JP2006343589A - 車両用表示器 - Google Patents

Abstract

【課題】 光源の発した光のロスを少なくし、比較的小規模な光源にて充分な表示輝度を得られるようにでき、光源の発した光を走査する光学系として、多角柱状ミラーを用いることなく、比較的低コストな光学系を用いることができ、さらに、信号処理に関しても低コストにでき、振動に対して表示品質の低下を抑制できる車両用表示器を提供すること。
【解決手段】 LEDアレイ１と、透明体から成るプリズム体２と、プリズム体２を回転させるモータ６と、LEDアレイ１の点灯タイミング信号に相当し、タイミング板７に設けた点灯パターンと、点灯パターンを読み取って点灯タイミング信号へ変換するフォトインタラプタ８及びタイミング信号生成部４１と、表示させる画像情報によりプリズム体２の点灯タイミング信号に同期させて発光素子の点灯、消灯を制御する表示画像制御回路４３とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、運転情報を運転者に表示するシステムに関するものであり、特に車両、船舶、航空機などウィンドウに運転に関わる情報を表示する車両用表示器の技術分野に属する。

従来では、複数の面からなる多角柱状ミラーと直線上に配置された発光素子列を配置し、発光素子から発光する光を拡大するレンズと一定回転数で回転させる駆動手段とを設け、前記ミラーの回転位置に応じて発光素子を選択的に発光させることにより２次元画像をスクリーン上に表示させている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平７−２０７９４号公報（第２−４頁、全図）

しかしながら従来技術を、車両、船舶、航空機などにおいて運転に関わる情報を表示する車両用表示器に適用する場合、スクリーンを用いる必要があるため、スクリーンにより光が拡散してしまうため光エネルギーのロスが多い。
このロスを補うため光源規模の大型化が必要であり、表示器の大型化、消費電力の増大、発熱の増大、コストの増大、（発熱による）光源の短寿命化を招くという問題があった。
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、光源の発した光のロスを少なくし、比較的小規模な光源にて充分な表示輝度を得られるようにでき、光源の発した光を走査する光学系として、多角柱状ミラーを用いることなく、比較的低コストな光学系を用いることができ、さらに、信号処理に関しても低コストにでき、振動に対して表示品質の低下を抑制できる車両用表示器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、情報を表示で乗員に伝達する車両用表示器において、線状に配置された複数の発光素子と、同発光素子の光を入射・出射する透明体から成る第１の光学系と、前記第１光学系を回転させる回転手段と、前記発光素子の点灯タイミング信号に相当し、前記第１光学系とともに回転する点灯パターンと、前記点灯パターンを読み取って前記点灯タイミング信号へ変換する読取変換手段と、表示させる画像情報により第１光学系の前記点灯タイミング信号に同期させて発光素子の点灯、消灯を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

よって、本発明にあっては、小規模な光源にすることができ、省スペースで、低コストにでき、さらに、信号処理に関しても低コストにでき、振動に対して表示品質の低下を抑制できる。

以下、本発明の車両用表示器を実現する実施の形態を実施例に基づいて説明する。

まず構成を説明する。
図１は実施例１の車両用表示器の主要構成を示す説明図である。図２は実施例１の車両用表示器の点灯パターン部の説明図である。図３は実施例１の車両用表示器の制御ブロック図である。

実施例１の車両用表示器では、まず、複数のLEDを１列に並べたLEDアレイ１を設ける。このLEDアレイ１の発光は、LED制御回路４により表示内容とプリズム体２（第１光学系に相当する）の回転位置に応じて行われる。LEDアレイ１の発光方向には、スリット３を設ける。スリット３には、光を通過させる開口部を設ける。

プリズム体２は、材質をアクリルとして、射出成形工法により作成される。形状は４角柱体にする。
さらに、プリズム体２には、図示しないが、モータシャフト用の取付け孔と、回転軸となる突部を両端面にそれぞれ設ける。

プリズム体２の回転軸となる突部には、プリズム体２と一体となって回転するタイミング板７を設ける。
タイミング板７の環状の側部には、黒色印刷により光の反射率を低くした低反射部７ａと、白色印刷により光の反射率を高くした高反射部７ｂとを交互に設ける。低反射部７ａと高反射部７ｂの長さと間隔は、プリズム体２の１面の点灯パターンに応じて変化させたものにする（図２参照）。

フォトインタラプタ８は、図１に示すように、タイミング板７の側部に向かって発光するとともに、タイミング板７の側部で反射した光を受光して、検出信号を生成する。この検出信号は、低反射部７ａと高反射部７ｂによりパルス信号となる。
LEDアレイ１、プリズム体２は、LEDアレイ１と運転者のアイポイント５を結ぶ基準光軸Ｄ上に、LEDアレイ１からの光を通過させるようにプリズム体２を設ける（図６参照）。

次に、図３を参照してLED制御回路４について説明する。
LED制御回路４は、タイミング信号生成部４１、モータ制御回路４２、表示画像制御回路４３、LED駆動回路４４からなる。
タイミング信号生成部４１は、フォトインタラプタ８からの検出信号を変換して、LEDアレイ１の点灯タイミング信号を生成する。この際には、検出信号のパルス信号のパルス長さ、パルス間隔を変更することなく、点灯タイミング信号への変換を行うものとする。

モータ制御回路４２は、点灯タイミング信号の一部を利用して、モータの回転速度の変動を検出し、モータ６の回転が精度のよい定速回転となるように、制御を行う。
表示画像制御回路４３は、車両用表示器で表示させる内容と、LEDアレイ１の点灯タイミング信号から、LEDアレイ１の点灯タイミングを設定し、出力する。
LED駆動回路４４は、表示画像制御回路４３で設定した点灯タイミングに従って、LEDアレイ１の点灯を駆動する。

次に作用を説明する。
[スクリーンについて]
ここで、スクリーンを用いた場合の表示について、追加して説明しておく。スクリーンを用いた場合、LEDアレイ（発光素子列）が発する光線は、ミラーやレンズによりスクリーン上に結像することになる。
スクリーンは一般には透明部材の表裏面を梨地加工したもの、乳白色板が用いられるが、入射する光線に対して、透過側、反射側のいずれの方向にも拡散光線群を発生させることになる。

この拡散光線群のうち、ドライバのアイポイントに向かう光線のみが有効で、他は無駄となる。
従って充分な輝度を得ようとすると、このロスを補うため光源規模の大型化が必要であり、表示器の大型化、消費電力ん増大、発熱の増大、コストの増大、発熱による光源の短寿命化を招く。
これに対して、本実施例１では、スクリーン無しで、充分な表示を行えるようにしている。

[画像表示作用]
図５，６に示すようにLEDアレイ１の各LEDはプリズム体２に向かい光束を発する。
なお、説明の便宜上、図６に示したプリズム体２の回転角を基準角とする。光束はプリズム体２の回転角に応じて、光軸から離れる方向に偏向される。この様子を図５に示す。図５では、プリズム体２が基準角から４０°反時計回りに回転したときの光束の偏向を示す。

光軸方向に出射された光束は、光軸に対して角度αの偏向を受ける。
図５に示す、プリズム体２が基準角から４０°反時計回りに回転した場合、αは約０．６２度である。
このように、プリズム体２を任意の方向に回転させた場合、回転に応じて光束が偏向される。

ここで、プリズム体２を反時計廻りに回転させた場合を考えると、図６に示す通り、基準角からプリズム体２が時計廻りに４０°回転した位置、基準角からプリズム体２が時計廻りに２０度回転した位置、基準角の位置、基準角からプリズム体２が反時計廻りに２０°回転した位置、基準角からプリズム体２が反時計廻りに４０°回転した位置に順に達し、光束が各回転位置に応じて偏向され、アイポイント方向へ向かうように設けられている。

この各回転位置に達した時間に所定の時間、LEDを発光され、かつ、これらのLEDアレイ１の回転及び回転に合わせたLEDの発光制御を高速で行うことにより人間の目の残像効果から、図７に示すように２次元の表示像Ｓが得られる。

この図７では、横１１×縦１１ドットの表示を示している。表示像Ｓの横方向は１１個並べられたLEDアレイ１により得られる。表示像Ｓの縦方向はLEDアレイ１をプリズム体２の回転位置に応じて１１回の発光制御を行い、人間の目の残像効果により得られる。
なお、LED像の縦方向の長さは、スリット３の開口部サイズを変更することにより、またはLEDの発光時間を制御することで、調整することができる。

[LED点灯タイミング制御について]
本願へ向かう技術の流れについて以下に説明する。
車両用表示器の点灯制御のブロック図を、図１０に示す。図１０の構成においては、モータ１０６からの回転同期信号により、モータ制御手段１４２がモータ１０６の回転変動を検出し、定速回転となるように制御を行う。さらに、この回転同期信号から、タイミング制御手段１４３がタイミング制御信号を設定し、表示画像制御手段１４４が、表示内容とタイミング制御信号から、点灯タイミングを設定し、LED駆動手段１４５がLEDアレイを駆動して表示を行う。この回転同期信号はモータ１０６の１回転に１信号であった。

しかし、図１０の制御では、プリズム体として多角柱状のものを用いると、屈折面が円弧運動をしているので、２次元画像の走査方向の列間隔を単なる等間隔時間で制御すると、表示画像は図１４(b)に示すように、等間隔でなく且つつぶれた表示画像になってしまう。この表示画像を図１４(a)に示すように走査方向の列間隔を等間隔に表示するには、LEDアレイの点灯タイミングを非線形に制御しなければならない。

そこで、図１１に示すように、回転位置（回転角）を１回転中に複数ポイント（図１１では１回転に４点）にし、図１２に示す制御ブロック構成により、微小な時間幅のタイミング信号を設定する。
つまり、回転位置検出板１０７の９０度毎の４つの切り欠きをフォトインタラプタ１０８で検出することで、９０度毎のパルス信号を得るようにし、周波数逓倍回路１４１ａにより０．０１度毎のパルス信号を生成し、モータ制御回路１４２でモータ１０６を定速に制御するとともに、この０．０１度毎のパルス信号をパルス計数回路１４３ａでカウントし、これと、予め設定したLED駆動タイミングとを、比較器１４３ｂで比較して点灯タイミング信号を設定する。これならば、非線形のタイミングに対しても対応が可能である（図１３参照）。また、周波数逓倍回路１４１ａを用いない場合にも、CPUによる補間によるタイミング生成でも対応が可能である。

しかしながら、図１１、図１２に示す構成では、周波数逓倍、もしくはCPUの予測により、補間しているタイミングが生じることになる。そのため、この補間している区間において、モータの回転バラツキや過大な振動を受けることがあると、表示のふらつきが発生してしまう。
また、微小なパルス信号のカウントなどの処理回路は高価になってしまっていた。

[実際に即したLED点灯タイミング信号の生成作用]
本実施例１では、図８に示すように回転角度とLEDアレイ１の点灯時間の非線形となる関係と、これに対応して非線形の関係となる回転角度と点灯間隔について、図２に示すように、低反射部７ａと高反射部７ｂの周方向長さを変化させ、交互に配置している。この低反射部７ａと高反射部７ｂへフォトインタラプタ８の発光部から光が放射され、高反射と低反射の繰り返しにより、その光の反射を受光した受光部でフォトインタラプタ８の検出パルス信号が生成される。すると、この検出信号は、実際のプリズム体２の回転に応じた点灯時間、点灯間隔を有する点灯タイミング信号となるのである。よって、タイミング信号生成部４１では、この検出信号の時間方向を逓倍したり、予測して補間するようなことなく、時間方向はそのままとし、信号レベル等のみを整形すれば、LEDアレイ１の点灯タイミング信号として使用できるものになる。

[表示品質の向上とコスト増加の抑制作用]
(a)表示の一部つぶれ防止と回路コスト増加の抑制との両立
本実施例１では、フォトインタラプタ８の検出信号にわずかな整形を行うだけで、LEDアレイ１の点灯タイミング信号を生成できるため、上記で説明したような、周波数逓倍回路(PLL回路)や、予測による補間など微小時間幅のタイミング信号の必要がない。そのため、車両用表示器のコストを非常に抑制する。言い換えると、図１４(a)，(b)に示すように表示の一部をつぶすことなく、表示品質を向上させつつ、コストを抑制する。

(b)モータ回転ばらつきや振動による表示ふらつきの防止とコスト増加との両立
本実施例１では、点灯タイミング信号は、実際のプリズム体２の回転により生成される。そのため、モータ回転ムラや、外部から振動を受けることにより、プリズム体２に回転ばらつきが生じると、それに応じた点灯タイミング信号が生成されることになる。よって、その状態にすぐに対応したタイミングでLEDアレイ１が駆動され、表示のふらつきが抑制される。よって、さらに表示品質が向上することになる。
図９を参照して説明する。図９は、回転角度とフォトインタラプタ８の出力の例を示すタイムチャートである。例えば、図９において、フォトインタラプタ８の出力信号のパルスの間に過大な振動等の外乱が入ったとしても、外乱後の次の出力信号の変化点で、プリズム体２の回転角情報が更新され、出力信号に反映されるので、外乱の影響がキャンセルされることになる。
この作用が、点灯パターンをタイミング板７に設け、フォトインタラプタ８で読み取ることで実現することは、コスト的に非常に有利である。なぜならば、この作用は、高角度分解能エンコーダで、モータ６及びプリズム体２の回転状態を検出し、この分解能に見合う信号処理回路を行って、LEDアレイ１の点灯タイミング信号を生成するものと同等だからである。

また、コスト増加を非常に抑制して、外部からの振動を受けた際の表示ふらつきを抑制することは、路面の状況などにより、振動を受けやすい車両に用いられることに対し、特に有利である。

効果を説明する。
実施例１の車両用表示器にあっては、以下の効果を有する。
(1)情報を表示で乗員に伝達する車両用表示器において、線状に配置された複数のLEDアレイ１と、LEDアレイ１の光を入射・出射する透明体から成るプリズム体２と、プリズム体２を回転させるモータ６と、LEDアレイ１の点灯タイミング信号に相当し、プリズム体２とともに回転するタイミング板７に設けた点灯パターンと、点灯パターンを読み取って点灯タイミング信号へ変換するフォトインタラプタ８及びタイミング信号生成部４１と、表示させる画像情報によりプリズム体２の点灯タイミング信号に同期させて発光素子の点灯、消灯を制御する表示画像制御回路４３とを備えるため、小規模な光源にすることができ、省スペースで、低コストにでき、さらに、信号処理に関しても低コストにでき、振動に対して表示品質の低下を抑制できる。

(2)点灯パターンは、プリズム体２の１回転分の点灯タイミング信号に相当するものを１周に設けたため、処理回路のコスト増大を抑制しつつ、実際のプリズム体２の回転に応じた点灯タイミング信号を得て、振動に対しての表示品質の低下を抑制できる。

(3)点灯パターンは、光の反射率が高い高反射部７ｂと、光の反射率が低い低反射部７ａとで構成されたものであり、点灯パターンへ発光した光の反射で読み取るフォトインタラプタ８を設けるため、非接触で、正確に、点灯パターンを読み取ることができ、コストを抑制しつつ、精度のよい点灯タイミング信号を生成することができる。

(4)プリズム体２は４角柱状であり、点灯パターンは、多角の入射・出射面における点灯時間と非点灯時間との非線形特性に対応して、非等長さで且つ非等間隔となるようにしたため、一部がつぶれることない表示を行うことができる。

実施例２は、プリズム体２の回転により面クロック信号を生成する例である。 構成を説明する。
図１５は実施例２の車両用表示器の主要構成を示す説明図である。図１６は実施例２における回転角度とフォトインタラプタの出力信号の関係を示すタイムチャートである。図１７は実施例２におけるLED制御回路の一部を示す制御ブロック図である。

実施例２では、図１５に示すように、タイミング板７を厚くし、側面をLED点灯タイミングの点灯パターン、つまり低反射部７ａと高反射部７ｂとで構成する１周と、その隣に、各面における角度０°の回転角を示す面クロック信号を生成する低反射部７ｃと高反射部７ｄとで構成する１周とを設けるようにする。
よって、低反射部７ａと高反射部７ｂとを読み取るフォトインタラプタ８と、低反射部７ｃと高反射部７ｄとを読み取るフォトインタラプタ８１を隣り合わせに設けるようにする。
さらに、LED制御回路４は、図１７に示すように、表示画像制御回路４５をカウンタ回路４５１と画像データ部４５２で構成している。

作用を説明する。
[面クロック信号を得る作用]
実施例２では、低反射部７ｃと高反射部７ｄを設けることにより、フォトインタラプタ８１の検出信号として、面クロック信号を得る。プリズム体２が４角柱状であるから、１回転に４パルスとなる信号を得るので、この信号をモータ制御回路４２で用いればよい。

さらに、各面における角度０°を示すこの面クロック信号をカウンタ回路４５１のリセット信号として用い、確実な面ごとの表示の切り替えを行うようにすれば、点灯タイミング信号に対する演算ずれなどが生じることがない。よって、これを原因とする表示ふらつきが抑制される。

効果を説明する。
実施例２の車両用表示器にあっては、上記(1)〜(4)に加えて、以下の効果を有する。
(5)プリズム体２の多角面の各面の基準になる面クロック信号に相当し、プリズム体２とともに回転する低反射部７ｃと高反射部７ｄからなる面クロックパターンと、低反射部７ｃと高反射部７ｄからなる面クロックパターンを読み取って面クロック信号へ変換するフォトインタラプタ８１とを備え、LED制御回路４は、点灯タイミング信号をカウンタ回路４５１でカウントし、面クロック信号でカウントをリセットして、画像データ部４５２の表示させる画像情報を、点灯タイミング信号に同期させてLEDアレイ１の点灯、消灯を制御するため、より正確な制御により表示ふらつきを抑制することができる。

以上、本発明の車両用表示器を実施例１、実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、発光素子は、LEDに限られないが省電力のものが好ましい。
また、第１光学系は、実施例では４角柱形状のものを示したが、３角柱や、５角、６角など、他の形状であってもよい。
また、回転手段は、モータでなくてもよいが、コストが低く、省スペースなものが好ましい。
制御手段は、他の装置の制御を兼ねるものであってもよい。

点灯パターンの光の反射が高い部分と低い部分の組み合わせは、非反射部分と反射部分の組み合わせを含むものとする。
また、点灯パターンは、実施例では、黒色印刷と白印刷の組み合わせを示したが、例えば、表面の面粗度の異なるものの組み合わせでもよいし、金属反射面と低反射な材質の組み合わせでもよい。点灯パターンに読み取られればよいものとする。
また、実施例１におけるLED制御回路４は、図３に示す構成に限られないものとする。
また、実施例１では、フォトインタラプタ８の出力を整形したが、直接、フォトインタラプタ８の出力を点灯タイミング信号として用いてもよい。
また、実施例では、読み取り手段として、フォトインタラプタを用いたが、例えば、点灯パターンを磁性、非磁性で構成し、磁界強度で読み取るものや、点灯パターンを導電性あり、導電性なしを通電させて読み取るものであってもよい。

本願発明は、車両に限らず、列車や船舶などの移動体の表示器へ利用可能性がある。また、閉空間内で使用される表示器などにも、利用可能性がある。さらに、省スペース、省コストなため、各種携帯機や、玩具などにも利用可能性がある。

実施例１の車両用表示器の主要構成を示す説明図である。 実施例１の車両用表示器の点灯パターン部の説明図である。 実施例１の車両用表示器の制御ブロック図である。 実施例１の車両用表示器の制御信号のタイムチャート図である。 実施例１の車両用表示器における光軸偏向の状態を示す説明図である。 実施例１の車両用表示器の説明図である。 実施例１の車両用表示器の表示像の例を示す説明図である。 実施例１の車両用表示器における回転角度と点灯時間の関係を示すグラフ図である。 実施例１の車両用表示器における回転角度とフォトインタラプタの出力信号の関係を示すタイムチャート図である。 車両用表示器における制御ブロック図である。 車両用表示器の主要構成を示す説明図である。 図１１に示す構成の車両用表示器における制御ブロック図である。 図１１に示す構成の車両用表示器における回転角度と制御信号のタイムチャート図である。 表示像の一部がつぶれる状態を示す説明図である。 実施例２の車両用表示器の主要構成を示す説明図である。 実施例２の車両用表示器における回転角度とフォトインタラプタの出力信号の関係を示すタイムチャート図である。 実施例２の車両用表示器のLED制御回路の一部を示す制御ブロック図である。

符号の説明

１ LEDアレイ
２ プリズム体
３ スリット
４ LED制御回路
４１ タイミング信号生成部
４２ モータ制御回路
４３ 表示画像制御回路
４４ LED駆動回路
４５ 表示画像制御回路
４５１ カウンタ回路
４５２ 画像データ部
５ アイポイント
６ モータ
７ タイミング板
７ａ 低反射部
７ｂ 高反射部
７ｃ 低反射部
７ｄ 高反射部
８ フォトインタラプタ
Ｄ 基準光軸

Claims (5)

1. 情報を表示で乗員に伝達する車両用表示器において、
   線状に配置された複数の発光素子と、
   同発光素子の光を入射・出射する透明体から成る第１の光学系と、
   前記第１光学系を回転させる回転手段と、
   前記発光素子の点灯タイミング信号に相当し、前記第１光学系とともに回転する点灯パターンと、
   前記点灯パターンを読み取って前記点灯タイミング信号へ変換する読取変換手段と、
   表示させる画像情報により第１光学系の前記点灯タイミング信号に同期させて発光素子の点灯、消灯を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用表示器。
2. 請求項１に記載された車両用表示器において、
   前記点灯パターンは、前記第１光学系の１回転分の点灯タイミング信号に相当するものを１周に設けた、ことを特徴とする車両用表示器。
3. 請求項１又は請求項２に記載された車両用表示器において、
   前記点灯パターンは、光の反射率が高い部分と、光の反射率が低い部分とで構成されたものであり、
   前記読み取り変換手段は、発光した光の反射で点灯パターンを読み取る、ことを特徴とする車両用表示器。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両用表示器において、
   前記第１光学系は、多角柱形状であり、
   前記点灯パターンは、多角の入射・出射面における点灯時間と非点灯時間との非線形特性に対応して、非等長さで且つ非等間隔となるようにした、
   ことを特徴とする車両用表示器。
5. 請求項４に記載の車両用表示器において、
   前記第１光学系の多角面の各面の基準になる面クロック信号に相当し、前記第１光学系とともに回転する面クロックパターンと、
   前記面クロックパターンを読み取って前記面クロック信号へ変換する面クロック読取変換手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、表示させる画像情報により第１光学系の前記点灯タイミング信号及び面クロック信号に同期させて発光素子の点灯、消灯を制御する、
   ことを特徴とする車両用表示器。

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