JP2015525903A - ヘッドアップディスプレイとその動作方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、・少なくとも３つの光源であってそれぞれが他の光源の基本色とは異なる基本色の光（Ｌ）を放出するべく構成された光源（２．１〜２．３）と、・一アレイのマイクロミラーを含むデジタルマイクロミラー装置であって当該光源の光が向けられるデジタルマイクロミラー装置（３）と、・映像（Ｉ）を表示する少なくとも一つのコンバイナ（４）と、・当該光源を多重化して光をシーケンシャルに放出することによりフィールドシーケンシャル方式カラーシステムをもたらしかつ当該デジタルマイクロミラー装置を制御して当該マイクロミラーを、当該光源からの光が当該コンバイナに向かう光路（ＯＰ）に反射されるオン状態と当該光が当該光路から離れるように反射されるオフ状態との間で選択的に回転させる少なくとも一つの制御ユニット（５）とを含むヘッドアップディスプレイ（１）に関する。本発明はヘッドアップディスプレイ（１）の動作方法にも関する。

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイと、当該ヘッドアップディスプレイを動作させる方法に関する。

ヘッドアップディスプレイは、ユーザの視野内に情報を、基本的に当該視野内の眺めを遮ることなく透過表示し、当該ユーザが当該眺めに集中したままであってかつ表示された情報も取得できるようにする装置である。ヘッドアップディスプレイは例えば、車両又は航空機において使用される。

従来型ヘッドアップディスプレイは、高出力ＬＥＤを含む光源による照明を受ける薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイを含む。

特許文献１は、光源と、結像表面と、当該光源と当該結像表面との間の可飽和アブソーバとを含む投影システムを開示する。この投影システムは走査型投影システムである。他の実施形態において投影システムは、液晶パネルのような光弁を含む。

特許文献２は、可視光を放出する複数の表示手段をヘッドアップディスプレイ装置を開示する。その可視光は、フロントガラスのようなコンバイナ部材によってユーザへと反射されて仮想映像を形成する。ヘッドアップディスプレイ装置は、それぞれのミラーが可動に整列された複数のマイクロ平面ミラーを有するマイクロミラー装置を含む。マイクロミラー装置は、表示手段から表示映像を形成する方向に放出される可視光を、所定時間間隔で又は個々に平面鏡の角度を調整することによって制御する。

国際公開第２００６／０１３５２３（Ａ２）号 国際公開第２００８／０７５５３０（Ａ１）号

本発明の課題は、改善されたヘッドアップディスプレイと、当該ヘッドアップディスプレイを動作させる改善された方法を与えることにある。

この課題は、請求項１に係るヘッドアップディスプレイと請求項１６に係る方法によって解決される。

本発明の好ましい実施形態が従属項において与えられる。

本発明によれば、ヘッドアップディスプレイは、
・少なくとも３つの光源であって、それぞれが他の光源の基本色とは異なる基本色を放出するべく構成された光源と、
・当該光源の光が向けられる一アレイのマイクロミラーを含むデジタルマイクロミラー装置と、
・映像を表示する少なくとも一つのコンバイナと、
・当該光源を多重化して光をシーケンシャルに放出することによりフィールドシーケンシャル方式カラーシステムをもたらし、かつ、当該デジタルマイクロミラー装置を制御して当該マイクロミラーを、当該光源からの光が当該コンバイナに向かう光路に反射されるオン状態と当該入力光が当該光路から離れるように反射されるオフ状態との間で選択的に回転させる少なくとも一つの制御ユニットとを含む。

本発明に係るヘッドアップディスプレイを動作させる方法は、
・少なくとも３つの光源であってそれぞれが他の光源の基本色とは異なる基本色を放出するべく構成される光源を多重化して、一アレイのマイクロミラーを含むデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）にシーケンシャルに光を放出することにより、フィールドシーケンシャル方式カラーシステムをもたらすことと、
・当該デジタルマイクロミラー装置を制御して当該マイクロミラーを、映像を表示するべく当該光源からの光がコンバイナに向かう光路に反射されるオン状態と当該入力光が当該光路から離れるように反射されるオフ状態との間で選択的に回転させることとを含む。

ＬＥＤのような光源は、高速で制御かつ多重化されて光をシーケンシャルに放出することにより、赤、緑又は青のようなそれぞれの基本色で映像を、人間の視覚の慣性により当該３色が混合した色画像の印象が得られるような速度でシーケンシャルに表示する。このアプローチは、フィールドシーケンシャル方式カラーシステムと称される。さらに、ヘッドアップディスプレイはデジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）を含む。デジタルマイクロミラー装置（ＤＭＤ）は、もたらされる映像の画素に対応する一アレイのマイクロミラーを含む。

４％から５％までの範囲のＴＦＴ透過率による低い光透過率を有するのが典型的なＴＦＴイメージングを備えた従来型ヘッドアップディスプレイとは対照的に、本発明に係るヘッドアップディスプレイの光効率は著しく高い。デジタルマイクロミラー装置は、平均光効率が５０％から６０％までであり、ほぼ２５％の包括的な光システム効率を許容するので、光源の入力光パワーの必要性がほぼ５から６分の一となる。低い入力光パワーにより、光源による熱放散が低くなるので、ヘッドアップディスプレイの部材及び取り付け箇所の周囲部材の冷却努力を低くしかつ熱抵抗要件を低くすることができる。本発明に係るヘッドアップディスプレイはまた、高コントラスト比をも許容するので、すべての周囲光条件及び大きな映像サイズにおいて可読性を高めることができる。

中間スクリーンは、デジタルマイクロミラー装置から反射された光を成形してコンバイナ上に映像を再生するべく光路に配列される。中間スクリーンは、デジタルマイクロミラー装置から反射された光を透過又は反射させるべく適合される。

中間スクリーンは、光学グレードのポリカーボネート、環状オレフィンコポリマー又はシクロオレフィンポリマーのようなポリマー材料を含む。したがって、光を成形するべくガラスレンズを用いる従来型ヘッドアップディスプレイとは対照的に、安価なヘッドアップディスプレイを達成することができる。

中間スクリーンは、光路を成形する微細構造を含む。微細構造は、規則的な又はランダム／確率的なパターンに構成されたマイクロ光レンズを含む。さらに、中間スクリーンは少なくとも一つのコーティングを含む。

本発明の一実施形態において、少なくとも一つのミラーが、光部分を折り畳むべく構成される。これにより、複雑な設置状況においてヘッドアップディスプレイのコンパクトな設計が可能となる。

コンバイナ及び／又はミラーは、ガラス製、又は、さらにコストを低減するべく、光学グレードのポリカーボネート、環状オレフィンコポリマー又はシクロオレフィンポリマーのようなプラスチック製である。

コンバイナ及び／又はミラーは光学的に有効なコーティングを含む。コーティングは、コンバイナ及び／又はミラーの可視スペクトルにおける反射率を向上させるべく構成される。例えば、反射率は、製品タイプ及び用途に応じて２０％から９５％まで向上される。

コンバイナは、車両のフロントガラス、又は、車両の運転者のようなユーザの視野に配列された又は配列可能な別個の透明部材である。

ヘッドアップディスプレイは、一以上の固定されたコンバイナ、又は、ユーザの手動操作によって機械的に傾動される一以上のコンバイナを含む。同様に、ヘッドアップディスプレイは、コンバイナ又はミラーを当該視野内又は視野外に電気的、空気圧的又は液圧的に動かす一以上の駆動ユニット又は運動学的モジュールを含む。この動きは、例えば、エンジンの問題、低い油又は冷却材の圧力又はレベル等のような重要な情報がユーザの注意を促すべき場合に、ユーザ操作により及び／又は自動的に制御される。

一典型的実施形態では、センサが周囲光条件を取得するべく構成される。ここで、制御ユニットは、当該周囲光条件に応じて映像の輝度を調整するべく構成される。

センサは、暗い光条件において細かい感度となりかつ明るい周囲光条件において粗い感度となる対数的な感度を有する。これにより、ヘッドアップディスプレイの輝度の適合を改善することができる。

制御ユニットは、光源のパワーを制御することによって及び／又はデジタルマイクロミラー装置にパルス幅変調を適用することによって、映像の輝度を調整するべく構成される。

以下の詳細な説明により、本発明のさらなる適用範囲が明らかとなる。しかしながら、理解すべきことは、詳細な説明及び具体例が、本発明の好ましい実施形態を示す一方、例示のみとして与えられていることである。これは、本発明の趣旨及び範囲内における様々な唯変更及び修正が、この詳細な説明から当業者にとって明らかとなるからである。

本発明は、以下の詳細な説明と、以下の例示のみとして与えられて本発明を制限することがない添付図面とから十分に理解される。

ヘッドアップディスプレイの模式的な図である。

図１はヘッドアップディスプレイ１の模式的な図である。ヘッドアップディスプレイ１は、それぞれが赤、緑又は青の基本色の一つである光Ｌを放出する３つの光源２．１、２．２、２．３を含む。各光源２．１、２．２、２．３の基本色は他の光源の基本色と異なる。さらに、ヘッドアップディスプレイ１はデジタルマイクロミラー装置３を含む。デジタルマイクロミラー装置３は一アレイのマイクロミラーを含む。光源２．１、２．２、２．３の光Ｌがデジタルマイクロミラー装置３に向けられる。さらに、ヘッドアップディスプレイ１は、映像Ｉを表示するコンバイナ４を含む。制御ユニット５が、光源２．１、２．２、２．３を多重化するべく構成される結果、光Ｌがシーケンシャルに放出されてフィールドシーケンシャル方式カラーシステムが得られる。制御ユニット５は、デジタルマイクロミラー装置３を制御するべく構成される結果、マイクロミラーは、光源２．１、２．２、２．３からの光Ｌがコンバイナ４に向かう光路ＯＰに反射されて映像Ｉをもたらすオン状態と、光Ｌが当該光路ＯＰから離れるように反射されてコンバイナ４に表示されることがないオフ状態との間で選択的に回転される。コンバイナ４は、例えば車両の運転者又は航空機の操縦者のようなユーザＵの視野ＦＯＶ内に配列される。

映像Ｉがコンバイナ４内に又はコンバイナ４上にもたらされ、又は図示のようにコンバイナ４によって反射される結果、コンバイナ４の後ろの一定距離にユーザＵが映像Ｉを知覚する。この場合、コンバイナ４は、基本的には透明であるが、ミラーとして構成される。ただし、全反射よりも著しく低い反射率である。コンバイナは、平面、凸面、凹面、又は自由形態である。

中間スクリーン６が、デジタルマイクロミラー装置３から反射された光Ｌ’を成形するべく、光路ＯＰに配列される。この目的のために、中間スクリーン６は、光路ＯＰ内で光Ｌ’を成形して映像Ｉをもたらすべく、レンズ形状であり、又は微細構造（図示せず）を含む。中間スクリーン６は、ガラス製又はプラスチック（例えばポリマー材料）製であり又はこれらを含む。図示の実施形態では、中間スクリーン６は、デジタルマイクロミラー装置３から反射された光Ｌ’を透過するべく適合される。代替実施形態（図示せず）では、中間スクリーン６は、デジタルマイクロミラー装置３から反射された光Ｌ’を反射するべく適合される。

ミラー７は、光部分ＯＰを折り畳むべく構成される。代替実施形態では、光路ＯＰは、一を超えるミラー７によって折り畳まれる。ミラー７は、映像Ｉのサイズを調整するべく、平面、凹面、又は凸面となり得る。ミラー７又は複数ミラー７の少なくとも一つが、視野における映像Ｉの位置を調整するべく傾動（図示せず）されるように構成される。

センサ８が、周囲光条件を取得するべく構成される。ここで、制御ユニット５は、周囲光条件に応じて映像Ｉの輝度を調整させるべく構成される。センサ８は対数的な感度を有する。

映像Ｉの輝度は、光源２．１、２．２、２．３の入力パワーを、放出された光Ｌのパワーを制御するべく調整することによって、及び／又は、デジタルマイクロミラー装置３にパルス幅変調を適用することによって適合される。

コンバイナ４及び／又はミラー７は、プラスチック又はガラス製であり、光学的に有効なコーティングが設けられる。

駆動ユニット又は運動学系（図示せず）が、コンバイナ４を選択的に動かすべく、例えば視野ＦＯＶの中に又は外に折り畳むべく構成される。

典型的実施形態においてコンバイナ４は車両のフロントガラスである。

１ ヘッドアップディスプレイ
２．１ 光源
２．２ 光源
２．３ 光源
３ デジタルマイクロミラー装置
４ コンバイナ
５ 制御ユニット
６ 中間スクリーン
７ ミラー
８ センサ
ＦＯＶ 視野
Ｉ 映像
Ｌ 光
Ｌ’ 光
ＯＰ 光路
Ｕ ユーザ

Claims (16)

1. ヘッドアップディスプレイ（１）であって、
   ・少なくとも３つの光源（２．１、２．２、２．３）であって、それぞれが他の光源（２．１、２．２、２．３）の基本色とは異なる基本色の光（Ｌ）を放出するべく構成された光源（２．１、２．２、２．３）と、
   ・一アレイのマイクロミラーを含むデジタルマイクロミラー装置（３）であって、前記光源（２．１、２．２、２．３）の光（Ｌ）が向けられるデジタルマイクロミラー装置（３）と、
   ・映像（Ｉ）を表示する少なくとも一つのコンバイナ（４）と、
   ・前記光源（２．１、２．２、２．３）を多重化して光（Ｌ）をシーケンシャルに放出することによりフィールドシーケンシャル方式カラーシステムをもたらし、かつ、前記デジタルマイクロミラー装置（３）を制御して前記マイクロミラーを、前記光源（２．１、２．２、２．３）からの光（Ｌ）が前記コンバイナ（４）に向かう光路（ＯＰ）に反射されるオン状態と前記光（Ｌ）が前記光路（ＯＰ）から離れるように反射されるオフ状態との間で選択的に回転させる少なくとも一つの制御ユニット（５）と
   を含むヘッドアップディスプレイ（１）。
2. 中間スクリーン（６）が、前記デジタルマイクロミラー装置（３）から反射された光（Ｌ’）を成形するべく前記光路（ＯＰ）に配列される請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
3. 前記中間スクリーン（３）はポリマー材料を含む請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
4. 前記中間スクリーン（６）は前記光路（ＯＰ）を成形する微細構造を含む請求項２又は３に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
5. 少なくとも一つのミラー（７）が前記光部分（ＯＰ）を折り畳むべく構成される請求項１から４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
6. 前記コンバイナ（４）及び／又は前記ミラー（７）はプラスチックを含む請求項１から５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
7. 前記コンバイナ（４）及び／又は前記ミラー（７）はガラスを含む請求項１から５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
8. 前記コンバイナ（４）及び／又は前記ミラー（７）は光学的に有効なコーティングを含む請求項１から７のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
9. 前記コンバイナ（４）は、ユーザ（Ｕ）の視野（ＦＯＶ）に配列された又は配列可能な透明部材である請求項１から８のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
10. 駆動ユニットが前記コンバイナ（４）を、前記視野（ＦＯＶ）の中に又は外に選択的に動かすべく構成される請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
11. 前記コンバイナ（４）は車両のフロントガラスである請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
12. センサ（８）が周囲光条件を取得するべく構成され、
    前記制御ユニット（５）は、前記周囲光条件に応じて前記映像（Ｉ）の輝度を調整するべく構成される請求項１から１１のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
13. 前記センサ（８）は対数的な感度を有する請求項１２に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
14. 前記制御ユニット（５）は、前記光源（２．１、２．２、２．３）のパワーを制御することによって及び／又は前記デジタルマイクロミラー装置（３）にパルス幅変調を適用することによって、前記映像（Ｉ）の輝度を調整するべく構成される請求項１２又は１３に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
15. 前記中間スクリーン（６）は、前記デジタルマイクロミラー装置（３）から反射された光（Ｌ’）を透過又は反射するべく適合される請求項２から１４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ（１）。
16. ヘッドアップディスプレイ（１）を動作させる方法であって、
    ・少なくとも３つの光源（２．１、２．２、２．３）であってそれぞれが他の光源（２．１、２．２、２．３）の基本色とは異なる基本色の光（Ｌ）を放出するべく構成される光源（２．１、２．２、２．３）を多重化して、一アレイのマイクロミラーを含むデジタルマイクロミラー装置（３）にシーケンシャルに光を放出することにより、フィールドシーケンシャル方式カラーシステムをもたらすことと、
    ・前記デジタルマイクロミラー装置（３）を制御して前記マイクロミラーを、映像（Ｉ）を表示するべく前記光源（２．１、２．２、２．３）からの光（Ｌ）がコンバイナ（４）に向かう光路（ＯＰ）に反射されるオン状態とその入力光（Ｌ）が前記光路（ＯＰ）から離れるように反射されるオフ状態との間で選択的に回転させることと
    を含む方法。