JP6380797B2 - Head-up display device - Google Patents
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Description
本発明は、レーザー光源を用いたヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device using a laser light source.
レーザー光を出射し、このレーザー光を2次元方向に走査部が走査することで画像を生成し、この画像を車両に搭載されたウインドシールドやコンバイナなどの反射透過面に投影することで、車両前方の実景と画像とを観察者の視線移動を抑制しつつ視認させることができるヘッドアップディスプレイ装置が、特許文献1に記載されている。
A laser beam is emitted, and a scanning unit scans the laser beam in a two-dimensional direction to generate an image. By projecting this image onto a reflection / transmission surface such as a windshield or a combiner mounted on the vehicle, the
ヘッドアップディスプレイ装置としては、昼間の明るい環境でもはっきりと視認されるように高輝度で画像を表示することができ、また、夜間の暗い環境であっても眩しく見えないような低輝度の画像も表示できることが要求される。このような幅の広い輝度範囲の表示を実現するため、特許文献1には、レーザー光源から出射されるレーザー光の偏光角度を偏光制御素子の印加電圧を調整することでレーザー光の光強度を適宜減衰させる(調光する)ものが記載されている。
As a head-up display device, it can display images with high brightness so that it can be clearly seen even in a bright environment in the daytime, and low brightness images that do not look dazzling even in a dark environment at night It is required that it can be displayed. In order to realize such a display with a wide luminance range,
しかしながら、このようなヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両は、トンネルなどを出入りすることがあり、例えば、車両がトンネルに入った場合、暗い環境に適した輝度の画像を表示するため、偏光制御素子に印加する電圧を急激に増加させて、偏光制御素子を透過するレーザー光を急激に減少させる必要がある。 However, a vehicle equipped with such a head-up display device may enter or exit a tunnel or the like. For example, when a vehicle enters a tunnel, a polarization control element is displayed to display an image having a luminance suitable for a dark environment. It is necessary to rapidly increase the voltage applied to the laser beam and rapidly decrease the laser beam transmitted through the polarization control element.
ところで、偏光制御素子に印加する印加電圧の生成方法としては、車両の外光強度センサの光強度データを下にデジタル信号を生成し、このデジタル信号をDA変換することでアナログ信号である印加電圧を生成することが考えられるが、外光強度の変化により急激に変化するデジタル信号をDA変換した場合、リップルが発生することで調光に揺らぎが生じたり、このリップルを抑えるように回路を構成した場合に、出力するアナログ信号がデジタル信号の急激な変化に迅速に対応できないといった問題があった。 By the way, as a method of generating an applied voltage to be applied to the polarization control element, a digital signal is generated based on the light intensity data of the outside light intensity sensor of the vehicle, and an applied voltage that is an analog signal is obtained by performing DA conversion on the digital signal. However, if a digital signal that changes rapidly due to changes in the intensity of external light is converted from digital to analog, ripples will occur, causing fluctuations in dimming, and configuring the circuit to suppress this ripple. In this case, there is a problem that the analog signal to be output cannot quickly respond to a sudden change in the digital signal.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、迅速に調光制御可能であり、安定した輝度の画像を生成することができるヘッドアップディスプレイ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 circumstances, and an object of the present invention is to provide a head-up display device capable of quickly controlling light control and generating an image with stable luminance.
上記目的を達成するため、本発明の第1の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、レーザー光を出射するレーザー光源と、前記レーザー光を走査して画像を生成する走査部と、前記レーザー光源と前記走査部との間に配置され、前記レーザー光を調光して前記走査部へ向ける調光部と、前記調光部の調光を制御するパルス信号を出力する制御部と、前記制御部からの前記パルス信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号により前記調光部を駆動する調光制御部と、を備え、前記調光制御部は、前記パルス信号をアナログ信号に変換する第1積分回路と、前記第1積分回路の出力側に接続され、前記第1積分回路よりリップル電圧を低く設定した第2積分回路と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a head-up display device according to a first aspect of the present invention includes a laser light source that emits laser light, a scanning unit that scans the laser light to generate an image, and the laser light source; A dimming unit arranged between the scanning unit and dimming the laser light and directing the laser beam to the scanning unit; a control unit outputting a pulse signal for controlling dimming of the dimming unit; and the control unit A dimming control unit that converts the pulse signal from the analog signal into an analog signal and drives the dimming unit with the analog signal, wherein the dimming control unit converts the pulse signal into an analog signal. An integration circuit; and a second integration circuit connected to an output side of the first integration circuit and having a ripple voltage set lower than that of the first integration circuit.
本発明によれば、迅速に調光制御可能であり、安定した輝度の画像を生成することができるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a head-up display device that can quickly perform dimming control and can generate an image with stable luminance.
(第1実施形態) 本発明のヘッドアップディスプレイ装置(以下ではHUD装置と記載)の第1実施形態について、以下に図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ(HUD)装置の搭載態様を説明するための図であり、図2は、本実施形態に係るHUD装置の概略構成図である。 First Embodiment A first embodiment of a head-up display device (hereinafter referred to as a HUD device) of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a mounting mode of a head-up display (HUD) device according to this embodiment, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the HUD device according to this embodiment.
本実施形態におけるHUD装置1は、図1に示すように、車両2のダッシュボードに配設され、表示光Kをウインドシールド3に向けて出射する。ウインドシールド3で反射した表示光Kは、ウインドシールド3の前方に虚像Vとしてユーザ4(主に、車両2の運転者)に視認される。このようにして、HUD装置1は、ユーザ4に対して虚像Vを表示する。なお、表示光Kは、所定の画像M(図2参照)を表す。画像Mは、例えば、車両2に関する情報(以下、車両情報)を報知するための画像である。
As shown in FIG. 1, the
HUD装置1は、図2に示すように、合成レーザー光出射部10と、調光部20と、光検出部30と、光走査部40と、スクリーン50と、第1反射部60と、第2反射部70と、筐体80と、外光検出部90と、を備える。
As shown in FIG. 2, the
合成レーザー光出射部10は、後述する合成レーザー光Pを光走査部40に向け出射するものであり、図3に示すように、レーザーダイオード(LD)11と、集光部12と、合波部13と、を有する。
The synthetic laser
LD11は、赤色のレーザー光を出射する赤色LD11aと、緑色のレーザー光を出射する緑色LD11bと、青色のレーザー光を出射する青色LD11cと、から構成されている。LD11a〜11cは、後述する光源制御部100から供給される駆動電流により、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。
The LD 11 includes a
集光部12は、LD11が出射した合成レーザー光Pの各々を集光し、スポット径を小さくして収束光とするものである。具体的には、集光部12は、それぞれがレンズ等からなる集光部12a〜12cから構成されている。集光部12aは赤色LD11aが発するレーザー光の光路上に位置し、集光部12bは緑色LD11bが発するレーザー光の光路上に位置し、集光部12cは青色LD11cが発するレーザー光の光路上に位置する。
The condensing unit 12 condenses each of the synthetic laser beams P emitted from the
合波部13は、LD11から出射され、集光部12を介して到達した各レーザー光の光軸を揃えて、1本の合成レーザー光Pとして出射するものである。合波部13は、平面鏡等からなる反射部13aと、それぞれが特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラー等からなる合波部13b及び合波部13cと、から構成されている。
The combining unit 13 emits a single combined laser beam P by aligning the optical axes of the laser beams emitted from the
調光部20は、液晶パネル(図示しない)、前記液晶パネルを挟む一対の偏光フィルタ(図示しない)等から構成され、合成レーザー光出射部10と光走査部40との間に位置し、後述する調光制御部200の制御の下で、合成レーザー光出射部10からの合成レーザー光Pの透過率を変化させることで、光走査部40に入射される合成レーザー光Pの光量を調整する(調光する)。前記液晶パネルは、例えば、VA(Vertical Alignment)型液晶素子であり、前記偏光フィルタは、反射型アルミワイヤグリッド偏光フィルタなどで構成される。
The
調光部20は、前記液晶パネルの印加電圧の大きさを制御(PAM(Pulse Amplitude Modulation)制御)することで、合成レーザー光Pの偏光角度を0〜90°の範囲で任意に制御でき、調光部20における合成レーザー光Pの透過率(調光率)を制御する。これにより、調光部20を通過する合成レーザー光Pの光強度を任意に決定できる。
また、本実施形態では、前記液晶パネルの印加電圧をオフ状態で使用した際にレーザー光を遮断し、オン状態で使用した際にレーザー光を透過するNormally Blackの液晶を例とするが、Normally White液晶で構成してもよい。
The
Further, in the present embodiment, a normally black liquid crystal that cuts off laser light when the applied voltage of the liquid crystal panel is used in an off state and transmits laser light when used in an on state is used as an example. You may comprise with a White liquid crystal.
また、本実施形態のように調光部20の液晶パネルを、一対の偏光フィルタで挟むものではなく、変形例として、液晶パネルの後段(LD11と離れた方)のみに偏光フィルタを配置するものであってもよい。これは、LD11からレーザー光が一定の偏光方向を有して出射されるためであり、LD11の偏光方向と前記偏光フィルタの偏光方向を調整することで可能となる。
In addition, the liquid crystal panel of the
また、本実施形態では、調光部20に合成レーザー光Pを入射し、赤色レーザー光,緑色レーザー光,青色レーザー光を同一の調光部20により調光しているが、変形例として、各LD11と各合波部13との間にそれぞれ調光部20を配置し、赤色レーザー光,緑色レーザー光,青色レーザー光それぞれを個別の調光部20により調光してもよい。以上が本実施形態の調光部20の変形例であり、これより再び図1乃至3を参照して、HUD装置1の構成について説明する。
In the present embodiment, the synthesized laser light P is incident on the
光検出部30は、フォトダイオード等からなり、合成レーザー光Pのうち、透過膜31で反射した光(以下、反射光P1)を受光する。光検出部30は、受光した反射光P1により、レーザー光のそれぞれの光強度(例えば、輝度)を検出し、後述の主制御部300に出力する。具体的には、光検出部30は、合成レーザー光Pそれぞれの光強度に応じた検出信号(電圧)を、光強度を示すデータ(光強度データ)として主制御部300に出力する。
The
透過膜31は、例えば、5%程度の反射率を有する透過性部材からなり、調光部20と光走査部40との間に位置する。透過膜31は、合成レーザー光出射部10から出射され、調光部20を透過した合成レーザー光Pの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を光検出部30に向けて反射させる(反射光P1)。透過膜31を透過した合成レーザー光Pは、光走査部40に入射する。
The
光走査部40は、MEMS(Micro Electro Mechanical System)ミラーなどで構成され、後述の走査制御部400の制御の下で、図4に示すように、後述するスクリーン50上に、合成レーザー光Pを水平走査しながら垂直走査することで、画像Mを生成する。
The
スクリーン50は、光走査部40からの合成レーザー光Pを背面で受光し、透過拡散させることで、前面側に画像Mを表示する。スクリーン50は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板、等から構成される。
The
スクリーン50は、図4に示すように、画像Mが表示される領域である表示エリア50aと、画像Mが表示されない領域である非表示エリア50bと、に分けられる。つまり、表示エリア50aは、HUD装置1の外部に出射される表示光Kに対応する領域であり、ユーザ4が虚像Vとして視認可能な領域である。また、非表示エリア50bは、ユーザ4が視認できない領域である。
As shown in FIG. 4, the
光走査部40は、図4に示すように、合成レーザー光Pを、スクリーン50の走査開始位置F1から走査終了位置F4まで走査していき(符号Pで示す実線を参照)、走査終了位置F4に到達すると再び走査開始位置F1に戻って走査する。 光走査部40の走査期間は、図5(a)に示すように、表示エリア50a及び非表示エリア50bを走査している期間である実走査期間Faと、走査終了位置F4から走査開始位置F1に戻る期間である帰線期間Fbとに分類される。光走査部40が走査を、走査開始位置F1から開始して、再び走査開始位置F1に帰還するまでの周期であるフレーム周期(1フレーム)は、周期によるちらつきがユーザ4に認識されないように1/60秒未満に設定されている。
As shown in FIG. 4, the
第1反射部60は、平面鏡等からなり、スクリーン50に表示された画像Mを表す表示光Kを、第2反射部70に向けて反射させる。
The
第2反射部70は、凹面鏡等からなり、第1反射部60からの表示光Kを、ウインドシールド3の方向に向けて反射させる。第2反射部70で反射した表示光Kは、後述の透光部81を介して、ウインドシールド3に到達する。
The second reflecting
筐体80は、上記各部(合成レーザー光出射部10〜第2反射部70)を収納するものであり、遮光性の部材により形成される。筐体80には、第2反射部70で反射した表示光Kを通過させる開口部が形成されている。この開口部に透光部81が設けられている。
The
透光部81は、アクリル等の透光性樹脂からなり、第2反射部70で反射した表示光Kを透過させる。透光部81は、外光がユーザ4の方向へ反射しないように湾曲形状に形成されている。
The
外光検出部90は、透光部81の内面に配設され、外光強度(例えば、照度)を検出し、検出した外光強度を示すデータ(外光強度データ)を主制御部300に出力する。
The external
次に、HUD装置1の電気的構成について説明する。
Next, the electrical configuration of the
HUD装置1は、上記構成の他、図6に示すように、光源制御部100と、調光制御部200と、主制御部300と、走査制御部400と、を備える。これらの制御部は、例えば、筐体80内に配設されたプリント回路板(図示せず)に実装されている。なお、これらの制御部を筐体80外部に設けてもよい。
In addition to the above configuration, the
光源制御部100は、LD11を駆動制御するものであり、駆動部110と、給電部120と、を備える。
The light
駆動部110は、ドライバIC(Integrated Circuit)等からなり、主制御部300の制御の下で、LD11a〜11cの各々を、PAM(Pulse Amplitude Modulation)方式、及びPWM(Pulse Width Modulation)方式で駆動する。駆動部110は、主制御部300からの制御信号に基づく電流値の駆動電流をLD11a〜11c各々に供給する。
The
給電部120は、駆動部110を介して、LD11に電力を供給するものであり、電源IC、トランジスタを用いたスイッチング回路等からなる。給電部120は、主制御部300の制御の下で、LD11a〜11c各々への電力の供給・非供給を切り替える。なお、給電部120は、LD11a〜11cの各々に独立して設けられてもよいし、これらに共用のものであってもよい。
The power feeding unit 120 supplies power to the
調光制御部200は、後述する主制御部300から出力される調光デジタル信号を調光アナログ信号に変換する波形変換部210と、調光アナログ信号を入力して調光アナログ信号の電圧値を調整して調光制御電圧を出力するゲイン調整部220と、を備える。
The dimming
調光制御部200は、主制御部300からの制御の下、調光部20に印加する所定の印加電圧(調光制御電圧)を生成し、この調光制御電圧の電圧値を調整する(PAM制御する)ことで、調光部20における合成レーザー光Pの透過率を調整する(調光する)。波形変換部210及びゲイン調整部220の具体的な構成及び作用については、後で詳述する。
The dimming
主制御部300は、図示しない1つもしくは複数のマイクロプロセッサ,コントローラ,マイクロコントローラ,ASIC,FPGA,任意の他のICなどを有する処理部310と、図示しない書き換え可能なメモリであるRAM、読み出し専用メモリであるROM、消去可能なプログラム読み出し専用メモリであるEEPROM,不揮発性メモリであるフラッシュメモリなどのプログラムやデータを記憶することができる1つまたは複数のメモリを有する記憶部320と、を備える。
The
記憶部320は、HUD装置1の動作に必要なプログラムや各種データを記憶する。また、記憶部320には、外光強度データと調光デジタル信号とを関連づけた調光テーブルデータが予め記憶されている。
The
処理部310は、記憶部320からプログラムを読み出し、実行することで各部を制御する。具体的には、処理部310は、図示しない車両側からの情報信号を入力し、この情報信号に基づいた画像データを読み出して光源制御部100、走査制御部400を制御することでスクリーン50上に画像Mを生成する。また、処理部310は、外光検出部90からの外光強度データを入力し、記憶部320に記憶された調光テーブルデータに基づき、調光デジタル信号Saを決定して波形変換部210に調光デジタル信号Saを出力し、調光制御部200を介して調光部20を制御することで合成レーザー光Pの『調光処理』を実行する。この『調光処理』の詳細については、後述する。
The
走査制御部400は、光走査部40を駆動するものであり、駆動部410と、ミラー位置検出部420と、を備える。
The
駆動部410は、ドライバIC等からなり、主制御部300の制御の下で、光走査部40を駆動する。駆動部410は、光走査部40を駆動させた後、ミラー位置検出部420が出力した走査位置検出データを取得し、取得した走査位置検出データに基づいてフィードバックデータを算出し、このフィードバックデータを主制御部300へ出力する。駆動部410から出力されるフィードバックデータは、水平走査の往復の切り替わりタイミングを示す水平走査切り替わりデータと、走査期間が実走査期間Faと帰線期間Fbとのいずれかを示す走査期間データとを含む。
The driving
フィードバックデータは、主に、処理部310が光走査部40の走査位置を特定するために用いられる。処理部310は、フィードバックデータの水平走査切り替わりデータに基づき、水平走査ライン数をカウントする。このカウント数に基づき、処理部310は、光走査部40の走査位置を特定し、現在の走査エリアを判別する。
The feedback data is mainly used for the
ミラー位置検出部420は、光走査部40のミラーを動かすピエゾ素子の時間ごとの振れ位置を検出し、検出した位置を走査位置検出データとして駆動部410に出力する。
The mirror position detection unit 420 detects the shake position of the piezo element that moves the mirror of the
ここからは、本実施形態における調光制御部200(波形変換部210、ゲイン調整部220)の具体的な構成と作用について説明する。
From here, the specific configuration and operation of the dimming control unit 200 (the
波形変換部210は、外光検出部90からの外光光強度データに基づき決定された主制御部300から出力されるデジタル信号である調光デジタル信号Saを入力し、アナログ信号である調光アナログ信号Sbを出力するものであり、図7に示すように、第1波形変換部211と、第2波形変換部212とを直列に接続して構成される。
The
第1波形変換部211は、第1抵抗器211aと、第1コンデンサ211bとを有する積分回路であり、入力ラインに主制御部300が接続され、出力ラインに第2波形変換部212が接続される。なお、第1抵抗器211aと第1コンデンサ211bとのCR時定数は、応答性を重視して決定される。
The
また、第2波形変換部212は、第2抵抗器212aと、第2コンデンサ212bとを有する積分回路であり、入力ラインに第1波形変換部211の出力ラインが接続され、出力ラインにゲイン調整部220の入力ラインが接続される。なお、第2抵抗器212aと第2コンデンサ212bとのCR時定数は、電圧安定化を重視して決定される。
The
積分回路からなる第1波形変換部211にパルス信号(調光デジタル信号Sa)が入力された場合、第1波形変換部211からはリップル電圧Vr1を有する電圧信号が出力される。また、第2波形変換部212にも第1波形変換部211からリップル電圧Vr1を有する電圧信号が入力されるため、第2波形変換部212からもリップル電圧Vr2を有する電圧信号(調光アナログ信号Sb)が出力される。第2波形変換部212は、第1波形変換部211のリップル電圧Vr1を抑制するように働くため、第2波形変換部212から出力される電圧信号(調光アナログ信号Sb)のリップル電圧Vr2は、リップル電圧Vr1よりも小さくなる。なお、リップル電圧Vrは、積分回路に入力される電圧をVin、時間をt、抵抗器の定数をR、コンデンサの定数をCとした場合、以下の式(数1)で求められる。
形変換部211によるリップル電圧Vr1を求める場合、入力電圧Vinは、主制御部300から入力する調光デジタル信号Saのハイ電圧VH(図8参照)となる。また、第2波形変換部212によるリップル電圧Vr2を求める場合、入力電圧Vinは、第1波形変換部211から入力する電圧信号のリップル電圧Vr1となる。
When the pulse signal (the dimming digital signal Sa) is input to the first
また、応答性を重視した第1波形変換部211(第1抵抗器211aと第1コンデンサ211b)のCR時定数αと、電圧安定化を重視した第2波形変換部212(第2抵抗器212aと第2コンデンサ212b)のCR時定数βとの関係は以下の式(数2)となる。
図10は、上記式(数1)のリップル電圧Vrの時間推移を示したグラフであり、具体的には、第2波形変換部212のリップル電圧Vr2は、図10に示すように、時間tの経過により、第1波形変換部211のリップル電圧Vr1を1/10程度のリップル電圧Vr2に抑えるように設定される。
FIG. 10 is a graph showing the time transition of the ripple voltage Vr in the above equation (Equation 1). Specifically, the ripple voltage Vr2 of the
ゲイン調整部220は、波形変換部210からの調光アナログ信号Sbを所定の倍率で乗算もしくは除算した所定の電圧値を有する調光電圧信号Scを調光部20に対して出力するものであり、オペアンプを用いた反転または非反転増幅回路で構成される。なお、ゲイン調整部220に電源電圧除去比が高いオペアンプ(一般的なオペアンプ全て)を用いることで、HUD装置1の電源(バッテリ)の電圧変動による調光電圧信号Scの電圧変動を最小限に抑えることが出来る。即ち、バッテリの電圧が変動してもゲイン調整部220から出力される調光電圧信号Scが変化せず、安定した電圧を調光部20へ供給することが可能となる。以下に本実施形態における調光処理について説明する。
The
まず、外光検出部90は、車両2の外部の光強度を検出し、検出した外光強度データを主制御部300に出力する。処理部310は、記憶部320に記憶された調光テーブルデータを下に、入力した外光強度データに基づいて調光デジタル信号Saを決定する。具体的には、外光強度データに関連づけられた調光デジタル信号Saは、一定のサイクル内でハイ電圧VHとロー電圧VL(通常0V)とを所定の割合(デューティー比)で繰り返すパルス信号である。前記調光テーブルデータは、複数レベルの外光強度データにそれぞれデューティー比の異なる調光デジタル信号Saが関連付けられたデータである。処理部310は、外部が明るく外光強度データが大きい場合、デューティー比が大きい調光デジタル信号Sa(Sa1)を選択し(図8(a))、外部が暗く外光強度データが小さい場合、デューティー比が小さい調光デジタル信号Sa(Sa2)を選択する(図8(b))。調光デジタル信号Saのデューティー比が大きい程、調光制御部200から調光部20へ出力される調光電圧信号Scの電圧も大きくなり、ノーマリーブラックの液晶パネルを有する調光部20の透過率が高くなる。なお、変形例として、調光部20にノーマリーホワイトの液晶パネルを使用する場合、記憶部320は、外光強度データが大きい程、調光デジタル信号Saのデューティー比を小さくするような調光テーブルデータを予め記憶する。なお、調光デジタル信号Saの周波数は、画像のフレーム周波数(60Hz)よりも十分に速く(5〜10倍程度)設定される。
First, the external
外光検出部90から入力される外光強度データは、例えば、車両2がトンネルに出る際に急激に変化(増加)することが予想され、これに基づき、主制御部300から出力される調光デジタル信号Saも急激に変化する(デューティー比が急激に増加する)。この調光デジタル信号Saが急激に増加した時間をt1として図9を用いて、波形変換部210の作用を説明する。
The external light intensity data input from the external
時間t1において、調光デジタル信号Saのデューティー比が急激に増加した場合、第1波形変換部211は、時定数が小さいので、調光デジタル信号Saのデューティー比の増加に応答して、調光アナログ信号Sbを、低い電圧V1から高い電圧V2まで高速に変化させる。 また、第1波形変換部211の出力ラインに直列に接続された第2波形変換部212は、リップル電圧Vrを小さくするように動作する。このように、外光強度が急激に変化した場合でも、第1波形変換部211により調光アナログ信号Sbの電圧値を急激に変化させることができるので、調光部20の調光を迅速に行うことができ、外光強度の急激な変化に対応した輝度を有する画像Mをユーザ4に視認させることができる。また、外光強度が急激に変化した後のユーザ4の目が慣れてきた場合であっても、第2波形変換部212がリップル電圧Vrを漸減することができるため、調光アナログ信号Sbのリップル電圧Vrによる画像輝度の揺らぎをユーザ4に視認させることを抑制することができる。
When the duty ratio of the dimming digital signal Sa increases abruptly at time t1, the
波形変換部210から出力される調光アナログ信号Sbは、ゲイン調整部220に入力する。ゲイン調整部220は、主制御部300からの調光デジタル信号Saのデューティー比が最大の時に、調光部20の液晶パネルの最大駆動電圧付近になるように(調光率が最大になるように)ゲインが予め調整されており、波形変換部210からの調光アナログ信号Sbを所定のゲインで増幅した調光電圧信号Sc(調光制御電圧)を出力することで調光部20を駆動する。
The dimming analog signal Sb output from the
以上説明したように、本実施形態のHUD装置1は、レーザー光を出射するLD11と、レーザー光を走査して画像Mを生成する光走査部40と、LD11と光走査部40との間に配置され、レーザー光を調光して光走査部40へ向ける調光部20と、調光部20の調光を制御する調光デジタル信号Sa(パルス信号)を出力する主制御部300と、主制御部300からの調光デジタル信号Saを調光アナログ信号Sb(調光電圧信号Sc)に変換し、調光アナログ信号Sbにより調光部20を駆動する調光制御部200と、を備え、調光制御部200は、調光デジタル信号Saをアナログ信号に変換する第1波形変換部211と、第1波形変換部211の出力側に接続され、第1波形変換部211よりリップル電圧Vrを低く設定した第2波形変換部212と、を有する。斯かる構成により例えば、外光強度が急激に変化し、調光デジタル信号Saが急激に変化した場合でも、第1波形変換部211により調光アナログ信号Sbの電圧値を急激に変化させることができるので、調光部20の調光を迅速に行うことができ、外光強度の急激な変化に対応した輝度を有する画像Mをユーザ4に視認させることができる。また、外光強度が急激に変化した後のユーザ4の目が慣れてきた場合であっても、第2波形変換部212がリップル電圧Vrを漸減することができるため、調光アナログ信号Sbのリップル電圧Vrによる画像輝度の揺らぎをユーザ4に視認させることを抑制することができる。
As described above, the
(第2実施形態) 以下に変形例を説明する。図11は、第2実施形態におけるHUD装置1の電気的な構成を示す図であり、第2実施形態におけるHUD装置1は、調光部20に出力する調光電圧信号Scを反転させる反転出力部230をさらに備える点で上記実施形態と異なる。それ以外の第1実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、説明は省略する。
(2nd Embodiment) A modification is demonstrated below. FIG. 11 is a diagram illustrating an electrical configuration of the
第2実施形態におけるHUD装置1は、図11に示すように、ゲイン調整部220と調光部20との間に反転出力部230を接続する。なお、反転出力部230とゲイン調整部220の接続は反対にしてもよい。
As shown in FIG. 11, the
反転出力部230は、インバータ回路などで構成され、ゲイン調整部220(波形変換部210)からの調光電圧信号Scを、所定の周期毎に反転させて交流電圧として調光部20に出力するものである。このように、液晶パネルからなる調光部20に交流電圧を印加することで、液晶パネルの焼きつきを防止することができる。
The
また、反転出力部230は、主制御部300から反転切り替えするための信号を入力する。主制御部300は、光走査部40がスクリーン50上の非表示エリア50bを走査している期間や帰線期間Fbなどの画像Mを外部へ生成しない非表示期間であるかを判断することが可能である。主制御部300は、光走査部40の走査位置が、非表示エリア50bである際に反転出力部230に反転切り替える。調光部20は、駆動電圧を反転させる際、透過率が一定ではなく不安定となる。よって、光走査部40の走査位置が、表示が外部に出射されない非表示エリア50bである際に、調光部20の駆動電圧を反転させることで、適切な調光が行われていない合成レーザー光Pが外部へ出射されてユーザ4に視認されてしまうことを防止することができる。
Further, the
なお、主制御部300は、非表示期間であるかの判定を、光検出部30が検出するLD11の光強度から行ってもよい。すなわち、光検出部30からの光強度が小さい場合、LD11が非点灯であると判定することでHUD装置1が非表示期間であると判定してもよい。
Note that the
また、調光部20は、調光制御部200からの制御の下、合成レーザー光Pを調光できればいいので、上記実施形態のように液晶パネルを用いるものではなく、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)シャッタや、2枚の偏光フィルタと、偏光フィルタの一方を回転駆動させる駆動部と、を備え、一方の偏光フィルタを回転駆動させて合成レーザー光Pを調光するシャッターモジュールで構成されてもよい。なお、これら変形例における調光部20も、波形変換部210から出力される調光アナログ信号Sbの電圧値に応じて制御することで、迅速に調光率を制御することができる。
The
(第3実施形態) 第3実施形態におけるHUD装置1を、図12乃至15を用いて説明する。図12は、第3実施形態の調光制御部200が備える電圧調整用抵抗器240の配置を説明するための図である。電圧調整用抵抗器240は、一方がグランドに接続され、他方が波形変換部210の出力側(ゲイン調整部220の入力側)に接続される。電圧調整用抵抗器240は、調光制御部200が入力する調光デジタル信号Saに対して、調光制御部200が出力する調光電圧信号Scの大きさを調整するものである。図13を用いて電圧調整用抵抗器240の作用について説明する。
(3rd Embodiment) The
図13は、調光デジタル信号Saのデューティー比Dと調光電圧信号Scとの関係を示すグラフである。図13において、調光電圧信号Sc1は、電圧調整用抵抗器240を設けない場合を示しており、調光電圧信号Sc2は、適切な電圧調整用抵抗器240を設けた場合を示してあり、調光電圧信号Sc3は、電圧調整用抵抗器240の抵抗値が小さすぎる場合を示してある。また、図に示してあるデューティー比Dmは、処理部310が出力する調光デジタル信号Saの最大のデューティー比Dである。また、調光電圧信号Scmは、調光部20の透過率を最大にするために必要な電圧値である。 電圧調整用抵抗器240を設けない場合、調光電圧信号Scは、調光デジタル信号Saのデューティー比DがDmに達する前のデューティー比Da(Da<Dm)に達した時点で、Scmに達してしまい、デューティー比DがDaより大きくなったとしても調光部20の透過率は変化しない。すなわち、調光部20の透過率は、デューティー比0〜Daまでの狭い間でしか調整することはできない。これに比べ、調光制御部200に電圧調整用抵抗器240を設けた場合、調光電圧信号Sc2は、調光デジタル信号Saの増加に対して緩やかに増加する。電圧調整用抵抗器240の抵抗値は、調光制御部200が入力するデューティー比Dが最大(Dm)である際に、調光部20の透過率を最大にする調光電圧信号Scmとなるように調整される。これにより、処理部310から入力されるデューティー比0〜Dmの広い範囲で、調光部20の透過率を調整することができる。すなわち、外光強度の変化(調光デジタル信号Saの変化)に対する調光部20の調光率の分解能を高くすることができる。 なお、電圧調整用抵抗器240の抵抗値が小さすぎる場合、調光電圧信号Sc3は、デューティー比Dmに達した場合でも調光部20を最大透過率とする調光電圧信号Scmに達しなくなってしまい調光率のダイナミックレンジを低下させてしまう。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the duty ratio D of the dimming digital signal Sa and the dimming voltage signal Sc. In FIG. 13, the dimming voltage signal Sc1 shows the case where the
以上に説明したように、第3実施形態におけるHUD装置1は、調光制御部200に、入力する調光デジタル信号Saに対して、調光制御部200が出力する調光電圧信号Scの大きさを調整する電圧調整用抵抗器240を設けることで、調光率のダイナミックレンジを確保しつつ、外光強度の変化(調光デジタル信号Saの変化)に対する調光部20の調光率の分解能を高くすることができる。
As described above, the
なお、電圧調整用抵抗器240を、可変抵抗器で構成し、製造時に可変抵抗器の抵抗値を調整することで、より精度よく調光制御可能となる。
The
また、調光部20を、赤色レーザー光,緑色レーザー光,青色レーザー光それぞれに個別で設け、電圧調整用抵抗器240を設けた調光制御部200をそれぞれの調光部20に個別に設けてもよい。液晶パネルを用いた調光部20の透過率は、図14に示すように、レーザー光の色毎に異なる波長依存特性を有するため、電圧調整用抵抗器240をそれぞれ個別に調整する。具体的には、各色レーザー光の調光部20における透過率の差を抑制するため、波長の短い青色レーザー光の光路上に配置される調光部20の調光電圧信号Scを調整する電圧調整用抵抗器240の抵抗値を、波長が長い緑色や赤色のそれに比べて低く設定する。このように電圧調整用抵抗器240の抵抗値を各色のレーザー光で調整することで、調光部20の透過率の波長依存特性によるばらつきを抑制することができる。したがって、LD11の制御で赤色レーザー光,緑色レーザー光,青色レーザー光のホワイトバランスを調整しておけば、調光部20で調光された後もホワイトバランスを維持することができる。各色のレーザー光の調光部20における透過率のばらつきを、LD11の制御側で調整することも可能である。しかし、LD11の制御データは、LD11の個体ばらつきや温度変化により適宜変化するため、調光部20での透過率のばらつきを考慮して制御データを補正するのは、多くの補正処理などが必要とされる。本実施形態によれば、電圧調整用抵抗器240の抵抗値を、調光部20毎に調整するという簡単な構成で、ホワイトバランスを維持することができる。
Moreover, the
なお、電圧調整用抵抗器240が接続される位置は、波形変換部210の出力側(ゲイン調整部220の入力側)に限定されない。例えば、ゲイン調整部220を、オペアンプ221と、帰還抵抗器222,223を有する非反転増幅回路で構成し、図15に示すように、帰還抵抗器222または帰還抵抗器223を可変抵抗で構成し、この可変抵抗の抵抗値を調整することで、調光部20に出力される調光電圧信号Scを調整してもよい。
The position to which the
なお、本発明は、以上の実施形態及びこれから説明する変形例によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。 In addition, this invention is not limited by the above embodiment and the modification demonstrated from now on. Changes (including deletion of components) can be made as appropriate without departing from the scope of the present invention.
1 …HUD装置 10 …合成レーザー光出射部 11 …LD(レーザー光源) 20 …調光部 30 …光検出部 40 …光走査部 50 …スクリーン 90 …外光検出部100 …光源制御部110 …駆動部120 …給電部200 …調光制御部300 …主制御部310 …処理部320 …記憶部400 …走査制御部410 …駆動部420 …ミラー位置検出部 K …表示光 M …画像 P …合成レーザー光 Sa…調光デジタル信号(パルス信号) Sb…調光アナログ信号(アナログ信号) Sc…調光電圧信号(アナログ信号)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記レーザー光を走査して画像を生成する走査部と、
前記レーザー光源と前記走査部との間に配置され、前記レーザー光を調光して前記走査部へ向ける調光部と、
前記調光部の調光を制御するパルス信号を出力する制御部と、
前記制御部からの前記パルス信号をアナログ信号に変換し、前記アナログ信号により前記調光部を駆動する調光制御部と、を備え、
前記調光制御部は、前記パルス信号をアナログ信号に変換する第1積分回路と、前記第1積分回路の出力側に接続され、前記第1積分回路よりリップル電圧を低く設定した第2積分回路と、を有する、
ことを特徴としたヘッドアップディスプレイ装置。 A laser light source that emits laser light;
A scanning unit that scans the laser beam to generate an image;
A dimming unit disposed between the laser light source and the scanning unit, dimming the laser beam and directing the laser beam to the scanning unit;
A control unit for outputting a pulse signal for controlling dimming of the dimming unit;
A dimming control unit that converts the pulse signal from the control unit into an analog signal and drives the dimming unit by the analog signal; and
The dimming control unit includes a first integration circuit that converts the pulse signal into an analog signal, and a second integration circuit that is connected to an output side of the first integration circuit and has a ripple voltage set lower than that of the first integration circuit. And having
A head-up display device.
ことを特徴とする請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 Further comprising an inversion output unit for inverting the polarity of the analog signal output from the dimming control unit at a predetermined cycle and outputting the inverted signal to the dimming unit.
The head-up display device according to claim 1.
前記反転出力部は、前記走査部が前記非表示期間の際に前記アナログ信号の反転を行う、
ことを特徴とする請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The scanning unit has a display period in which the image is displayed to the outside and a non-display period in which the image is not displayed to the outside within a frame period,
The inversion output unit inverts the analog signal when the scanning unit is in the non-display period.
The head-up display device according to claim 2.
前記反転出力部は、前記光強度検出部からの光強度データから前記レーザー光源の非点灯を判断し、前記レーザー光源の非点灯の際に前記アナログ信号の反転を行う、
ことを特徴とする請求項2乃至3のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 A light intensity detector that detects the light intensity of the laser light;
The inversion output unit determines non-lighting of the laser light source from light intensity data from the light intensity detection unit, and inverts the analog signal when the laser light source is not lighted.
The head-up display device according to any one of claims 2 to 3.
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 A voltage adjusting resistor disposed between the second integrating circuit and the dimming unit and configured to adjust a magnitude of the analog signal that drives the dimming unit;
The head-up display device according to claim 1, wherein the head-up display device is a head-up display device.
前記調光部は、前記複数のレーザー光源から出射される異なる色のレーザー光の光路上にそれぞれ配置される複数の調光部で構成され、
前記調光制御部は、前記複数の調光部毎に設けられ、
前記電圧調整用抵抗器の抵抗値は、前記調光部の透過率の波長依存特性による差を抑制するように調整される、
ことを特徴とする請求項5に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The laser light source is composed of a plurality of laser light sources that emit laser beams of different colors,
The light control unit is composed of a plurality of light control units respectively disposed on optical paths of laser beams of different colors emitted from the plurality of laser light sources,
The dimming control unit is provided for each of the plurality of dimming units,
The resistance value of the voltage adjusting resistor is adjusted so as to suppress the difference due to the wavelength-dependent characteristics of the transmittance of the dimmer.
The head-up display device according to claim 5.
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