JP2018140657A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高温時においても視認性の良好な表示出力を行う車両用表示装置を提供する。【解決手段】３原色の光を発するため、各色出力する発光ダイオードからなる光源１１ａ〜１１ｃと、この光源１１ａ〜１１ｃからの光出力を利用して投影するための画像を生成する表示器１４と、光源１１ａ〜１１ｃの温度を検出し温度情報として出力する温度センサ１１２と、光源１１ａ〜１１ｃを駆動する光源駆動回路１１０ｃと、表示器１４を駆動する表示器制御回路１１０ｄと、前記温度情報に基づいて光源駆動回路１１０ｃを制御して調光する制御部１１０ｂと、を備え、制御部１１０ｂは、前記温度情報が所定値以上である場合に、表示器制御回路１１０ｄによる制御によって前記画像の色数を低減するように促す制御信号を発する。【選択図】図５

Description

本発明は、車両用表示装置に関し、例えば、３原色の光を画像情報により変調して合成することにより表示光を生成する車両用表示装置として好適である。

従来の車両用表示装置の照明構造は、３原色の光を生成するための光源（ＲＧＢ光源）に、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプなどの放電型ランプが採用され、いわゆる３板式による場合は、放電型ランプが発する白色光をダイクロイックミラーにより赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３原色に分離し、この３原色を画像情報により変調して合成プリズム（ダイクロイックプリズム）で合成した後、出力することで、例えば、映像をスクリーンに表示するための光源出力を行うものがあり、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００９−８６２６９号公報

これら車両用表示装置の光源として発光ダイオードを適用する場合には、ＲＧＢ光源のうち赤色光源が、温度上昇に伴い色味が変化したり、光出力が低下したりしてしまう特性を有しており、例えば、白色を表現する際には、良好なホワイトバランスに調整できない。

さらには、赤色のみで表示する警報マークにあっては、高温時に所望の輝度が得られず車両利用者が認識できないおそれがあり、改善の余地があった。

そこで本源発明の目的は、上述した課題に着目し、高温時においても視認性の良好な表示出力を行う車両用表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の車両用表示装置は、

３原色の光を発するため、各色出力する発光ダイオードからなる光源と、
この光源からの光出力を利用して投影するための画像を生成する表示器と、
前記光源の温度を検出し温度情報として出力する温度センサと、
前記光源を駆動する光源駆動回路と、
前記表示器を駆動する表示器制御回路と、
前記温度情報に基づいて前記光源駆動回路を制御して調光する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記温度情報が所定値以上である場合に、前記表示器制御回路による制御によって前記画像の色数を低減するように促す制御信号を発することを特徴とする。

前記制御部は、通常モードにおいて、所定時間毎に３原色の光を順に光輝させるように前記光源駆動回路を駆動し、
前記温度情報が所定値以上である高温モードにおいて、２色または１色の光を所定の時間毎に光輝させるように前記光源駆動回路を駆動することを特徴とする。

本発明によれば、高温時においても視認性の良好な表示出力を行う車両用表示装置を提供できる。

本発明の実施形態を示す概観図。 同上実施形態の表示装置の断面図。 同上実施形態の第１ユニットの断面図。 同上実施形態の光源部の断面図。 同上実施形態の光源や表示器の駆動制御に関するブロック図。 同上実施形態の制御部による処理手順を示すフロー図。

以下、本発明に係る車両用表示装置について、ヘッドアップディスプレイに実装した実施形態を添付図面に基づいて説明する。

ヘッドアップディスプレイは、車両のダッシュボード１に設けられた表示装置（車両用表示装置）２が投射する表示光Ｌをフロントウインドシールド（フロントガラス）３によって車両運転者４側に反射させ、虚像Ｖを表示する。車両運転者４は、虚像Ｖを風景と重畳させて視認できる。表示装置２は、第１ユニットＡ１及び第２ユニットＢ１を備えている。

第１ユニットＡ１は、プロジェクタ１０，平面鏡２１，透過型スクリーン２６，ヒートシンク３１，ハウジング４１等から構成されている。第２ユニットＢ１は、反射器５０，６０，ハウジング７１等から構成されている。

プロジェクタ１０は、フィールドシーケンシャル方式によって、透過型スクリーン２６に画像を表示させる。プロジェクタ１０は、光源部１１，ミラー部１２，プリズム１３，表示器１４，投射レンズ部材１５を有しており、ヒートシンク３１に固定されている。

プロジェクタ１０の光源部１１は、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃ，レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，反射ミラー１１ｇ，ダイクロイックミラー１１ｈ，１１ｉ，回路基板１１ｋを有する。レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆ，反射ミラー１１ｇ，ダイクロイックミラー１１ｈ，１１ｉは、フレーム部材１１ｍの保持部１１ｖで保持されている。

青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃを有する光源は、トップビュー型ＬＥＤからなるものであり、夫々、青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇを発する。青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃは回路基板１１ｋに搭載されている。青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが搭載された回路基板１１ｋは、図示しないボルトによってヒートシンク３１に固定されている。回路基板１１ｋはヒートシンク３１に接しており、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが発した熱は、回路基板１１ｋを介して、ヒートシンク３１によって放散される。

レンズ部材１１ｄ，１１ｅ，１１ｆは、夫々、青色発光ダイオード１１ａ，赤色発光ダイオード１１ｂ，緑色発光ダイオード１１ｃが発した青色光Ｂ，赤色光Ｒ，緑色光Ｇを集光させる。反射ミラー１１ｇは、青色発光ダイオード１１ａが発してレンズ部材１１ｄで集光された青色光Ｂを反射させる。ダイクロイックミラー１１ｈは、赤色発光ダイオード１１ｂが発してレンズ部材１１ｅで集光された赤色光Ｒを反射させると共に、反射ミラー１１ｇで反射された青色光Ｂを透過させる。ダイクロイックミラー１１ｉは、緑色発光ダイオード１１ｃが発してレンズ部材１１ｆで集光された緑色光Ｇを反射させると共に、反射ミラー１１ｇやダイクロイックミラー１１ｈで透過または反射された青色光Ｂ，赤色光Ｒを透過させる。

表示ユニット１９は、ミラー部１２，プリズム１３，表示器１４，投射レンズ部材１５をケース体１８に収容している。表示ユニット１９は、光源部１１とは直接的には接触していない。プリズム１３は、ミラー部１２からの光を透過させて表示器１４に照射させる。表示器１４によって生成された表示光Ｌは、プリズム１３の傾斜面１３ａによって、投射レンズ部材１５に向けて反射される。投射レンズ部材１５は、表示光Ｌを拡大し、平面鏡２１に投射する。投射レンズ部材１５は、１枚のレンズ部材で構成しても良いし、複数のレンズ部材で構成しても良い。

平面鏡２１は、保持部材２３に保持されており、プロジェクタ１０からの表示光Ｌを透過型スクリーン２６に反射させる。透過型スクリーン２６は保持部材２４に保持されており、プロジェクタ１０からの表示光Ｌが透過型スクリーン２６に結像される。ヒートシンク３１は、アルミニウム等の金属からなるものであり、複数の放熱フィン３１ａを有している。平面鏡２１及び透過型スクリーン２６は、保持部材２３，２４を介して、ヒートシンク３１に固定されている。ハウジング４１は、不透明な樹脂（例えばポリプロピレン）や金属を組み合わせてなるものであり、プロジェクタ１０，平面鏡２１，透過型スクリーン２６等を収容する。ハウジング４１には、表示光Ｌが出射する窓部４１ａが形成されている。

反射器５０は、平面鏡５１及び支持部材５２を有している。平面鏡５１は、第１ユニットＡ１からの表示光Ｌを凹面鏡６１に反射させる。支持部材５２は、ハウジング７１に固定されており、平面鏡３５を保持する。反射器６０は、凹面鏡６１，ミラーホルダー６２，ステッピングモータ６３，支持部材６４を有している。凹面鏡６１は、樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面６１ａを形成している。反射面６１ａは凹面となっており、平面鏡５１にて反射された表示光Ｌが拡大されて虚像Ｖが表示される。凹面鏡６１はミラーホルダー６２に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダー６２は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部６５及び軸部６６が一体に形成されている。

ステッピングモータ６３の回動軸には歯車６７が取付けられており、この歯車６７は、ミラーホルダー６２の歯車部６５と噛合されている。凹面鏡６１はミラーホルダー６２と共に回動可能な状態で支持されており、ステッピングモータ６３により凹面鏡６１を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整できる。車両運転者４は、押しボタンスイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像Ｖを視認できるように）凹面鏡６１の角度を調整する。

ハウジング７１は、不透明な樹脂（例えばポリプロピレン）からなり、反射器５０，６０が収容される。ハウジング７１には遮光壁７１ａが設けられており、太陽光等の外光が透過型スクリーン２６に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。遮光壁７１ａは平板形状になっており、ハウジング７１の上部から斜めに垂下するように形成されている。ハウジング７１の上面には、表示光Ｌが出射する開口部７１ｂが形成されており、この開口部７１ｂには、透光性カバー７２が貼着されている。透光性カバー７２は、ポリカーボネート等の透明樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。

次に、図５に基づいて、光源１１ａ〜１１ｃや表示器１４の駆動制御に関する構成について説明する。

第１ユニットＡ１には、図示しない回路基板を備え、マイクロコンピュータ１１０を実装している。マイクロコンピュータ１１０は、光源１１ａ〜１１ｃと表示器１４を駆動制御する他、照度センサ１１１や温度センサ１１２に接続されている。また、マイクロコンピュータ１１０は、通信線を介して、他の電子制御ユニット（ＥＣＵ）と接続されており、この通信線を介した通信によって、表示装置２による表示出力内容を決めることができる。

マイクロコンピュータ１１０は、所定のプログラムデータや各種テーブルデータやパラメータなどの情報を格納するメモリ１１０ａと、これら情報に基づいて演算処理し、プログラムに基づく制御信号を生成し出力する制御部１１０ｂを設けている。また、マイクロコンピュータ１１０には、制御部１１０ｂの制御信号に基づいて作動する光源駆動回路１１０ｃと、表示器制御回路１１０ｄとを設けている。また、制御部１１０ｂは、図示しない入出力インターフェースを介して、車載ＥＣＵ（電子制御ユニット）２００に接続される。この場合、ＥＣＵ２００は、表示装置２によって、出力する表示画像を生成し、マイクロコンピュータ１１０を用いて、所望のタイミングで該表示画像が出力されるように画像情報を含む通信信号を出力している。

光源駆動回路１１０ｃは、制御部１１０ｂからの制御信号に基づいて各光源１１ａ〜１１ｃへの駆動信号を出力する回路であり、トランジスタなどのスイッチ回路が適用される。この場合、光源駆動回路１１０ｃは、制御部１１０ｂからの制御信号に基づく駆動電流値やデューティ比にて駆動信号を生成し、光源１１ａ〜１１ｃの光出力を調整できる。また、光源駆動回路１１０ｃは、照度センサ１１１からの検出信号に基づいて、光源１１ａ〜１１ｃへの駆動電流値を調整できるようにしており、各光源１１ａ〜１１ｃに対して所望の光出力がなされるようにそれぞれ調整する回路を有している。なお、光源駆動回路１１０ｃは、光源１１ａ〜１１ｃを順に点灯させるフィールドシーケンシャル方式にて、出力調整している。

表示器制御回路１１０ｄは、表示器１４を駆動するための駆動回路を設けており、ＥＣＵ２００からの画像情報や制御部１１０ｂからの制御信号に基づいて、表示器１４から所望の画像が出力されるように駆動制御できる。この表示器制御回路１１０ｄは、制御部１１０ｂのように演算処理回路を設け、各種テーブルデータなどを格納するメモリ１１０ｅを有している。

照度センサ１１１は、光源１１ａ〜１１ｃが発する光出力の強弱を検出するもので、フォトダイオードを用いたセンサを適用できる。照度センサ１１１は、光源１１ａ〜１１ｃが発する表示光Ｌの光路上で、フロントウインドシールド３への投影に用いない光を入力できるように配置されている。照度センサ１１１が検出した光出力値に応じた検出信号（照度情報）は、光源駆動回路１１０ｃへ出力される。この場合、照度センサ１１１は、制御部１１０ｂ及び光源駆動回路１１０ｃの駆動制御によって、ＲＧＢ光源１１ａ〜１１ｃを一種類ずつ点灯させるとともに、この点灯タイミングに合わせて照度センサ１１１の検出信号を読み取ることで、ＲＧＢ光源１１ａ〜１１ｃそれぞれの出力値を検出する。なお、これら出力値の読み取りは、表示出力中、常に行っているが、照度センサ１１１の配置や構成によっては、表示に関係ないタイミングで検出させることもできる。

温度センサ１１２は、光源１１ａ〜１１ｃの雰囲気温度（環境温度）、または光源１１ａ〜１１ｃ自体の温度を検出するためのもので、この場合、回路基板１１ｋに実装される。温度センサ１１２は、温度に応じた検出信号（温度情報）を制御部１１０ｂに出力している。この場合、赤色に発光する赤色発光ダイオード１１ｂの雰囲気温度値を代表値として検出するようにしているが、３原色の光源１１ａ〜１１ｃにそれぞれ対応するように設けることもできる。

光源１１ａ〜１１ｃは、上述したように発光ダイオードを適用できる。光源１１ａ〜１１ｃは、それぞれ、制御部１１０ｂからの制御信号に基づいて駆動する光源駆動回路１１０ｃの作用によって、点消灯が切替えられる。

表示器１４は、表示器制御回路１１０ｄからの駆動信号に基づいて、所望の表示画像を生成するためのもので、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）などの反射型表示素子を適用できる。

表示器１４は、多数の微小な鏡面を平面に配列したものであり、可動式のミラー素子を複数備え、このミラー素子の下部に設けた電極を非常に短い時間で駆動することにより、各ミラー素子の鏡面を、ヒンジを支点に傾斜させる。例えば、ミラー素子がオンのときは、ヒンジを支点に＋１２度傾斜し、表示ユニット１９から出射された表示光Ｌを反射し、プリズム１３等を介してスクリーン２６へ届ける。オフのときは、ヒンジを支点に−１２度傾斜し、表示光Ｌはプリズム１３方向に反射しない。このように、表示画像を表す表示画像データに基づき各ミラー素子を個別に駆動することにより、表示光Ｌを選択的にスクリーン２６へ投射することで、所望の輝度、所望の色の表示画像を後述するスクリーン２６に生成する。

次に、図６を用いて、出力調整に関する制御処理について説明する。

制御部１１０ｂ及び、ＥＣＵ２００から発せられる表示装置２の表示出力に関する情報を入力し、このうち表示輝度値に関する情報を読み取る（ステップＳ１）。この表示輝度値は、利用者の操作や、車両の外部環境の照度（明るさ）、昼夜判定などに応じて決定され、虚像Ｖの輝度を調整する値である。

次に、制御部１１０ｂは、温度センサ１１２からの検出信号を入力する（ステップＳ２）。この検出信号の入力は、アナログ／デジタル変換を含み、制御部１１０ｂは、光源１１ａ〜１１ｃの雰囲気温度値（温度値）を測定する。この場合、赤色発光ダイオード１１ｂの雰囲気温度値に基づいて以下の処理を行う。

制御部１１０ｂは、ステップＳ２の処理で測定された温度値が、所定値（しきい値）以上であるか否かを判定処理する（ステップＳ３）。この所定値は、赤色発光ダイオード１１ｂの許容される温度上限値が設定される。なお、赤色発光ダイオード１１ｂは、他の光源１１ａ，１１ｃに比べて、該温度上限値が低く、この所定値を超えた場合に、同じ駆動電流値が付与された場合であっても、輝度が減少したり、所望の色味が出せないなどの不具合が発生してしまう虞がある。

制御部１１０ｂは、ステップＳ３の判定処理によって、測定された温度値が、所定値未満である場合には、光源１１ｂが許容される通常温度内である旨の出力を行う（ステップＳ４）。この出力は、ＥＣＵ２００が読み取り可能に行われる。

次に制御部１１０ｂは、３色の表示制御を行う旨の制御信号を表示器制御回路１１０ｄに出力する（ステップＳ５）。表示器制御回路１１０ｄは、これを受けて、３色を時分割（３等分した周期）にてフィールドシーケンシャル制御することでカラー画像を生成するように、表示器１４を所望の駆動タイミングで駆動する。

次に制御部１１０ｂは、メモリ１１０ａに格納されたデータテーブルに基づいて、ＥＣＵ２００から発せられた情報に基づく所望の表示色を得るための混色比率を読み出し（ステップＳ６）、この混色比率に応じて各光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃを点消灯制御する（ステップＳ７）。この場合、３等分に時分割された区間内での各色点灯時間を調整することで、出力画像の調光を行う。これにより、所望の輝度や表示色にて虚像Ｖを表示出力できる。なお、この際、制御部１１０ｂは、温度センサ１１２の検出信号を用いて、光源１１ａ，１１ｂ，１１ｃの温度特性に応じた補正処理や、照度センサ１１１によるフィードバック制御による補正処理を行うことで、より正確な色味にて出力できるように調光処理できる。

また、制御部１１０ｂは、ステップＳ３の判定処理において、測定された温度値が、所定値以上である場合には、光源１１ｂが許容される通常温度を超えて高温である旨の出力を行う（ステップＳ８）。この場合、ＥＣＵ２００は、この出力を受けて、通常表示にて行う画像情報に対して、赤色光源を用いない画像情報を表示器制御回路１１０ｄへ出力するように切り替える。即ち、赤色系の画像を他の色の画像に代替し、表現できる色数（階調数）を通常時よりも低減した画像情報とする。この場合、赤色は、警報などの注意喚起画像に用いられることが多いため、例えば、ＥＣＵ２００は、通常時に赤色で示した箇所を緑色で表現するように画像情報を置き換え、さらに、この箇所を太くしたり、点滅させたり、他の画像よりも明度を高くするなどして、強調表示させるように画像情報を生成することもできる。

次に制御部１１０ｂは、２色の表示制御を行う旨の制御信号を表示器制御回路１１０ｄに出力する（ステップＳ９）。表示器制御回路１１０ｄは、これを受けて、２色を時分割（２等分した周期）にてフィールドシーケンシャル制御することでカラー画像を生成するように、表示器１４を所望の駆動タイミングで駆動する。

次に制御部１１０ｂは、メモリ１１０ａに格納されたデータテーブルに基づいて、ＥＣＵ２００から発せられた情報に基づく所望の表示色を得るための混色比率を読み出し（ステップＳ１０）、この混色比率に応じて各光源１１ａ，１１ｃを点消灯制御する（ステップＳ１１）。この場合、２等分に時分割された区間内での各色点灯時間を調整することで、出力画像の調光を行う。これにより、赤色を他の色で代替した虚像Ｖが得られるように光源制御できる。なお、ステップＳ８乃至ステップＳ１１の処理において、緑色と青色との出力可能周期を２つに等分するのではなく、通常時の３等分のまま赤色出力区分を消灯させるのみにしたり、赤色出力区分を緑色出力区分に置き換える駆動制御を行うことで、表示色を代替することもできる。

以上、ステップＳ１乃至Ｓ１１の処理を繰り返すことによって、許容温度範囲内におけるステップＳ４乃至Ｓ７の通常処理から、許容温度範囲を超えた際のステップＳ８乃至Ｓ１１の減色表示処理とを自動で切り替えて表示出力できる。従って、利用者は、高温時において不定な表示色（赤色）を用いた画像出力ではなく、視認性が確保された出力を視認することが可能となる。また、通常処理と減色表示処理とを切り替える際には、制御部１１０ｂによる別途処理によって、ヒステリシスを設けたり、徐々に輝度や明度，色味を変更させることも可能である。

斯かる表示装置２は、３原色の光を発するため、各色出力する発光ダイオードからなる光源１１ａ〜１１ｃと、この光源１１ａ〜１１ｃからの光出力を利用して投影するための画像を生成する表示器１４と、光源１１ａ〜１１ｃの温度を検出し温度情報として出力する温度センサ１１２と、光源１１ａ〜１１ｃを駆動する光源駆動回路１１０ｃと、表示器１４を駆動する表示器制御回路１１０ｄと、前記温度情報に基づいて光源駆動回路１１０ｃを制御して調光する制御部１１０ｂと、を備え、制御部１１０ｂは、前記温度情報が所定値以上である場合に、表示器制御回路１１０ｄによる制御によって前記画像の色数を低減するように促す制御信号を発する。

従って、表示装置２からの出力に基づいて、例えば、ＥＣＵ２００が、通常表示にて行う画像情報に対して、赤色光源を用いない画像情報を代替して表示器制御回路１１０ｄへ出力するように切り替えることができるなど、高温時に対応して視認性を低下しないような対応を取ることができる。

また制御部１１０ｂは、通常処理（通常モード）において、所定時間毎に３原色の光を順に光輝させるように光源駆動回路１１０ｃを駆動し、前記温度情報が所定値以上である減色表示処理（高温モード）において、２色（または１色）の光を光輝させるように光源駆動回路１１０ｃを駆動することによって、表示色を代替して視認性を確保した表示出力を行うことができる。

なお、本発明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。例えば、上述実施の形態にあっては、ＤＭＤからなる表示器１４を例にあげて説明したが、表示器として液晶ディスプレイを適用したり、ＭＥＭＳスキャナでレーザービームをラスタースキャンし、映像信号に同期してレーザー光を変調することで描画する走査型レーザーディスプレイの表示構造として適用することもでき、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、車両用表示装置に関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載され、車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などを投影表示する車載ヘッドアップディスプレイとして好適である。

２ 表示装置（車両用表示装置）
１１ａ〜１１ｃ 光源
１１０ｂ 制御部
１１０ｃ 光源駆動回路
１１０ｄ 表示器制御回路
１１１ 照度センサ
１１２ 温度センサ
１４ 表示器
２００ ＥＣＵ

Claims (2)

1. ３原色の光を発するため、各色出力する発光ダイオードからなる光源と、
   この光源からの光出力を利用して投影するための画像を生成する表示器と、
   前記光源の温度を検出し、温度情報として出力する温度センサと、
   前記光源を駆動する光源駆動回路と、
   前記表示器を駆動する表示器制御回路と、
   前記温度情報に基づいて前記光源駆動回路を制御して調光する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記温度情報が所定値以上である場合に、前記表示器制御回路による制御によって前記画像の色数を低減するように促す制御信号を発することを特徴とする車両用表示装置。
   
2. 前記制御部は、通常モードにおいて、所定時間毎に３原色の光を順に光輝させるように前記光源駆動回路を駆動し、
   前記温度情報が所定値以上である高温モードにおいて、２色または１色の光を所定の時間毎に光輝させるように前記光源駆動回路を駆動することを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。

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