WO2022270343A1 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

外部の環境の変化に対する耐性を向上したヘッドアップディスプレイを提供する。 第一の輝度と、第一の輝度よリ低い第二の輝度と、で点灯する光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂと、第一の波形形状にて第一の輝度で点灯するように光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを制御する第一モードと、第二の波形形状にて第二の輝度で点灯するように光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを制御する第二モードと、で光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを制御する制御部と、を備え制御部は、第一モードにおける色度補正値である第一の色度補正値と、第二モードにおける色度補正値であり、第一の色度補正値とは異なる第二の色度補正値と、に基づいて、光源２１ｒ，２１ｇ，２１ｂを制御する

Description

ヘッドアップディスプレイ

　本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。

　従来のヘッドアップディスプレイとして、特許文献１や特許文献２に開示される構成が知られている。

特開２０２１－２１９１２号公報 国際公開２０１８／１０１１２１号公報

　表示光を生成するために、特許文献１では光源群（１１）を、特許文献２では光源ユニット（１１）を用いる構成が開示されている。従来の構成はヘッドアップディスプレイの外部の環境の変化に対する耐性に改善の余地があることを、本願発明者は発見した。

　本発明の目的とするところは、上述課題に着目し、外部環境の変化に対する耐性を向上したヘッドアップディスプレイを提供することにある。

　上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、
　第一の輝度と、前記第一の輝度よリ低い第二の輝度と、で点灯する光源と、
　第一の波形形状にて前記第一の輝度で点灯するように前記光源を制御する第一モードと、第二の波形形状にて前記第二の輝度で点灯するように前記光源を制御する第二モードと、で前記光源を制御する制御部と、
　を備え
　前記制御部は、
　　前記第一モードにおける色度補正値である第一の色度補正値と、
　　前記第二モードにおける色度補正値であり、前記第一の色度補正値とは異なる第二の色度補正値と、に基づいて、前記光源を制御する。

　また別の観点では、上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、
　所定の電流が流れることで光を発する光源と、
　前記光源を制御する制御部と、
　周辺の温度を測定する温度測定部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記温度に応じて、異なる電流制限値に基づいて前記光源を制御する
　ヘッドアップディスプレイ。

　また別の観点では、上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、
　所定の電流が流れることで光を発する光源と、
　前記光源を制御する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、所定の電流制限値に基づいて前記光源を制御し、
　前記電流制限値は、低温側マージンを含む値である
　ヘッドアップディスプレイ。

本開示の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ１が搭載された車両Ｃの構成を示す図。 プロジェクター２１の構成を示す図。

　以下に、本開示のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１を車両Ｃに搭載された実施形態及び変形例として例にあげ、添付図面を用いて説明する。
　なお、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。
 

　［第一実施形態］
　　＜１－１．構成の説明＞
　　＜１－２．波形に関する補正＞
　　＜１－３－１．温度に関する補正１＞
　　＜１－３－２．温度に関する補正２＞
　
　［変形例］
 

　図面に示される方向Ｆ，Ｂ，Ｌ，Ｒ，Ｕ，Ｄはそれぞれ車両Ｃにおける前，後，左，右，上，下方向にそれぞれ対応する。また左右方向は方向Ｘ、上下方向は方向Ｙ、前後方向は方向Ｚと呼称される場合がある。なお説明を容易にするため、図示される部材に付されるはずの符号が一部省略されている。

［第一実施形態］
＜１－１．構成の説明＞
　図１及び図２に示される通り、ヘッドアップディスプレイ１は、例えば車両Ｃに設けられたウインドシールドＷＳの下方に搭載可能である。

　ＨＵＤ１は、車両の前側の端が低くなるように傾斜した自由曲面形状を為すウインドシールドＷＳ（反射透過部材）に車両情報を表す表示光Ｌｉを投影することで虚像Ｖを映し出す。ＨＵＤ１は、車両後ろ方向斜め上に向けて表示光Ｌｉを出射する。ＨＵＤ１に出射された表示光Ｌｉは、ウインドシールドＷＳに反射される。ウインドシールドＷＳに反射された表示光Ｌｉを視点ＥＰで視認する利用者（例えば車両Ｃの乗員）は、映し出された虚像ＶをウインドシールドＷＳの奥に浮遊した表示像として視認できる。

　虚像Ｖには例えば速度やエンジン回転数と言った車両情報や、ターンバイターンや地図などの経路案内表示、ブラインドスポットモニターや制限速度超過警告などの警告表示など、乗員（利用者、ユーザ）へ注意喚起する必要性が高い情報が表示される。これにより視点移動及び眼の焦点距離調整が低減された運転環境が提供される。虚像Ｖにはこれら情報を示す文字やアイコンの他、背景部分も含まれており、乗員からの平面視ではこれは例えば矩形状を為している。

　また、ＨＵＤ１は主に２つのモードで動作する。１つは図１に示すような、ＨＵＤ１がウインドシールドＷＳに表示光Ｌｉを投影することで、視点ＥＰから虚像Ｖを視認することができるディスプレイモードである。もう１つは、ＨＵＤ１がウインドシールドＷＳに表示光Ｌｉを投影せず、視点ＥＰからは虚像Ｖを視認することができない、休止モード（パーキングモード）である。ウインドシールドＷＳに表示光Ｌｉを投影しないパーキングモードのＨＵＤ１は、光線の逆進の原理に基づいて、ウインドシールドＷＳ方向からＨＵＤ１に入射する外光（主に太陽光）を表示光Ｌｉが入射する方向（光学的に表示部が存在する方向）へ反射することが無い位置にあることになる。これにより、車両Ｃが停車している状態であると考えられるＨＵＤ１がパーキングモードであるときに、表示部が外光に照らされて高温状態となることを防止することとなる。
　ＨＵＤ１は、これらのモードを切り替えるために、後述の構成に依ってミラー３０を回転させる。

　ディスプレイモードのＨＵＤ１は、虚像Ｖを視認できる視点ＥＰの高さを調節するために、表示光Ｌｉの光路を後述する構成により変更することができる。本開示では図面に示す通り、ショーター表示光Ｌｓ、センター表示光Ｌｃ、トーラー表示光Ｌｔの３種類に変更が可能である。ショーター表示光Ｌｓは、ディスプレイモードでは、ＨＵＤ１はウインドシールドＷＳの比較的下部へ表示光Ｌｉを投影し、虚像Ｖを映し出す。トーラー表示光Ｌｔでは、ＨＵＤ１はウインドシールドＷＳの比較的上部へ表示光Ｌｉを投影し、虚像Ｖを映し出す。センター表示光Ｌｃでは、前述２つの表示光路の間を通り、虚像Ｖを映し出す。

　ＨＵＤ１は、制御部と、筐体と、表示部２０と、ミラー３０と、を備える。

　図示されない制御部は、所定プログラムや各種データの格納、演算時の記憶領域などに用いる図示しないＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部と、前記所定プログラムに従って演算処理するためのＣＰＵと、入出力インターフェース等を設けたマイクロコンピュータを適用できる。制御部は表示部２０及び動力部、ＨＵＤ１の外部の電子機器と電気的に接続されている。制御部は、ＨＵＤ１の外部の車載機器から受信した車両情報に基づき、表示部２０に表示する画像を生成したり、表示部２０の表示を制御したり、表示部２０の照度を制御したり、ミラー３０の回転を制御する。制御部は、プリント配線基板で構成される制御基板に実装されていても良い。

　筐体は、ＨＵＤ１に備わる部材を接着や嵌合、ビス止めなど公知の手段で固定する筐体である。例えば筐体は表示部２０やミラー３０や制御部（制御基板）を固定する。車両Ｃのユーザは、ＨＵＤ１の内部をこの窓部１１１を介してのみ視認することができる。

　表示部２０は表示光Ｌｉを出射する部材である。本開示では方向Ｆへ向かって出射している。表示光Ｌｉを出射する部材としては、例えばＴＦＴ液晶モジュールを用いる構成や、有機ＥＬを用いた構成、ＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)を用いたプロジェクタなどを適用できる。ＴＦＴ液晶モジュールを用いた構成では、例えば表示部２０はそれぞれ制御部に接続されたバックライトユニットと液晶表示素子を固定された状態で設ける構成で、制御部の制御により情報を表示する液晶表示素子が制御部の制御により点滅を制御されるバックライトユニットから出る照明光に照らされることで表示光Ｌｉを出射する。しかしながら、例示したもの以外でも、表示光を出射できる構成であれば本開示の構成の効果を発揮できることは言うまでもない。

　本開示の表示部２０は、例えばスクリーンと、これに投影光を投影するプロジェクター２１を有する。プロジェクター２１は、フィールドシーケンシャル方式により投影光を投影し、赤色光源２１ｒ、緑色光源２１ｇ、青色光源２１ｂ、ダイクロイックミラー２１ｍ、ＤＭＤ２１ｄ、プリズム２１ｐ、投射レンズ部２１ｓを有している。

　赤色光源２１ｒ、緑色光源２１ｇ、青色光源２１ｂはＬＥＤ(Light Emitting Diode)で構成され、電気的に接続された制御手段４０から送信される信号に応じて順次点灯を行う。点灯すると、各光源の図面上方向にそれぞれ位置するダイクロイックミラー２１ｍに向けて各色光線を射出する。各色ＬＥＤで構成するのではなく、各色の透過型カラーフィルタを射出方向に設けた白色ＬＥＤでも構成でき、その場合、透光性着色部を有する回転式カラーフィルタも同時に適用することが望ましい。

　ダイクロイックミラー２１ｍは所定の波長域の光を透過、または反射することができる反射透過部材であって、各色光線をＤＭＤ２１ｄへ透過／反射する。

　Digital Micromirror DeviceであるＤＭＤ２１ｄは、入射面上にマトリクス状に並んだ微小の鏡の角度を制御手段４０からの制御信号に応じて変化させることで、光を所定の方向へ反射させる光変調素子である。本実施形態では鏡の角度に応じてダイクロイックミラー２１ｍを透過／反射した各色光線をプリズム２１ｐの方向とそれ以外であって虚像Ｖの表示に影響しない方向へ反射する。

　プリズム２１ｐはＤＭＤ２１ｄに入射する各色光線は透過し、ＤＭＤ２１ｄから反射された各色光線は投射レンズ部２１ｓに向けて反射するべく保持されているプリズムである。

　投射レンズ部２１ｓは少なくとも１枚のレンズで構成され、プリズム２１ｐで反射された光線を照明光として拡大、射出する。

　スクリーンはマイクロレンズアレイ、拡散板などから構成できる透過型スクリーンであり、ミラー３０に向けて拡散透過する部材である。スクリーンは照明光により照らされることで表示光Ｌｉを射出する。

　ミラー３０は、表示光Ｌｉを反射する。ミラー３０は例えば、表示光Ｌｉを反射する面が凹状自由曲面形状であり、基材３０ａの凹面に対して蒸着（アルミ蒸着等）やスパッタリングなどの手法により鏡面３０ｂが形成されている。ミラー３０は、表示光Ｌｉを拡大しつつ反射を行う。ミラー３０は、基材３０ａに硬質合成樹脂や無機ガラスを適用できる。また、鏡面３０ｂは自由曲面形状によってウインドシールドＷＳで生じることが想定される虚像Ｖの歪みを相殺する形状であることが望ましい。

　ミラー３０は、軸Ａを回転中心とし、回転可能に保持される。ミラー３０は、例えば央左右端などに設けられる回転軸が、筐体などに設けられた軸受上に保持され、接点などを動力部（モーターやリードスクリューを用いた機構）に因って移動されてもよい。

　更に、ＨＵＤ１は図示されない温度測定部を有する。温度測定部は、周辺の温度を測定することができるセンサーであり、サーミスタや熱電対など種々の方式を採用できる。また温度測定部は、例えば光源の温度、光源の雰囲気温度、車両Ｃの雰囲気温度、制御部の温度、制御部の雰囲気温度などを測定できる。以下では、光源の温度を測定するサーミスタを温度測定部として例に挙げ説明する。

　＜１－２．波形に関する補正＞
　従来のヘッドアップディスプレイでは、外部の環境の変化に起因して表示性能が変化する場合があった。表示性能が変化し得る外部環境変化として、例えば周辺の明るさの低下があることを発明者は見出した。

　従来のヘッドアップディスプレイでは、例えば特許文献１に示すように、周辺の明るさが低下した場合に光源の輝度を低下させる低輝度モードに移行し、この低輝度モードでは光源を点灯するための波形（駆動波形）も例えば矩形波から三角波へ移行する構成が知られている。

　しかし、この構成では、波形の変化による輝度の低下が実現できるものの、虚像Ｖの色度がずれてしまう場合があることを発明者は見出した。

　そこで発明者は、
　第一の輝度と、この第一の輝度よリ低い第二の輝度と、で点灯する光源と、
　矩形などの第一の波形形状にて第一の輝度で点灯するように光源を制御する第一モードと、三角波などの第二の波形形状にて第二の輝度で点灯するように光源を制御する第二モードと、で光源を制御する制御部と、
を備え、
　制御部は、
　　第一モードにおける色度補正値である第一の色度補正値と、
　　第二モードにおける色度補正値であり、第一の色度補正値とは異なる第二の色度補正値と、に基づいて、光源を制御するヘッドアップディスプレイを発明した。

　なお、色度補正値とは、制御部が光源を制御する際に色度を補正するための値であって、例えば制御部に格納されてもよい。制御部は、この値の変化に応じて、表示（光源）の色度を変化させる。この色度補正値は、装置の製造段階のキャリブレーション工程に依って、個体ごとに調整された値を制御部に格納される。色度補正値は、キャリブレーション用ソフトウェアによって制御部内のメモリ等記憶手段へ設定可能であるとよい。

　よリ具体的には、色度補正値は、国際照明委員会（ＣＩＥ）が定めるところのＸＹＺ表色系におけるＸＹ色度図上のX,Y座標などで表されても良い。X,Y座標で示された色度補正値に基づいて、制御部は、所定のルックアップテーブルなどを参照し、正確な色度となるべく光源を制御する。なお、色度補正値の態様はこれに限られるものではない。

　この構成に依れば、周辺の明るさの低下に伴い、ヘッドアップディスプレイが低輝度で表示する場合であっても、所望の色度で表示できる。ひいては、外部の環境の変化に対する耐性を向上したヘッドアップディスプレイを提供することを達成する。

＜１－３－１．温度に関する補正１＞
　従来のヘッドアップディスプレイでは、外部の環境の変化に起因して表示性能が変化する場合があった。表示性能が変化し得る外部環境変化として、例えば温度の低下があることを発明者は見出した。

　従来のヘッドアップディスプレイでは、例えば特許文献１に示すように、ＬＥＤ光源を用いる構成が知られている。この構成では、温度が低下することで光源に流れる電流が変動してしまって、表示品位の低下（フリッカーや輝度のゆらぎ等）が生じてしまう虞があることを発明者は見出した。

　そこで発明者は、
　所定の電流が流れることで光を発する光源と、
　前記光源を制御する制御部と、
　周辺の温度を測定する温度測定部と、
　を備え、
　前記制御部は、前記温度に応じて、異なる電流制限値に基づいて前記光源を制御する
　ヘッドアップディスプレイ。
を発明した。

　なお、電流制限値は、ヘッドアップディスプレイの個体毎に設定される設定値である。電流制限値は、光源に流れる電流の最大値を表し、不必要な大電流が光源に流れることや、不必要に高い表示輝度になることを予防するための値である。制御部は、この電流制限値を格納し、この値に基づいて光源の点灯を制御する。

　よリ具体的には、電流制限値は例えば電流を意味する数値データとして格納され、制御部はこの電流制限値を参照することで適正な輝度範囲内となるべく光源を制御する。なお、電流制限値の態様はこれに限られるものではない。

　本開示の構成では、所定の温度域ごとに対応する複数の電流制限値を格納している。制御部は、温度測定部が測定した温度に応じて、異なる電流制限値を選択的に採用することで、温度ごとに適正な駆動電流量で光源を制御することができる。具体的には、低い温度域では光源が点灯するために必要な電流が増大するので、電流制限値はより大きい値のものが採用される。

　この構成に依れば、周辺の温度が低下した場合であっても、ヘッドアップディスプレイが所望の表示性能で表示できる。ひいては、外部の環境の変化に対する耐性を向上したヘッドアップディスプレイを提供することを達成する。

＜１－３－２．温度に関する補正２＞
　また別の観点では、発明者は、
　所定の電流が流れることで光を発する光源と、
　前記光源を制御する制御部と、
　を備え、
　前記制御部は、所定の電流制限値に基づいて前記光源を制御し、
　前記電流制限値は、低温側マージンを含む値である
　ヘッドアップディスプレイ。
を発明した。

　節１－３－１では、温度に応じて適正な電流制限値を選択的に採用可能な構成を示したが、本開示のように、電流制限値内に低温側マージンを設定できるヘッドアップディスプレイであってもよい。

　低温側マージンは、製品の製造段階のキャリブレーション工程において、キャリブレーション用ソフトウェアによって制御部内のメモリ等記憶手段へ設定可能であるとよい。

　この構成であっても、外部の環境の変化に対する耐性を向上したヘッドアップディスプレイを提供することを達成できる。

　［変形例］
　本発明のヘッドアップディスプレイを上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。

Ｃ　　車両
ＷＳ　ウインドシールド（反射透過部材の一例）
ＥＰ　視点
Ｖ　　虚像
Ａ　　回転軸
Ｌｉ　表示光
 
１　ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
　２０　表示部
　２１　プロジェクター
　３０　ミラー
 
 

Claims (3)

1. 　第一の輝度と、前記第一の輝度よリ低い第二の輝度と、で点灯する光源と、
   　第一の波形形状にて前記第一の輝度で点灯するように前記光源を制御する第一モードと、第二の波形形状にて前記第二の輝度で点灯するように前記光源を制御する第二モードと、で前記光源を制御する制御部と、
   　を備え
   　前記制御部は、
   　　前記第一モードにおける色度補正値である第一の色度補正値と、
   　　前記第二モードにおける色度補正値であり、前記第一の色度補正値とは異なる第二の色度補正値と、に基づいて、前記光源を制御する
   　ヘッドアップディスプレイ。
2. 　所定の電流が流れることで光を発する光源と、
   　前記光源を制御する制御部と、
   　周辺の温度を測定する温度測定部と、
   　を備え、
   　前記制御部は、前記温度に応じて、異なる電流制限値に基づいて前記光源を制御する
   　ヘッドアップディスプレイ。
3. 　所定の電流が流れることで光を発する光源と、
   　前記光源を制御する制御部と、
   　を備え、
   　前記制御部は、所定の電流制限値に基づいて前記光源を制御し、
   　前記電流制限値は、低温側マージンを含む値である
   　ヘッドアップディスプレイ。
    
    

Images