens unit 51 as a movable optical element on the display screen 20 side among a plurality of lenses or lens groups. The focal length of the projection optical system 13 can be changed or changed by moving the movable lens unit (movable optical element) 51 in the direction of the optical axis AX using a lens driving system 70 described in detail later. The movable lens unit 51 includes three or less lenses. Thereby, since the number of lenses constituting the movable lens unit 51 can be reduced, the load on the actuator 74 is further reduced by reducing the weight of the movable lens unit 51. The movable lens unit 51 is preferably composed of one or two lenses. In the illustrated example, the movable lens unit 51 has two movable lenses, and the display position in the depth direction of the display image IM is changed by integrally moving these two movable lenses in the optical axis AX direction. Can be made. By disposing the movable lens unit 51 for changing or changing the focal length in the relay optical unit 50, the movable lens unit 51 can be reduced in size, and the movable mechanism and the like can be simplified. In addition, by reducing the number of movable lenses constituting the movable lens unit 51, the lens weight of the movable lens unit 51 can be reduced. Thereby, it is not necessary to make the lens driving system 70 including a mechanism for driving the movable lens unit 51 large, and the enlargement and complexity of the apparatus can be prevented. Further, if the movable lens portion 51 is made of a plastic lens, further weight reduction can be achieved.
投影光学系13は、可動レンズ部51による焦点距離の変更に伴い、表示像IMの奥行方向の表示位置又は表示距離を変化させている。既に説明したように、投影光学系13は、リレー光学部50と第3投影光学部60との間に第2中間像TI2を形成する構成となっており、可動レンズ部51で焦点距離変更又は変倍を行った際に、第2中間像TI2の位置が光軸AXに沿って移動する。これにより、表示像IMは、焦点距離変更又は変倍の度合に応じて、表示スクリーン20に近い位置(表示像IM1の位置)から中間の位置(表示像IM2の位置)を経て遠い位置(表示像IM3の位置)まで位置が変化して連続的又は断続的に表示される。例えば、最も遠い位置から最も近い位置までの表示距離を高速(例えば、1/30秒以内)に変動させて表示像IMを連続的に表示させれば、擬似的な3D虚像表示を行うことができる。
The projection optical system 13 changes the display position or display distance in the depth direction of the display image IM in accordance with the change of the focal length by the movable lens unit 51. As already described, the projection optical system 13 is configured to form the second intermediate image TI2 between the relay optical unit 50 and the third projection optical unit 60, and the focal length is changed or changed by the movable lens unit 51. When zooming is performed, the position of the second intermediate image TI2 moves along the optical axis AX. As a result, the display image IM moves from a position close to the display screen 20 (position of the display image IM1) to a position (display position of the display image IM2) far from the position close to the display screen 20 according to the degree of change in focal length or magnification. The position changes up to (the position of the image IM3) and is displayed continuously or intermittently. For example, if the display image IM is continuously displayed by changing the display distance from the farthest position to the nearest position at a high speed (for example, within 1/30 second), pseudo 3D virtual image display can be performed. it can.
第3投影光学部60は、複数のミラーを有している。図示の例では、第3投影光学部60は、2枚のミラーMR1,MR2で構成されている。第3投影光学部60を構成するミラーは、凸面、凹面、又は平面とでき、曲面の場合、球面に限らず、非球面、自由曲面等とすることができる。第3投影光学部60は、後述する表示スクリーン20と共働して、虚像の拡大投影系を構成する。
The third projection optical unit 60 has a plurality of mirrors. In the illustrated example, the third projection optical unit 60 includes two mirrors MR1 and MR2. The mirror constituting the third projection optical unit 60 can be a convex surface, a concave surface, or a flat surface. In the case of a curved surface, the mirror is not limited to a spherical surface, and can be an aspherical surface, a free curved surface, or the like. The third projection optical unit 60, in cooperation with the display screen 20 described later, constitutes a virtual image enlargement projection system.
図2に示すように、ハウジング14は、表示光HKを通過させる開口14aを有し、この開口14aには、フィルム状又は薄板状の光透過部材15を配置することができる。
As shown in FIG. 2, the housing 14 has an opening 14a through which the display light HK passes, and a film-like or thin plate-like light transmission member 15 can be disposed in the opening 14a.
表示スクリーン20は、板状の部材であり、観察者であるドライバーUNのいる観察側又は運転席6(図1A参照)側に設けた第1光学面21と、反観察側又はフロントウィンドウ8側に設けた第2光学面22とを有する。第1光学面21は、凹の曲面であり、非球面又は自由曲面となっている。第2光学面22は、凸の曲面(観察者側から見た場合には凹の曲面)であり、非球面又は自由曲面となっている。第1光学面21は、基材である本体層20a上に例えば5~30%の反射率を有するハーフミラーコート20bを形成することによって得たものであり、表示光HKを適度に反射しつつ外界光GKを所望の程度に透過させることができる。第2光学面22には、反射防止膜や保護コートが形成されている。
The display screen 20 is a plate-like member, and includes a first optical surface 21 provided on the observation side where the driver UN who is an observer or the driver's seat 6 (see FIG. 1A) side, the anti-observation side or the front window 8 side. And a second optical surface 22 provided on the surface. The first optical surface 21 is a concave curved surface and is an aspherical surface or a free curved surface. The second optical surface 22 is a convex curved surface (a concave curved surface when viewed from the observer side), and is an aspherical surface or a free curved surface. The first optical surface 21 is obtained by forming a half mirror coat 20b having a reflectance of, for example, 5 to 30% on the main body layer 20a as a base material, and appropriately reflects the display light HK. External light GK can be transmitted to a desired degree. On the second optical surface 22, an antireflection film and a protective coat are formed.
図4Aに示すように、表示スクリーン20の第1光学面21で反射された表示光HKは、ドライバーUNの瞳HTに導かれる。ここで、表示光HKを表示スクリーン20の背後に延長した虚像光線KKは、ドライバーの瞳HTに対して前方の所定位置に表示像(虚像)IMを形成する。なお、瞳HTから表示スクリーン20までの距離d1は、車体2の仕様によるが例えば0.5~1m程度としてあり、表示スクリーン20から表示像IMまでの距離d2は、可変であるが、例えば1m程度以上としている。また、視野角は、5~15度程度としている。また、図4Bに示すアイボックスSYは、標準的なドライバーUNの瞳HTの位置をカバーするように設定され、例えば横10~15cm、縦5~8cmと言ったサイズに設定される。
As shown in FIG. 4A, the display light HK reflected by the first optical surface 21 of the display screen 20 is guided to the pupil HT of the driver UN. Here, the virtual image light beam KK obtained by extending the display light HK behind the display screen 20 forms a display image (virtual image) IM at a predetermined position in front of the driver's pupil HT. The distance d1 from the pupil HT to the display screen 20 is, for example, about 0.5 to 1 m depending on the specifications of the vehicle body 2, and the distance d2 from the display screen 20 to the display image IM is variable, for example, 1 m More than about. The viewing angle is about 5 to 15 degrees. The eye box SY shown in FIG. 4B is set so as to cover the position of the standard driver UN pupil HT, and is set to a size of, for example, 10 to 15 cm in width and 5 to 8 cm in length.
〔実施例〕
以下、本発明の投影光学系13の実施例を示す。 〔Example〕
Examples of the projectionoptical system 13 of the present invention will be shown below.
以下、本発明の投影光学系13の実施例を示す。 〔Example〕
Examples of the projection
実施例1の投影光学系13のデータを以下の表1に示す。なお、以下の表1において、投影光学系13を構成するレンズ群の番号を「m」で表し、各レンズ群の焦点距離を「fm」で表し、表示位置を遠距離とした場合における各レンズ群間の間隔を「dm(LR)」で表し、表示位置を近距離とした場合における各レンズ群間の間隔を「dm(SR)」で表している。また、表示素子を「DD」で表し、中間スクリーンを「mSC」で表している。また、「M」の欄における各レンズ群の間隔「dm」は、最終光学系(つまり、第3投影光学部60)から瞳HT(つまり、ドライバーの目の位置)までの距離であり、「N」の欄における間隔「dm」は、瞳HTから虚像の表示位置までの距離である。なお、間隔「dm」については、虚像表示が遠距離のときと近距離のときで、第3及び第4レンズ群間の間隔、並びに第4及び第5レンズ群間の間隔をそれぞれ変えている。本実施例では、遠距離を約50mとし、近距離を約3mとしているが、後述する第3及び第4レンズ群間の間隔、並びに第4及び第5レンズ群間の間隔の変動幅(つまり、第4レンズ群の移動量)を変えると、これらの距離範囲をもっと広くしたり狭くしたりすることができる。また、表には示されていないが、実際の使用時には、虚像を表示するための表示スクリーン20は、第6レンズ群とドライバーの目(つまり、瞳HT)との間に配置される。なお、符号「←」は、左側の数値と同じであることを示す。
〔表1〕
m fm dm(LR) dm(SR)
DD
52.50 ←
1 45.000
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
173.33 ←
3 -74.270
16.00 6.00
4 63.903
488.78 498.78
5 -500.000
94.63 ←
6 271.462
M 1499.43 ←
N -50132.33 -2999.58 Data of the projectionoptical system 13 of Example 1 is shown in Table 1 below. In Table 1 below, the number of the lens group constituting the projection optical system 13 is represented by “m”, the focal length of each lens group is represented by “fm”, and each lens when the display position is a long distance. The distance between the groups is represented by “dm (LR)”, and the distance between the lens groups when the display position is a short distance is represented by “dm (SR)”. The display element is represented by “DD” and the intermediate screen is represented by “mSC”. Further, the interval “dm” between the lens groups in the “M” column is the distance from the final optical system (that is, the third projection optical unit 60) to the pupil HT (that is, the position of the driver's eyes). The interval “dm” in the “N” column is the distance from the pupil HT to the display position of the virtual image. As for the interval “dm”, the interval between the third and fourth lens groups and the interval between the fourth and fifth lens groups are changed when the virtual image display is a long distance and a short distance, respectively. . In this embodiment, the long distance is set to about 50 m and the short distance is set to about 3 m. However, the fluctuation range of the distance between the third and fourth lens groups (described later) and the distance between the fourth and fifth lens groups (that is, By changing the amount of movement of the fourth lens group, these distance ranges can be made wider or narrower. Although not shown in the table, in actual use, the display screen 20 for displaying a virtual image is disposed between the sixth lens group and the driver's eyes (that is, the pupil HT). Note that the symbol “←” indicates that it is the same as the numerical value on the left side.
[Table 1]
m fm dm (LR) dm (SR)
DD
52.50 ←
1 45.000
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
173.33 ←
3 -74.270
16.00 6.00
4 63.903
488.78 498.78
5 -500.000
94.63 ←
6 271.462
M 1499.43 ←
N -50132.33 -2999.58
〔表1〕
m fm dm(LR) dm(SR)
DD
52.50 ←
1 45.000
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
173.33 ←
3 -74.270
16.00 6.00
4 63.903
488.78 498.78
5 -500.000
94.63 ←
6 271.462
M 1499.43 ←
N -50132.33 -2999.58 Data of the projection
[Table 1]
m fm dm (LR) dm (SR)
DD
52.50 ←
1 45.000
315.00 ←
mSC
120.00 ←
2 120.000
173.33 ←
3 -74.270
16.00 6.00
4 63.903
488.78 498.78
5 -500.000
94.63 ←
6 271.462
M 1499.43 ←
N -50132.33 -2999.58
実施例1の表示素子11のサイズ及び視野角を以下に示す。
表示素子水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.2 The size and viewing angle of thedisplay element 11 of Example 1 are shown below.
Display element horizontal size (unit: mm): 9.86
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.2
表示素子水平方向サイズ(単位:mm):9.86
水平方向視野角(単位:度):-12.2 The size and viewing angle of the
Display element horizontal size (unit: mm): 9.86
Horizontal viewing angle (unit: degree): -12.2
本実施例において、虚像の表示位置が最も遠いときのリレー光学部50の倍率β2Lは1.5倍であり、3群射出後の遠距離投影時におけるF値は約3.42である。その際のアイボックスサイズは画面横方向で約127~116mm確保される。
In this embodiment, the magnification β2L of the relay optical unit 50 when the display position of the virtual image is farthest is 1.5 times, and the F value at the long distance projection after the third group emission is about 3.42. The eye box size at that time is secured to about 127 to 116 mm in the horizontal direction of the screen.
実施例1の投影光学系13は、図3を参照して表示素子11側から順に、第1投影光学部30と、中間スクリーンmSCと、第2投影光学部40とからなる。第1投影光学部30は、第1レンズ群で構成される。第2投影光学部40は、第2~第6レンズ群で構成される。ここで、第2投影光学部40は、第2~第4レンズ群で構成されるリレー光学部50と、第5及び第6レンズ群(具体的には、ミラーMR1,MR2)で構成される第3投影光学部60とからなる。このうちリレー光学部50の第4レンズ群が可動レンズ部51となっている。可動レンズ部51である第4レンズ群は、光軸AX方向に移動することで焦点調整又は変倍を行っている。
The projection optical system 13 of Example 1 includes a first projection optical unit 30, an intermediate screen mSC, and a second projection optical unit 40 in order from the display element 11 side with reference to FIG. The first projection optical unit 30 includes a first lens group. The second projection optical unit 40 includes second to sixth lens groups. Here, the second projection optical unit 40 includes a relay optical unit 50 including second to fourth lens groups, and fifth and sixth lens groups (specifically, mirrors MR1 and MR2). The third projection optical unit 60 is included. Among these, the fourth lens group of the relay optical unit 50 is a movable lens unit 51. The fourth lens group, which is the movable lens unit 51, performs focus adjustment or zooming by moving in the direction of the optical axis AX.
本実施例では、各レンズ群の焦点距離と各レンズ群間の間隔とを示したが、各レンズ群は、1枚のレンズ又は1枚のミラーで構成してもよいし、複数枚のレンズ又は複数枚のミラーで構成してもよい。さらに、実施例に示していないが、光学系の光路中に光路を折り曲げるミラーを配置することで、光学系全体のサイズを小さくすることもできる。第3投影光学部60は、少なくとも1枚のミラーで構成するとよい。第3投影光学部60については、表示スクリーン20までの光路の取り回し自由度が出るとともに、色収差の発生もないことから、ミラー、特に自由曲面のミラーの構成が望ましい。
In this embodiment, the focal length of each lens group and the interval between each lens group are shown. However, each lens group may be composed of one lens or one mirror, or a plurality of lenses. Alternatively, it may be composed of a plurality of mirrors. Further, although not shown in the embodiment, the size of the entire optical system can be reduced by arranging a mirror that bends the optical path in the optical path of the optical system. The third projection optical unit 60 may be composed of at least one mirror. The third projection optical unit 60 preferably has a configuration of a mirror, particularly a free-form surface mirror, because the optical path to the display screen 20 can be handled freely and chromatic aberration does not occur.
また、本実施例では、第2レンズ群を出射する光束がアフォーカルになっているが、特にアフォーカルとする必要はなく、光学系のサイズや各レンズ群の焦点距離、F値、倍率等の仕様に合わせて望ましい構成に変更可能である。さらに、本実施例では、リレー光学部50内で焦点距離を変えるために移動させる第4レンズ群について、レンズを移動させる機構への負担を小さくするために、その位置を、リレー光学部50の瞳位置とほぼ同じになるように設定しているが、設計に際して仕様その他の要素も配慮して異なる位置に設定してもよい。
In this embodiment, the light beam emitted from the second lens group is afocal, but it is not necessary to be afocal in particular. The size of the optical system, the focal length of each lens group, the F value, the magnification, etc. It can be changed to a desired configuration according to the specifications. Furthermore, in this embodiment, the position of the fourth lens group that is moved to change the focal length in the relay optical unit 50 is set to the position of the relay optical unit 50 in order to reduce the burden on the mechanism for moving the lens. Although it is set so as to be almost the same as the pupil position, it may be set at a different position in consideration of specifications and other factors in designing.
図5A及び5Bを参照して、可動レンズ部51を光軸AX方向に移動させるためのレンズ駆動系70について説明する。
5A and 5B, the lens driving system 70 for moving the movable lens unit 51 in the optical axis AX direction will be described.
レンズ駆動系70は、可動レンズ部51を支持するレンズホルダー72と、レンズホルダー72を介して可動レンズ部51の移動を案内するガイド部材73と、レンズホルダー72を介して可動レンズ部51を駆動して移動させるアクチュエーター74と、可動レンズ部51の移動方向に平行な方向に関して可動レンズ部51に作用するばね75と、可動レンズ部51の位置情報を取得する位置情報取得部78とを備える。
The lens driving system 70 drives a lens holder 72 that supports the movable lens unit 51, a guide member 73 that guides the movement of the movable lens unit 51 through the lens holder 72, and the movable lens unit 51 through the lens holder 72. An actuator 74 to be moved, a spring 75 acting on the movable lens unit 51 in a direction parallel to the moving direction of the movable lens unit 51, and a position information acquisition unit 78 for acquiring position information of the movable lens unit 51.
レンズホルダー72は、可動レンズ部51として2つの可動レンズ51a,51bを保持している。レンズホルダー72は、ガイド部材73を構成する2つのガイド軸73aを通す2つの軸受部72aを有している。軸受部72aは、ガイド軸73aに沿ったレンズホルダー72の滑らかでガタツキのない移動を可能にする。なお、可動レンズ部51を構成する可動レンズ51a,51bをプラスチックレンズとすると、可動レンズ部51の重量を軽減することができ、後述するアクチュエーター74への負荷が減る。さらには、これらの可動レンズ51a,51bを非球面レンズとすれば、可動レンズ部51を少ない枚数で構成しても、可動レンズ部51を移動させた際の収差変動を小さく抑えた設計が可能となり望ましい。
The lens holder 72 holds two movable lenses 51 a and 51 b as the movable lens portion 51. The lens holder 72 has two bearing portions 72 a through which the two guide shafts 73 a constituting the guide member 73 are passed. The bearing portion 72a enables the lens holder 72 to move smoothly and without backlash along the guide shaft 73a. If the movable lenses 51a and 51b constituting the movable lens unit 51 are plastic lenses, the weight of the movable lens unit 51 can be reduced, and the load on the actuator 74 described later is reduced. Furthermore, if these movable lenses 51a and 51b are aspherical lenses, even if the movable lens unit 51 is configured with a small number, it is possible to design the aberration fluctuation when the movable lens unit 51 is moved small. This is desirable.
ガイド部材73は、2つのガイド軸73aを有し、これらのガイド軸73aは、支持体73d,73eに支持されて不図示の基板上に固定されている。ガイド軸73aは、レンズホルダー72の軸受部72aに挿通されて光軸AX方向に摺動する。ガイド部材73は、可動レンズ部51が移動する際に当該可動レンズ部51の姿勢を保持する役割を有する。つまり、ガイド部材73は、可動レンズ部51の光軸AX方向の高速移動を可能にするだけでなく、可動レンズ部51の姿勢を安定させて、可動レンズ部51に傾き等の姿勢の変化が生じないようにしている。
The guide member 73 has two guide shafts 73a, and these guide shafts 73a are supported on support bodies 73d and 73e and fixed on a substrate (not shown). The guide shaft 73a is inserted into the bearing portion 72a of the lens holder 72 and slides in the optical axis AX direction. The guide member 73 has a role of maintaining the posture of the movable lens unit 51 when the movable lens unit 51 moves. That is, the guide member 73 not only enables high-speed movement of the movable lens unit 51 in the optical axis AX direction, but also stabilizes the posture of the movable lens unit 51 so that the posture of the movable lens unit 51 changes in inclination and the like. It does not occur.
アクチュエーター74は、モーターその他の動力源からなる本体74aと、本体74aからの駆動力をレンズホルダー72に伝達する動力伝達部74bとを有する。動力伝達部74bは、本体74aからの回転動作を光軸AXに沿った往復動作に変換してレンズホルダー72に伝達する。つまり、アクチュエーター74は、レンズホルダー72又は可動レンズ部51を光軸AXに沿って高速で往復運動させる。ここで、動力伝達部74bは、本体74aからの動力をレンズホルダー72に伝えるがレンズホルダー72のブレーキにならないような動力の伝達に方向性を有するものであることが望ましいが、これに限るものではない。例えば、本体74aの移動量を所定の関数で伝達するものあってもよい。アクチュエーター74は、リニアモーターのようにレンズホルダー72を光軸AX方向に直接進退させるものであってもよく、サーボモーター、ステッピングモーター等を用いた別の駆動機構とすることもできる。
The actuator 74 has a main body 74 a made up of a motor and other power sources, and a power transmission unit 74 b that transmits the driving force from the main body 74 a to the lens holder 72. The power transmission unit 74 b converts the rotational operation from the main body 74 a into a reciprocating operation along the optical axis AX and transmits the reciprocating operation to the lens holder 72. That is, the actuator 74 causes the lens holder 72 or the movable lens unit 51 to reciprocate at high speed along the optical axis AX. Here, it is desirable that the power transmission unit 74b has a direction to transmit power from the main body 74a to the lens holder 72, but does not act as a brake for the lens holder 72, but is not limited thereto. is not. For example, there may be one that transmits the movement amount of the main body 74a by a predetermined function. The actuator 74 may directly move the lens holder 72 in the direction of the optical axis AX like a linear motor, or may be another drive mechanism using a servo motor, a stepping motor, or the like.
ばね75は、コイルばね又はつるまきばねである。ばね75は、一端がガイド部材73の支持体73dに固定されており、他端がレンズホルダー72に固定されている。ばね75は、レンズホルダー72側が可動端となっており、レンズホルダー72の光軸AX方向に関する振動を許容する。ここで、可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量とばね75のばね定数とが定まれば、レンズホルダー72に固有の振動数である共振周波数が与えられる。よって、レンズホルダー72に初動の振幅を与えれば、レンズホルダー72は、サイン波で表される共振周波数の振動を繰り返す。レンズホルダー72の振動は、摩擦抵抗等で徐々に減衰するので、アクチュエーター74でレンズホルダー72の運動を加速してレンズホルダー72の振幅を確保する必要がある。この際、アクチュエーター74によってレンズホルダー72又は可動レンズ部51を往復運動させる駆動周波数は、ばね75の共振周波数と略一致させる。これにより、ばね75の共振を利用することで、アクチュエーター74を動作させる際の負荷を効率的に低減することができる。ここでの「略一致」は、両周波数が一致する場合のほか、アクチュエーター74の駆動周波数とばね75の共振周波数とが実質的に等しい状態を含み、例えば駆動周波数が共振周波数±10%程度以下の範囲の差であれば、略一致と考えてよい。アクチュエーター74によってレンズホルダー72を往復運動させる駆動周波数と、ばね75の共振周波数とが精密に一致しなくても、両周波数が近ければ、アクチュエーター74を動作させる際の負荷を低減することができる。以上では、ばね75によるレンズホルダー72の振動をアクチュエーター74で減衰しないようにするとしたが、ばね75によるレンズホルダー72の振動が減衰しやすい場合、アクチュエーター74によるレンズホルダー72又は可動レンズ部51の駆動が主となる。この場合も、駆動周波数と共振周波数とが近ければ、アクチュエーター74を動作させる際の負荷を低減することができる。
The spring 75 is a coil spring or a helical spring. One end of the spring 75 is fixed to the support 73 d of the guide member 73, and the other end is fixed to the lens holder 72. The spring 75 has a movable end on the lens holder 72 side, and allows vibration of the lens holder 72 in the optical axis AX direction. Here, if the masses of the movable lens unit 51 and the lens holder 72 and the spring constant of the spring 75 are determined, the lens holder 72 is given a resonance frequency that is a specific frequency. Therefore, when the initial amplitude is given to the lens holder 72, the lens holder 72 repeats the vibration of the resonance frequency represented by the sine wave. Since the vibration of the lens holder 72 is gradually attenuated by frictional resistance or the like, it is necessary to secure the amplitude of the lens holder 72 by accelerating the movement of the lens holder 72 by the actuator 74. At this time, the driving frequency for reciprocating the lens holder 72 or the movable lens unit 51 by the actuator 74 is made to substantially coincide with the resonance frequency of the spring 75. Thereby, the load at the time of operating the actuator 74 can be efficiently reduced by utilizing the resonance of the spring 75. Here, “substantially coincidence” includes not only the case where both frequencies coincide with each other, but also includes a state where the drive frequency of the actuator 74 and the resonance frequency of the spring 75 are substantially equal. If the difference is in the range, it can be considered that they are substantially coincident. Even if the driving frequency for reciprocating the lens holder 72 by the actuator 74 and the resonance frequency of the spring 75 do not exactly coincide with each other, the load when operating the actuator 74 can be reduced if both frequencies are close to each other. In the above description, the vibration of the lens holder 72 caused by the spring 75 is not attenuated by the actuator 74. However, when the vibration of the lens holder 72 caused by the spring 75 is easily attenuated, the actuator 74 drives the lens holder 72 or the movable lens unit 51. Is the main. In this case as well, if the drive frequency and the resonance frequency are close, the load when operating the actuator 74 can be reduced.
位置情報取得部78は、レンズホルダー72の光軸AX方向に関する位置を検出するセンサー等を備えている。位置情報取得部78としては、リニアエンコーダーを用いることができる。位置情報取得部78としては、リニアエンコーダーの他に、磁界の強さで抵抗が変化するリニアータイプのMRE(Magneto Resistive Element)、PSD(Position Sensitive Device)等を用いることができる。MREを用いる場合、例えば移動するレンズホルダー72側に磁性体を取り付け、固定側に光軸AXに沿って延びるセンサーを設置する。PSDを用いる場合、例えば移動するレンズホルダー72側に点滅する光源を取り付け、固定側に光軸AXに沿って延びるセンサーを設置する。また、例えばサーボモーターを用いる場合等では、モーターの軸に直結されたロータリーエンコーダーの値を読み取って位置を特定することも可能である。
The position information acquisition unit 78 includes a sensor that detects the position of the lens holder 72 in the optical axis AX direction. As the position information acquisition unit 78, a linear encoder can be used. As the position information acquisition unit 78, in addition to the linear encoder, a linear type MRE (Magneto-Resistive Element) in which resistance changes with the strength of the magnetic field, PSD (Position Sensitive Device), or the like can be used. When using the MRE, for example, a magnetic body is attached to the moving lens holder 72 side, and a sensor extending along the optical axis AX is installed on the fixed side. When using the PSD, for example, a blinking light source is attached to the moving lens holder 72 side, and a sensor extending along the optical axis AX is installed on the fixed side. For example, when using a servo motor, the position can be specified by reading the value of a rotary encoder directly connected to the shaft of the motor.
位置情報取得部78によって、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の位置を逐次検出する構成は必須のものではなく、位置情報取得部78として、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の移動範囲の両端又は最大振幅の位置の手前に通過センサー178を設けることもできる。通過センサー178としては、例えばフォトインターラプターやホール素子を用いることができる。通過センサー178によって、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の移動の振幅が減少し加速が必要な状態であることを検知することができる。或いは、通過センサー178によって、レンズホルダー72等の振動周期との関係でアクチュエーター74を動作させるタイミングを調整することができる。
The configuration in which the position information acquisition unit 78 sequentially detects the position of the lens holder 72 or the movable lens unit 51 is not indispensable. A passage sensor 178 may be provided before the position of the maximum amplitude. As the passage sensor 178, for example, a photo interrupter or a Hall element can be used. The passage sensor 178 can detect that the amplitude of the movement of the lens holder 72 or the movable lens unit 51 is reduced and acceleration is necessary. Alternatively, the passage sensor 178 can adjust the timing for operating the actuator 74 in relation to the vibration period of the lens holder 72 and the like.
図6Aは、ばね75が最も伸びた振幅端での可動レンズ部51又はレンズホルダー72の位置を示し、図6Bは、ばね75が最も縮んだ振幅端での可動レンズ部51又はレンズホルダー72の位置を示す。図6Aに示すようにばね75が最も延びた場合、可動レンズ部51等は、光軸AX方向において最も+Y側に位置し、ばね75は、可動レンズ部51等に対して縮む方向である-Y方向に作用する。図6Bに示すようにばね75が最も縮んだ場合、可動レンズ部51等は、光軸AX方向において最も-Y側に位置し、ばね75は、可動レンズ部51等に対して伸びる方向である+Y方向に作用する。アクチュエーター74によって可動レンズ部51等を駆動する場合、ばね75が中立又はニュートラルの状態から図6Aの状態に向けて伸びるときには、可動レンズ部51等の慣性を利用してばね75の力に抗して可動レンズ部51等を効率的に移動させることができる。ばね75が図6Aの状態に達すると、ばね75が最も長くなって可動レンズ部51等の移動が停止し可動レンズ部51等の移動方向が逆転する。よって、アクチュエーター74によって可動レンズ部51等の駆動を逆転させる際のアクチュエーター74の負荷が軽減され、アクチュエーター74の逆転駆動にかかる電力を減らす効果がある。以上は、ばね75が中立の状態から図6Aの状態に向けて伸びるときであったが、ばね75が中立の状態から図6Bの状態に向けて縮むときも同様であり、可動レンズ部51等の慣性を利用してばね75の力に抗して可動レンズ部51等を効率的に移動させることができる。ばね75が図6Bの状態に達すると、ばね75が最も縮まって可動レンズ部51等の移動が停止し可動レンズ部51等の移動方向が逆転する。この場合も、アクチュエーター74によって可動レンズ部51等の駆動を逆転させる際のアクチュエーター74の負荷が軽減され、電力を減らす効果がある。
6A shows the position of the movable lens unit 51 or the lens holder 72 at the amplitude end where the spring 75 is most extended, and FIG. 6B shows the position of the movable lens unit 51 or the lens holder 72 at the amplitude end where the spring 75 is most contracted. Indicates the position. As shown in FIG. 6A, when the spring 75 is extended most, the movable lens portion 51 and the like are positioned on the most + Y side in the optical axis AX direction, and the spring 75 is in a direction contracted with respect to the movable lens portion 51 and the like. Acts in the Y direction. As shown in FIG. 6B, when the spring 75 is most contracted, the movable lens portion 51 and the like are positioned closest to the −Y side in the optical axis AX direction, and the spring 75 extends in the direction of the movable lens portion 51 and the like. Acts in the + Y direction. When the movable lens unit 51 and the like are driven by the actuator 74, when the spring 75 extends from the neutral or neutral state toward the state of FIG. 6A, the inertia of the movable lens unit 51 and the like is used to resist the force of the spring 75. Thus, the movable lens unit 51 and the like can be moved efficiently. When the spring 75 reaches the state shown in FIG. 6A, the spring 75 becomes the longest and the movement of the movable lens unit 51 etc. stops and the moving direction of the movable lens unit 51 etc. reverses. Therefore, the load of the actuator 74 when the actuator 74 reversely drives the movable lens unit 51 and the like is reduced, and there is an effect of reducing the electric power required for the reverse drive of the actuator 74. The above is the case where the spring 75 extends from the neutral state toward the state of FIG. 6A, but the same applies when the spring 75 contracts from the neutral state toward the state of FIG. 6B. The movable lens portion 51 and the like can be efficiently moved against the force of the spring 75 by utilizing the inertia. When the spring 75 reaches the state shown in FIG. 6B, the spring 75 is contracted most and the movement of the movable lens unit 51 etc. stops and the moving direction of the movable lens unit 51 etc. is reversed. Also in this case, the load on the actuator 74 when the driving of the movable lens unit 51 and the like is reversed by the actuator 74 is reduced, and the power can be reduced.
図7は、図1A等に示す画像表示装置(光学装置)100の制御系を説明するブロック図である。画像表示装置100は、既に説明した描画ユニット10等のほかに、主制御部90を備える。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a control system of the image display device (optical device) 100 shown in FIG. 1A and the like. The image display apparatus 100 includes a main control unit 90 in addition to the drawing unit 10 described above.
描画ユニット10は、回路部分19として、表示素子11等を備える描画デバイス12を動作させる表示制御部18と、可動レンズ部51用のアクチュエーター74を動作させるアクチュエーター駆動制御部81とを備える。なお、虚像表示光学系113は、投影光学系13と描画デバイス12とを組み合わせたものである。
The drawing unit 10 includes, as the circuit portion 19, a display control unit 18 that operates the drawing device 12 including the display element 11 and the like, and an actuator drive control unit 81 that operates the actuator 74 for the movable lens unit 51. The virtual image display optical system 113 is a combination of the projection optical system 13 and the drawing device 12.
表示制御部18は、主制御部90の制御下で描画デバイス12を動作させて、表示スクリーン20の背後に虚像距離又は投影距離が変化する3次元的な表示像IMを表示させる。表示制御部18は、主制御部90を介して受信した表示情報から、投影光学系13によって表示させる表示像IMを生成する。表示像IMは、例えば表示スクリーン20の背後に存在する自動車、自転車、歩行者その他の対象物に対してその奥行き位置方向を含めた周辺に位置する表示枠のような標識とすることができる。
The display control unit 18 operates the drawing device 12 under the control of the main control unit 90 to display a three-dimensional display image IM whose virtual image distance or projection distance changes behind the display screen 20. The display control unit 18 generates a display image IM to be displayed by the projection optical system 13 from the display information received via the main control unit 90. The display image IM can be, for example, a sign such as a display frame located in the periphery including the depth position direction with respect to an automobile, a bicycle, a pedestrian, and other objects existing behind the display screen 20.
アクチュエーター駆動制御部81は、主制御部90の制御下で位置情報取得部78の位置検出結果に基づいてアクチュエーター74を動作させて、投影光学系13によって表示させる表示像IMの位置を調整する。可動レンズ部51の位置情報を取得する位置情報取得部78からの情報を用いてアクチュエーター74の駆動制御を行うことにより、可動レンズ部51の動作が所期の状態となっているかをモニターできる。そのため、例えばフィードバック制御を行うことで、可動レンズ部51の動作の信頼性を向上させることができる。また、可動レンズ部51の位置情報を得ることで、光学系の状態に応じた正確で適切な光学的動作が可能になる。例えば光学系が投影光学系13である場合、可動レンズ部51によって投影距離が可変となるが、可動レンズ部51の位置をモニターすることで、投影距離に応じた所望の表示を行うことができる。具体的には、アクチュエーター駆動制御部81は、アクチュエーター74を適宜動作させて可動レンズ部51を光軸AXに沿って変位させることで、表示像IMの表示位置を遠距離、中間、近距離等に周期的に変化させる。この際、表示制御部18によって、表示像IMの表示位置又は表示距離に対応して描画デバイス12の表示素子11に表示させる内容が変化し、表示像IMを所望の奥行方向の表示位置に表示させることができる。つまり、運転関連情報を3次元的に表示することができる。
The actuator drive control unit 81 operates the actuator 74 based on the position detection result of the position information acquisition unit 78 under the control of the main control unit 90 to adjust the position of the display image IM displayed by the projection optical system 13. By performing drive control of the actuator 74 using information from the position information acquisition unit 78 that acquires position information of the movable lens unit 51, it is possible to monitor whether the operation of the movable lens unit 51 is in an intended state. Therefore, for example, by performing feedback control, the reliability of the operation of the movable lens unit 51 can be improved. Further, by obtaining the position information of the movable lens unit 51, an accurate and appropriate optical operation according to the state of the optical system becomes possible. For example, when the optical system is the projection optical system 13, the projection distance is variable by the movable lens unit 51. However, by monitoring the position of the movable lens unit 51, desired display according to the projection distance can be performed. . Specifically, the actuator drive control unit 81 appropriately operates the actuator 74 to displace the movable lens unit 51 along the optical axis AX so that the display position of the display image IM is a long distance, a middle distance, a short distance, and the like. Change periodically. At this time, the display control unit 18 changes the content displayed on the display element 11 of the drawing device 12 corresponding to the display position or display distance of the display image IM, and displays the display image IM at the display position in the desired depth direction. Can be made. That is, driving-related information can be displayed three-dimensionally.
主制御部90は、車体2に設けたカメラ、各種センサー等からの情報を収集しており、描画ユニット10の動作を車体2の動作と調和したものにしている。
The main control unit 90 collects information from a camera, various sensors, and the like provided in the vehicle body 2 to make the operation of the drawing unit 10 harmonized with the operation of the vehicle body 2.
図8は、図5A等に示すレンズ駆動系70の動作例を説明する図であり、レンズホルダー72の光軸AX方向に関する位置の経時的な変化の一例を示している。この場合、レンズホルダー72は、サイン波で表される共振周波数で振動している。ここで、レンズホルダー72の振動の周波数や周期は、可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量とばね75のばね定数とによって定まる。よって、可動レンズ部51等を軽くし、ばね75のばね定数を大きくすれば、周波数が大きくなり周期が短くなる。具体的には、可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量をM(kg)とし、ばね75のばね定数をk(kg/sec2)とすると、レンズホルダー72等の共振周波数F(1/sec)又は周期T(sec)は、
F=1/T=2π√(k/M)
で与えられる。つまり、可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量や共振周波数Fが決まっている場合、ばね75のばね定数kは、
k=4π・M・F2
で与えられる。なお、図5Aに示すように、2つの同一のばね75を並列に用いる場合、1本のばね72のばね定数k0は、k0=k/2となって
k0=2π・M・F2
で与えられる。具体的な例で説明すると、一対のばね75の合成のばね定数k≒1.42×103(kg/sec2)として可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量Mが0.1kgの場合、共振周波数Fは約60Hzとなり、その際の振動周期は1/60秒となる。 FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the operation of thelens driving system 70 shown in FIG. 5A and the like, and shows an example of a change with time of the position of the lens holder 72 in the optical axis AX direction. In this case, the lens holder 72 vibrates at a resonance frequency represented by a sine wave. Here, the frequency and period of vibration of the lens holder 72 are determined by the mass of the movable lens unit 51 and the lens holder 72 and the spring constant of the spring 75. Therefore, if the movable lens portion 51 is lightened and the spring constant of the spring 75 is increased, the frequency is increased and the period is shortened. Specifically, when the mass of the movable lens unit 51 and the lens holder 72 is M (kg) and the spring constant of the spring 75 is k (kg / sec 2 ), the resonance frequency F (1 / sec) of the lens holder 72 and the like. ) Or period T (sec) is
F = 1 / T = 2π√ (k / M)
Given in. That is, when the mass of themovable lens unit 51 and the lens holder 72 and the resonance frequency F are determined, the spring constant k of the spring 75 is
k = 4π · M · F 2
Given in. As shown in FIG. 5A, when twoidentical springs 75 are used in parallel, the spring constant k0 of one spring 72 is k0 = k / 2, and k0 = 2π · M · F 2.
Given in. Specifically, when the combined spring constant k of the pair ofsprings 75 is approximately 1.42 × 10 3 (kg / sec 2 ) and the mass M of the movable lens unit 51 and the lens holder 72 is 0.1 kg, The resonance frequency F is about 60 Hz, and the vibration period at that time is 1/60 seconds.
F=1/T=2π√(k/M)
で与えられる。つまり、可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量や共振周波数Fが決まっている場合、ばね75のばね定数kは、
k=4π・M・F2
で与えられる。なお、図5Aに示すように、2つの同一のばね75を並列に用いる場合、1本のばね72のばね定数k0は、k0=k/2となって
k0=2π・M・F2
で与えられる。具体的な例で説明すると、一対のばね75の合成のばね定数k≒1.42×103(kg/sec2)として可動レンズ部51及びレンズホルダー72の質量Mが0.1kgの場合、共振周波数Fは約60Hzとなり、その際の振動周期は1/60秒となる。 FIG. 8 is a diagram for explaining an example of the operation of the
F = 1 / T = 2π√ (k / M)
Given in. That is, when the mass of the
k = 4π · M · F 2
Given in. As shown in FIG. 5A, when two
Given in. Specifically, when the combined spring constant k of the pair of
図8に示す例において、例えば可動レンズ部51を等間隔に設定された3つの位置A1~A3に移動させたい場合、時刻B1~B3において目的の位置に存在することが分かる。描画デバイス12は、位置情報取得部78の検出出力等に基づいて調整される時刻B1~B3及びその近傍のタイミングで表示素子11に表示を行わせる。これにより、段階的に設定された複数箇所に可動レンズ部51を移動させつつ可動レンズ部51の位置に応じた前方位置に表示像(虚像)IMを形成することができる(図3参照)。
In the example shown in FIG. 8, for example, when the movable lens unit 51 is to be moved to three positions A1 to A3 set at equal intervals, it can be seen that the movable lens unit 51 exists at the target position at times B1 to B3. The drawing device 12 causes the display element 11 to perform display at times B1 to B3 adjusted based on the detection output of the position information acquisition unit 78 and the vicinity thereof. Thereby, the display image (virtual image) IM can be formed at a front position corresponding to the position of the movable lens unit 51 while moving the movable lens unit 51 to a plurality of locations set in stages (see FIG. 3).
アクチュエーター74によってレンズホルダー72に駆動力を与える際に、ばね75の振動開始後から継続するものである必要はなく、位置情報取得部78の検出出力を利用して、アクチュエーター74からの駆動力付与のタイミング制御を行うことができる。例えば、位置情報取得部78の検出出力に基づいて可動レンズ部51の移動速度を監視し、ばね75が中立又はニュートラルとなる位置における可動レンズ部51の移動速度vの絶対値(速さの最大値)が、共振周波数に対応する既定の値A(m/s)以下、すなわち|v|≦Aとなった際にアクチュエーター74の駆動力をONし、可動レンズ部51の移動速度vが規定の値Aを超えたタイミングでアクチュエーター74の駆動力をOFFとすることで、可動レンズ部51の往復運動の減衰を防ぎ、所望の速度での可動レンズ部51の移動を継続することが可能となる。
When the driving force is applied to the lens holder 72 by the actuator 74, it is not necessary to continue after the vibration of the spring 75 starts, and the driving force is applied from the actuator 74 using the detection output of the position information acquisition unit 78. Timing control can be performed. For example, the moving speed of the movable lens unit 51 is monitored based on the detection output of the position information acquisition unit 78, and the absolute value (maximum speed) of the moving speed v of the movable lens unit 51 at a position where the spring 75 is neutral or neutral. Value) is equal to or less than a predetermined value A (m / s) corresponding to the resonance frequency, that is, when | v | ≦ A, the driving force of the actuator 74 is turned ON, and the moving speed v of the movable lens unit 51 is specified. By turning OFF the driving force of the actuator 74 at a timing exceeding the value A, it is possible to prevent the reciprocating motion of the movable lens unit 51 from being attenuated and continue the movement of the movable lens unit 51 at a desired speed. Become.
レンズホルダー72又は可動レンズ部51の動作状態の監視については、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の移動速度の下限だけでなく上限を設定してもよく、例えば目標速度の±1%以内または±2%以内で設定するなど、予め許容範囲を決めて制御を行えばよい。なお、アクチュエーター74のタイミング制御については、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の速さを監視するものに限らず、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の振幅等の様々な動作状態を監視してアクチュエーター74の動作のタイミング制御を行うことができる。例えば、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の共振周波数について許容範囲を設定することもできる。つまり、アクチュエーター74の駆動周波数をばね75の共振周波数よりも大きくしてある場合、アクチュエーター74の動作がOFFとなると、ばね75の振動周期が徐々に低下するので、これに基づいてアクチュエーター74の動作の要否を判断することができる。この方法では、例えば60Hzでレンズホルダー72等を駆動する場合を考えると、伸縮両端又は振幅両端の間の時間が、例えば8.3msecより長い時間、または8.3msecより長い時間で設定したある一定時間より長い時間、となればアクチュエーター74の動作をONして振幅や移動速度を維持するといった方法も考えられる。
Regarding the monitoring of the operation state of the lens holder 72 or the movable lens unit 51, not only the lower limit of the moving speed of the lens holder 72 or the movable lens unit 51, but an upper limit may be set, for example, within ± 1% of the target speed or ± The control may be performed by determining an allowable range in advance, for example, by setting within 2%. Note that the timing control of the actuator 74 is not limited to monitoring the speed of the lens holder 72 or the movable lens unit 51, but various actuators such as the amplitude of the lens holder 72 or the movable lens unit 51 are monitored to detect the actuator 74. 74 timing control of the operation can be performed. For example, an allowable range can be set for the resonance frequency of the lens holder 72 or the movable lens unit 51. That is, when the drive frequency of the actuator 74 is higher than the resonance frequency of the spring 75, the vibration period of the spring 75 gradually decreases when the operation of the actuator 74 is turned off. It is possible to determine whether or not it is necessary. In this method, considering the case where the lens holder 72 is driven at 60 Hz, for example, the time between both ends of the expansion and contraction or both ends of the amplitude is set to a certain time set to a time longer than, for example, 8.3 msec or longer than 8.3 msec. If the time is longer than the time, a method may be considered in which the operation of the actuator 74 is turned on to maintain the amplitude and the moving speed.
アクチュエーター74の駆動力のON及びOFFのタイミングについては、レンズホルダー72又は可動レンズ部51の動作状態を監視するものに限らず、アクチュエーター74の移動量、速度等の動作状態又は動作項目について予め許容範囲を定め、アクチュエーター74の動作状態が上記許容範囲内にあるときは、アクチュエーター74の駆動力をOFFとし、レンズホルダー72等の動作状態が上記許容範囲を超えた場合に、上記許容範囲内となるまでアクチュエーター74の駆動力をONさせる方法も考えられる。ここでの許容範囲判断は、アクチュエーター74の駆動速度で行ってもよいし、駆動速度以外に振幅などの条件を加えてもよい。このような駆動方法を用いる場合、アクチュエーター74の動作を監視する必要があるが、位置情報取得部78は必須のものではなくなる。
The ON / OFF timing of the driving force of the actuator 74 is not limited to monitoring the operation state of the lens holder 72 or the movable lens unit 51, but is permitted in advance for the operation state or operation items such as the movement amount and speed of the actuator 74. When the operating state of the actuator 74 is within the allowable range, the driving force of the actuator 74 is turned off, and when the operating state of the lens holder 72 and the like exceeds the allowable range, A method of turning on the driving force of the actuator 74 until the time is reached is also conceivable. The permissible range determination here may be performed at the driving speed of the actuator 74, or conditions such as amplitude may be added in addition to the driving speed. When such a driving method is used, it is necessary to monitor the operation of the actuator 74, but the position information acquisition unit 78 is not essential.
レンズホルダー72又は可動レンズ部51の動作状態、或いはアクチュエーター74の動作状態を監視してアクチュエーター74の駆動力のON及びOFF制御を行う場合、動作状態又は動作項目が許容範囲に入った場合でも、許容範囲となって予め設定した所定時間に亘って許容範囲内に維持されている場合に限ってアクチュエーター74の駆動力をOFFさせるといった制御を行うことができる。このような制御とすることで、アクチュエーター74の駆動力のOFF後に許容範囲外となるまでの時間を長く保てるといった効果が期待できる。このようにして、アクチュエーター74の駆動力をOFFとする時間をできるだけ長くすることで、アクチュエーター74の駆動のための電力消費を抑えることができ望ましい。
When the operating state of the lens holder 72 or the movable lens unit 51 or the operating state of the actuator 74 is monitored and the ON / OFF control of the driving force of the actuator 74 is performed, even when the operating state or the operating item falls within the allowable range, The control of turning off the driving force of the actuator 74 can be performed only when the allowable range is maintained within the allowable range for a predetermined time set in advance. By adopting such control, it is possible to expect an effect that it is possible to maintain a long time until the actuator 74 is turned off after the driving force of the actuator 74 is turned off. In this way, it is desirable that power consumption for driving the actuator 74 can be suppressed by making the time for which the driving force of the actuator 74 is OFF as long as possible.
アクチュエーター74の駆動力のレンズホルダー72への伝達は、レンズホルダー72の振動が弱まった場合に限らず、レンズホルダー72の1つの振動中の特定のタイミングや位相で行うことができる。例えばばね75が伸びた状態から縮む方向にレンズホルダー72が移動している際には、ばね75が最も伸びた位置からばね75が中立又はニュートラル位置となるまでの期間(図8の区間TA1参照)は、アクチュエーター74の駆動力をOFFとし、ばね75が中立位置よりも更に縮んで最も縮んだ状態となるまでの期間(図8の区間TA2参照)は、ばね75が逆の作用をするので、振動が減衰しないようアクチュエーター74の駆動力をONとする。また、逆の動きの際には、ばね75が最も縮んだ位置からばね75が中立位置となるまでの期間(図8の区間TA3参照)は、アクチュエーター74の駆動力をOFFとし、ばね75が中立位置よりも更に伸びて最も伸びた状態となるまでの期間(図8の区間TA4参照)は、ばね75が逆の作用をするので、振動が減衰しないようアクチュエーター74の駆動力をONとする。なお、以上は例示であり、区間TA2,TA4のうち一方のみでアクチュエーター74の駆動力をONとするといった制御も可能である。さらに、レンズホルダー72の移動速度が最大になったタイミングでアクチュエーター74によってレンズホルダー72を加速すること、或いはレンズホルダー72の振幅端付近でレンズホルダー72の移動速度が遅くなったタイミングでアクチュエーター74によってレンズホルダー72を加速することもできる。
The transmission of the driving force of the actuator 74 to the lens holder 72 is not limited to when the vibration of the lens holder 72 is weakened, but can be performed at a specific timing or phase during one vibration of the lens holder 72. For example, when the lens holder 72 is moving in the direction of contraction from the state in which the spring 75 is extended, the period from the position where the spring 75 is extended to the neutral or neutral position of the spring 75 (see section TA1 in FIG. 8). ), The driving force of the actuator 74 is turned OFF, and the spring 75 acts in the opposite direction during the period until the spring 75 is further contracted from the neutral position to reach the most contracted state (see section TA2 in FIG. 8). The driving force of the actuator 74 is turned on so that the vibration is not attenuated. Further, during the reverse movement, during the period from the position where the spring 75 is most contracted to the position where the spring 75 reaches the neutral position (refer to the section TA3 in FIG. 8), the driving force of the actuator 74 is turned OFF, During the period until the spring is further extended beyond the neutral position (see section TA4 in FIG. 8), the spring 75 operates in the opposite direction, so that the driving force of the actuator 74 is turned on so that the vibration is not attenuated. . Note that the above is an example, and it is also possible to perform control such that the driving force of the actuator 74 is turned on only in one of the sections TA2 and TA4. Further, the actuator 74 accelerates the lens holder 72 at the timing when the moving speed of the lens holder 72 becomes maximum, or the actuator 74 at the timing when the moving speed of the lens holder 72 decreases near the amplitude end of the lens holder 72. The lens holder 72 can also be accelerated.
レンズホルダー72又は可動レンズ部51の移動を開始する際の制御については、例えばアクチュエーター74に徐々に負荷をかけていき、最初はレンズホルダー72等の変位を小さくし小さい振幅で振動動作をスタートさせ、その後徐々に振幅を増やしつつ速度を増して、所望の振幅となった時点で共振周波数にて駆動している状態とする方法が考えられる。この際アクチュエーター74への負荷は比較的小さい状態で制御することが可能であるが、一方で、可動レンズ部51の移動が定常状態になるまでの立ち上がり時間が長くなるという問題も発生する。したがって、可動レンズ部51の移動に関して立ち上がり時間を速くする必要があるような場合又は用途においては、例えばアクチュエーター74による駆動速度を一気に高めて可動レンズ部51等を所望の振幅で共振させる制御とすれば、スタート時のアクチュエーター74に負荷がかかるものの、定常状態となるまでの立ち上がり時間が短くできる利点がある。また、アクチュエーター74の負荷と可動レンズ部51等の振幅とをうまくバランスさせて、立ち上がり時の振幅及び周波数の制御を行うことで、所望の時間内で可動レンズ部51の移動を定常状態としつつアクチュエーター74の負荷が軽減されたスムーズな立ち上がり制御を行うこともできる。
Regarding the control when starting the movement of the lens holder 72 or the movable lens unit 51, for example, a load is gradually applied to the actuator 74, for example, and first, the displacement of the lens holder 72 or the like is reduced to start the vibration operation with a small amplitude. Then, a method of increasing the speed while gradually increasing the amplitude and driving at the resonance frequency when the desired amplitude is reached can be considered. At this time, it is possible to control the load on the actuator 74 in a relatively small state, but on the other hand, there also arises a problem that the rise time until the movement of the movable lens unit 51 becomes a steady state becomes long. Therefore, in the case where it is necessary to increase the rise time with respect to the movement of the movable lens unit 51 or in an application, for example, the driving speed by the actuator 74 is increased at a stroke to resonate the movable lens unit 51 or the like with a desired amplitude. For example, although the load is applied to the actuator 74 at the start, there is an advantage that the rise time until the steady state is reached can be shortened. Further, the load of the actuator 74 and the amplitude of the movable lens unit 51 and the like are well balanced, and the amplitude and frequency at the time of start-up are controlled, so that the movement of the movable lens unit 51 is in a steady state within a desired time. Smooth start-up control in which the load on the actuator 74 is reduced can also be performed.
以上説明した光学素子駆動方法では、ばね75の作用を用いながらアクチュエーター74を動作させるので、可動レンズ部51を駆動するためのアクチュエーター74の負荷を軽減でき、低消費電力化や高耐久化が可能であるとともに、可動レンズ部51を高速で駆動することができる。
In the optical element driving method described above, since the actuator 74 is operated while using the action of the spring 75, the load on the actuator 74 for driving the movable lens unit 51 can be reduced, and low power consumption and high durability can be achieved. In addition, the movable lens unit 51 can be driven at high speed.
〔第2実施形態〕
以下、第2実施形態に係る光学素子駆動方法及びこれを利用する光学装置について説明する。なお、第2実施形態の光学素子駆動方法等は第1実施形態の光学素子駆動方法等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
Hereinafter, an optical element driving method according to the second embodiment and an optical apparatus using the optical element driving method will be described. The optical element driving method and the like of the second embodiment are modifications of the optical element driving method and the like of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
以下、第2実施形態に係る光学素子駆動方法及びこれを利用する光学装置について説明する。なお、第2実施形態の光学素子駆動方法等は第1実施形態の光学素子駆動方法等を変形したものであり、特に説明しない事項は第1実施形態と同様である。 [Second Embodiment]
Hereinafter, an optical element driving method according to the second embodiment and an optical apparatus using the optical element driving method will be described. The optical element driving method and the like of the second embodiment are modifications of the optical element driving method and the like of the first embodiment, and items that are not particularly described are the same as those of the first embodiment.
図9に示すように、第2実施形態に係る光学素子駆動方法に用いるレンズ駆動系70において、ばね75,175は、ガイド部材73に取り付けられている。より具体的には、ばね75,175は、ガイド部材73の2つのガイド軸73aの周りに被せるように巻き付けられている。この場合、ばね75,175の伸縮方向をガイド部材73の延びる方向と一致させやすくなり、ばね75,175からの動力をレンズホルダー72又は可動レンズ部51に効率的に伝えることができる。また、ばね75,175がガイド部材73のガイド軸73aの周りに巻き付けられたコイルばねであることにより、ばね75,175がガイド部材73に確実に保持されるので、ばね75,175やレンズホルダー72の挙動が安定して望ましい。
As shown in FIG. 9, in the lens driving system 70 used in the optical element driving method according to the second embodiment, the springs 75 and 175 are attached to the guide member 73. More specifically, the springs 75 and 175 are wound around the two guide shafts 73 a of the guide member 73. In this case, the expansion and contraction directions of the springs 75 and 175 can be easily matched with the extending direction of the guide member 73, and the power from the springs 75 and 175 can be efficiently transmitted to the lens holder 72 or the movable lens unit 51. Since the springs 75 and 175 are coil springs wound around the guide shaft 73a of the guide member 73, the springs 75 and 175 are securely held by the guide member 73. A behavior of 72 is stable and desirable.
図示の例では、各ガイド軸73aに対してレンズホルダー72等を挟んでそれぞれ2本のばね75及びばね175が取り付けられている。全体では、計4本のばね75,175が取り付けられている。ガイド軸73aはレンズ移動方向と平行となるように延びており、レンズホルダー72等が移動した際には、4本のばね75,175がレンズ移動方向と平行な±Yに伸び縮みして作用する。ここで、同じガイド軸73aに取り付けられた2本のばね75,175の片方のばね75が伸びると他方のばね175が縮む構造となっている。両ばね75,175の伸び縮みがガイド軸73aに沿って行われるので、両ばね75,175の力の作用がレンズ移動方向と同じとなり、レンズホルダー72を移動させる際の歪みやたわみといった誤差が発生しにくくなっている。
In the illustrated example, two springs 75 and 175 are attached to each guide shaft 73a with the lens holder 72 and the like interposed therebetween. In total, four springs 75 and 175 are attached. The guide shaft 73a extends so as to be parallel to the lens moving direction. When the lens holder 72 or the like moves, the four springs 75 and 175 expand and contract to ± Y parallel to the lens moving direction. To do. Here, when one spring 75 of the two springs 75 and 175 attached to the same guide shaft 73a is extended, the other spring 175 is contracted. Since both the springs 75 and 175 are expanded and contracted along the guide shaft 73a, the action of the force of both the springs 75 and 175 is the same as the lens moving direction, and errors such as distortion and deflection when moving the lens holder 72 are caused. It is hard to occur.
以上で説明した実施形態では、レンズ駆動系70によってレンズホルダー72を光軸AX方向に移動させているが、レンズ駆動系70によって可動レンズ部51を直接光軸AX方向に移動させることもできる。
In the embodiment described above, the lens holder 72 is moved in the optical axis AX direction by the lens driving system 70. However, the movable lens unit 51 can also be moved directly in the optical axis AX direction by the lens driving system 70.
レンズ駆動系70によって可動レンズ部51を移動させるかわりに、フィルター、拡散板等の光学素子を移動させることもできる。特に、図3に示す可動レンズ部51を固定し、第2中間像TI2の位置に拡散板を配置し、レンズ駆動系70と同様の機構によって拡散板を光軸AXに沿って変位させることで、拡散板上に第2中間像TI2が強制的に形成され移動するので、拡散板の移動に応じて表示像(虚像)IMの表示位置を高速で変化させることができる。
Instead of moving the movable lens unit 51 by the lens driving system 70, optical elements such as a filter and a diffusion plate can be moved. In particular, the movable lens unit 51 shown in FIG. 3 is fixed, a diffusing plate is disposed at the position of the second intermediate image TI2, and the diffusing plate is displaced along the optical axis AX by a mechanism similar to the lens driving system 70. Since the second intermediate image TI2 is forcibly formed and moved on the diffusion plate, the display position of the display image (virtual image) IM can be changed at high speed according to the movement of the diffusion plate.
ばね75については、コイルばねに限らず、レンズ等の変位量を大きくできるものであればよく、板ばねその他の各種ばねを用いることができる。なお、ばね75は、2本以上に限らず、1本で用いることができる。さらに、ばね75は、光軸AXに対して平行とせず傾けて配置することもできる。
The spring 75 is not limited to a coil spring, and any spring that can increase the amount of displacement of a lens or the like can be used, and a leaf spring or other various springs can be used. Note that the number of springs 75 is not limited to two or more, and one spring 75 can be used. Further, the spring 75 may be arranged to be inclined without being parallel to the optical axis AX.
表示像(虚像)IMの表示位置は、上記実施形態で例示した3か所に限らず、4か所以上の適当数に設定することができる。また、表示像IMの表示は、位置を変化させて連続的又は断続的に行うことができる。
The display position of the display image (virtual image) IM is not limited to the three places exemplified in the above embodiment, and can be set to an appropriate number of four or more places. The display of the display image IM can be performed continuously or intermittently by changing the position.
レンズ駆動系70のガイド部材73としては、軸状のものを用いる必要はなく、レンズホルダー72等の移動を滑らかに案内する様々な手法を用いることができる。ガイド軸73aを用いる場合にも、2本のガイド軸73aを用いる必要はなく、可動レンズ部51を変位させる際の挙動が安定するなら、ガイド軸を省略し、或いは1本のガイド軸を用いるだけでも構わないし、逆に安定が容易でない場合、3本以上のガイド軸を用いることもできる。通常は、2本以上のガイド軸を用いてそれらの配置をバランスさせることで、駆動時の可動レンズ部51の傾き、振動等を低減することができる。
As the guide member 73 of the lens driving system 70, it is not necessary to use a shaft-like member, and various methods for smoothly guiding the movement of the lens holder 72 and the like can be used. Even when the guide shaft 73a is used, it is not necessary to use the two guide shafts 73a. If the behavior when displacing the movable lens unit 51 is stabilized, the guide shaft is omitted or one guide shaft is used. If the stability is not easy, three or more guide shafts can be used. Normally, by using two or more guide shafts to balance their arrangement, it is possible to reduce the tilt, vibration, and the like of the movable lens unit 51 during driving.
図3等に示す投影光学系13は、単なる例示であり、これら投影光学系13の光学的構成については適宜変更することができる。例えば、第1中間像TI1を形成しない光学系とでき、さらに第1及び第2中間像TI1,TI2を形成しない光学系とすることもできる。
The projection optical system 13 shown in FIG. 3 and the like is merely an example, and the optical configuration of the projection optical system 13 can be changed as appropriate. For example, an optical system that does not form the first intermediate image TI1 can be used, and an optical system that does not form the first and second intermediate images TI1 and TI2.
投影光学系13は、虚像を投影するものに限らず、実像である拡大像や縮小像を結像するものであってもよい。可動レンズ部51を移動又は変位させる目的も、投影位置や投影サイズを変化させるものに限らず、結像に際してのフォーカシング位置や投影サイズを単独で変化させるものとできる。
The projection optical system 13 is not limited to one that projects a virtual image, but may be one that forms a magnified image or a reduced image that is a real image. The purpose of moving or displacing the movable lens unit 51 is not limited to changing the projection position and the projection size, but can change the focusing position and the projection size at the time of image formation independently.
コンバイナーとしての表示スクリーン20は、フロントウィンドウ8とは別体で設置されるものに限らず、フロントウィンドウ8の内面を利用したり、フロントウィンドウ8中に埋め込まれたりするものとできる。
The display screen 20 as a combiner is not limited to being installed separately from the front window 8, and can use the inner surface of the front window 8 or be embedded in the front window 8.
上記実施形態において、アクチュエーター74に付随して、ばね75が1つ以上設けられている。例えばばね75が1つであれば、構成が簡素化されてコストを抑えることが可能となる。また、ばね75,175が2つ以上であれば、力の作用をバランスさせることが容易となるので、例えば可動レンズ部51の姿勢や動作を安定化させることができる。
In the above embodiment, one or more springs 75 are provided along with the actuator 74. For example, if there is one spring 75, the configuration is simplified and the cost can be reduced. Further, if there are two or more springs 75 and 175, it is easy to balance the action of the force, so that the posture and operation of the movable lens unit 51 can be stabilized, for example.
Claims (10)
- 光学系を構成する少なくとも1つの可動光学素子を光軸方向に沿って移動させる光学素子駆動方法であって、
前記アクチュエーターに付随して、少なくとも前記可動光学素子の移動方向に平行な方向に関して前記可動光学素子に作用するばねを設け、
前記ばねの作用を用いながらアクチュエーターを動作させる光学素子駆動方法。 An optical element driving method for moving at least one movable optical element constituting an optical system along an optical axis direction,
Along with the actuator, a spring acting on the movable optical element in a direction parallel to at least the moving direction of the movable optical element is provided,
An optical element driving method for operating an actuator while using the action of the spring. - 前記アクチュエーターによって前記可動光学素子を往復運動させる駆動周波数と、前記ばねの共振周波数とを略一致させる、請求項1に記載の光学素子駆動方法。 2. The optical element driving method according to claim 1, wherein a driving frequency for reciprocating the movable optical element by the actuator substantially matches a resonance frequency of the spring.
- 前記可動光学素子が移動する際に当該可動光学素子の姿勢を保持するガイド部材を備えている、請求項1及び2のいずれか一項に記載の光学素子駆動方法。 3. The optical element driving method according to claim 1, further comprising a guide member that holds a posture of the movable optical element when the movable optical element moves.
- 前記ばねは、前記ガイド部材に取り付けられている、請求項3に記載の光学素子駆動方法。 4. The optical element driving method according to claim 3, wherein the spring is attached to the guide member.
- 前記ばねは、軸状の前記ガイド部材の軸の周りに巻き付けられたコイルばねである、請求項4に記載の光学素子駆動方法。 The optical element driving method according to claim 4, wherein the spring is a coil spring wound around an axis of the shaft-shaped guide member.
- 前記可動光学素子は、3枚以下のレンズからなる、請求項1~5のいずれか一項に記載の光学素子駆動方法。 The optical element driving method according to any one of claims 1 to 5, wherein the movable optical element includes three or less lenses.
- 前記アクチュエーターに付随して、前記ばねが1つ以上設けられている、請求項1~6のいずれか一項に記載の光学素子駆動方法。 The optical element driving method according to any one of claims 1 to 6, wherein one or more of the springs are provided in association with the actuator.
- 前記可動光学素子の位置情報を取得する位置情報取得部からの情報を用いて前記アクチュエーターの駆動制御を行う、請求項1~7のいずれか一項に記載の光学素子駆動方法。 The optical element driving method according to any one of claims 1 to 7, wherein drive control of the actuator is performed using information from a position information acquisition unit that acquires position information of the movable optical element.
- 投影像を形成する光学系と、
前記光学系を構成する少なくとも1つの可動光学素子を光軸方向に沿って移動させるアクチュエーターと、
少なくとも前記可動光学素子の駆動方向に平行な方向に関して前記可動光学素子に作用するばねと、
前記ばねの作用を用いながら前記アクチュエーターを動作させる駆動制御部と
を備える光学装置。 An optical system for forming a projected image;
An actuator for moving at least one movable optical element constituting the optical system along an optical axis direction;
A spring acting on the movable optical element in a direction parallel to at least the driving direction of the movable optical element;
An optical device comprising: a drive control unit that operates the actuator while using the action of the spring. - 前記可動光学素子の位置情報を取得する位置情報取得部をさらに備え、
前記駆動制御部は、前記位置情報取得部からの前記位置情報を用いて前記アクチュエーターの駆動制御を行う、請求項9に記載の光学装置。 A positional information acquisition unit that acquires positional information of the movable optical element;
The optical device according to claim 9, wherein the drive control unit performs drive control of the actuator using the position information from the position information acquisition unit.
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