JP2016177196A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 調整動作時に投影画像に生じる変化をユーザに視認されないようにできる画像表示装置を提供する。。
【解決手段】 制御部３７は、調整動作時において、光拡散部１７からの投影画像の光を、ユーザ視認領域７１外、すなわち調整領域７３に指向するように光反射部１９の姿勢を制御する。これにより、ウィンドウシールドガラス５１には投影画像は表示されない。また、通常動作時においては、投影画像の光を、ユーザ視認領域７１に反射するように光反射部１９の姿勢を制御する。これにより、ウィンドウシールドガラス５１に投影画像が表示される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ等に用いられる画像表示装置に関する。

自動車等の車両には、運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに速度、走行距離等の情報を把握できるように、フロントガラスの前方に表示（ホログラム）画像を虚像として表示させるヘッドアップディスプレイ装置が搭載されつつある。
このようなヘッドアップディスプレイでは、レーザ等の発光部からの光を位相変調部で位相変調する。このような位相変調部としては、ＬＣＯＳ等の空間位相変調素子が用いられる。

ＬＣＯＳは、反射型の液晶素子であり、液晶を制御する共通（中点）電圧ＶＣＯＭを用いている。ＬＣＯＳは、シリコンのＣＭＯＳ基板上にマトリクス状にＭＯＳ型トランジスタや画素電極を設け、このＣＭＯＳ基板と対向配置した第２の基板の画素電極対向面に光学的に透明の共通電極を設け、上記の２枚の基板間に封入された液晶層からなる反射型液晶表示素子である。

このようなＬＣＯＳを用いた位相変調部では、共通電極に供給される共通電圧ＶＣＯＭのキャリブレーション等の調整動作が必要とされる。
当該調整動作では、フォトダイオード等が使用される。例えば共通電圧ＶＣＯＭの＋側と−側で表示を行い、その＋側と−側の表示バランスが一致するように調整を行う。その際、十分なダイナミックレンジを確保するために発光部に印加する電流値を上げて輝度を上げる必要がある。

特開２００９−２２２８８２号公報

しかしながら、上述したように共通電圧ＶＣＯＭの調整時に、発光部の光出力を上げると、投影画像の輝度が高くなり、運転者に視認されてしまう虞がある。
このような調整動作において、運転者にとって不要な画像の輝度変化を視認されないようにしたいという要請がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、調整動作時に投影画像に生じる変化をユーザに視認されないようにできる画像表示装置を提供することを目的とする。

本発明の画像表示装置は、発光部からの光に応じた投影画像を形成する画像形成部と、前記画像形成部によって形成された前記投影画像に応じた光をユーザ視認領域に照射させる光学部材と、前記画像形成部の調整動作を行う調整部と、前記調整部の前記調整動作中に、前記投影画像が前記ユーザ視認領域に照射されないように前記光学部材を制御する制御部とを有する。

この構成によれば、調整部が調整動作中に投影画像がユーザ視認領域に照射されないように、制御部が光学部材を制御する。これにより、調整動作中には、ユーザ視認領域には投影画像が表示されないので、調整動作に伴う変化をユーザに視認されないようにできる。

好適には本発明の画像表示装置の前記光学部材は、前記画像形成部によって形成された前記投影画像に応じた光を反射して前記ユーザ視認領域に照射する光反射部であり、前記制御部は、前記調整部の前記調整動作中に、前記投影画像に応じた光が前記ユーザ視認領域外に向けて反射されるように前記光反射部の姿勢を制御する。
この構成によれば、制御部は光反射部の姿勢を制御するという簡単な操作で、調整動作中にユーザ視認領域に投影画像が表示されないようにできる。

好適には本発明の画像表示装置は、前記画像形成部からの光を光拡散する光拡散部を有し、前記光反射部は、前記光拡散部からの光を反射する。
この構成によれば、比較的スペースに余裕がある光拡散部の光出力側に光反射部を設置できる。

好適には本発明の画像表示装置では、前記投影画像には、前記ユーザ視認領域に投影される表示画像と、前記調整動作に用いられる調整用画像とが含まれ、前記調整用画像を形成する光を受光する受光部を有し、前記調整部は、前記受光部の受光結果を基に前記調整動作を行う。
この構成によれば、調整部が調整用画像を基に調整動作を行うことができる。

好適には本発明の画像表示装置では、前記調整用画像は、前記ユーザ視認領域に投影されない画像であり、前記受光部は、前記光拡散部の光拡散領域の外側に設けられている。
この構成によれば、調整用画像をユーザに視認されないようにできる。

好適には本発明の画像表示装置の前記画像形成部は、前記発光部からの光を位相変調して前記投影画像に応じたホログラム回折光を生成する。
この構成によれば、ホログラム回折光により、ホログラム像を表示できる。

好適には本発明の画像表示装置の前記画像形成部は、反射型の液晶素子を用いており、前記調整部は、前記発光部の光出力を変化させて、前記画像形成部の前記液晶素子を制御するために用いられる共通電圧を調整する。
この構成によれば、反射型の液晶素子を用いた画像形成部の共通電圧調整を行うことができる。

本発明によれば、調整動作時に投影画像に生じる変化をユーザに視認されないようにできる画像表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る画像表示装置の機能ブロック図である。 運転者が虚像を視認する原理を説明するための図である。 光反射部の動作を説明するための図である。 ユーザ視認領域および調整領域を説明するための図である。 図１に示す制御部の処理を説明するためのフローチャートである。ある。 調整用画像を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係る画像表示装置について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る画像表示装置１の機能ブロック図である。図２は運転者が虚像を視認する原理を説明するための図である。
本実施形態の画像表示装置１は、車両（移動体）に搭載されて用いられるヘッドアップディスプレイである。

図１に示すように、画像表示装置１は、例えば、発光部１１、画像形成部１３、フーリエ変換レンズ１５、光拡散部１７、光反射部１９、受光部３１、発光制御部３３、調整部３５、制御部３７、画像メモリ４１、パラメータメモリ４３、パラメータ設定部４５、画像情報生成部４７を有する。

発光部１１は、例えば、虚像表示のためのＲ（赤）とＧ（緑）のそれぞれの可視光を照射する２つのレーザダイオード（ＬＤ）で構成されている光源である。Ｒ（赤）とＧ（緑）の他、Ｂ（青）やＹ（黄）、ＩＲ（赤外）など様々な光を照射することも可能であるが、ここではＲ（赤）とＧ（緑）の光を照射する場合について説明する。発光部１１は、各レーザからの光を画像形成部１３に照射する。発光部１１のレーザの光出力は発光制御部３３によって制御される。

画像形成部１３は、画像情報生成部４７で生成された表示画像情報に基づいて、発光部１１からのレーザ光を位相変調し、位相変調によって生成されたホログラム回折光をフーリエ変換レンズ１５に照射する。

画像形成部１３は、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）４９である。ここで、ＬＣＯＳは、一般的にはシリコンのＣＭＯＳ基板上にマトリクス状にＭＯＳ型トランジスタや画素電極を設け、このＣＭＯＳ基板と対向配置した基板の画素電極対向面に光学的に透明の共通電極を設け、これらの基板間に封入された液晶層からなる反射型液晶表示素子である。
前述したように、共通電極には共通電圧ＶＣＯＭが供給され、共通電圧ＶＣＯＭはキャリブレーション等の調整動作によって調整される。

画像形成部１３は、ＬＣＯＳに変えて透過型ＬＣＤ等を用いてもよい。

フーリエ変換レンズ１５は、画像形成部１３からのホログラム回折光をフーリエ変換して光拡散部１７に結像させる。

光拡散部１７は、フーリエ変換レンズ１５を介して入射したホログラム回折光を光拡散するディフューザである。光拡散部１７は、例えば、ディスク状で透過型の光学部品（光学素子）を有している。当該光学部品のうち、光路を横断する光学面を光が透過する際に、場所によって約λ／２程度の光路差（位相差）が発生する。当該光部品は、光軸にほぼ平行な軸を中心に回転駆動される。光拡散部１７により、視認され画質劣化の要因となる光の干渉性のスペクトルノイズが抑制される。

光反射部１９は、拡大ミラーからなり、光拡散部１７からの光拡散された光を拡大・歪補正を行ってウィンドウシールドガラス５１に投影する。ウィンドウシールドガラス５１は車両のフロントガラスとして設けられている。

光反射部１９は、図２に示すように、光拡散部１７からの光に応じた表示画像を拡大および歪補正を行って、ウィンドウシールドガラス５１に向けて投影し、この表示像を運転者の視点５５の方向に反射させることによって当該表示像を虚像５７として運転者の前方に結像させて運転者に表示像を視認させる。光反射部１９は、運転者の視線位置の変化に柔軟に対応するため角度が自由に調節可能となっている。

光反射部１９は、後述するように、調整部３５の調整動作中は、表示画像をユーザ視認領域外に反射する姿勢になる。
図３は、光反射部１９の動作を説明するための図である。
図２および図３に示すように、光反射部１９の光反射先（ウィンドウシールドガラス５１側）には、開口部６１ａを備えた光遮蔽板６１が設けられている。

図２および図３に示すように、光反射部１９は、画像表示装置１の通常動作時に、光拡散部１７からの投影画像の光を、開口部６１ａが位置するユーザ視認領域７１に照射し、開口部６１ａを介してウィンドウシールドガラス５１に照射する姿勢となる（図３に示す点線）。本実施形態において、ユーザ視認領域７１は、通常動作時においてウィンドウシールドガラス５１に照射される光が通る領域である。

一方、光反射部１９は、画像表示装置１の調整動作時に、光拡散部１７からの投影画像の光を、光遮蔽板６１が位置する調整領域７３に照射する姿勢となる（図３に示す一点鎖線あるいは二点鎖線）。そのため、投影画像の光は、光遮蔽板６１によって遮光され、ウィンドウシールドガラス５１には照射されず、ウィンドウシールドガラス５１には投影画像は表示されない。
光反射部１９の姿勢は、後述するように、制御部３７によって制御される。

受光部３１は、フォトダイオード（ＰＤ）であり、光拡散部１７の周囲に設けられ、後述する画像情報生成部４７で生成された表示画像情報に含まれる調整用画像情報に応じた調整用画像８１が照射される位置に設けられている。発光制御部３３は、受光部３１から光強度を入力し、当該光強度が指定された光強度になるように発光部１１の出力をフィードバック制御する。

受光部３１および発光制御部３３は、いわゆるＡＰＣ（Auto Power Control）を構成しており、両者により光強度の制御を行う。当該光強度の指定はパラメータ設定部４５によって行われる。以上のように構成することにより、画像形成部１３によって出力される調整用画像８１に応じた光を受光部３１で検出し、その検出結果を基に、発光部１１の光出力を調整する。
具体的には、発光制御部３３は、受光部３１における調整用画像８１の光強度を基に、当該光強度が所定の強度になるように受光部３１の光出力をフィードバック制御する。

調整部３５は、画像形成部１３の共通電圧ＶＣＯＭの調整動作を行う。当該調整動作は、定期的に行われる。
調整部３５は、調整動作を開始および終了すると、その旨を示す通知信号を制御部３７に出力する。

調整部３５は、調整動作において、前述した画像形成部１３の共通電極に供給される共通電圧ＶＣＯＭのキャリブレーション等の調整動作を行う。
具体的には、調整部３５は、例えば共通電圧ＶＣＯＭの＋側と−側で表示を行い、その＋側と−側のバランスが一致するように共通電圧ＶＣＯＭを調整する際に、十分なダイナミックレンジを確保するために発光部１１の光出力を上げて表示画像の輝度を上げる。
このとき、調整部３５は、当該調整動作において、画像情報生成部４７が生成する調整用画像の調整情報を画像情報生成部４７に出力する。

制御部３７は、調整部３５からの通知信号を基に、調整部３５の調整動作中に、光拡散部１７からの投影画像の光をユーザ視認領域７１外に反射するように光反射部１９の姿勢を制御する。

図５は、制御部３７の処理を説明するための図である。
ステップＳＴ１：
制御部３７は、調整部３５からの通知信号に基づいて、調整部３５が調整動作を開始したか否かを判断し、調整動作を開始したと判断するとステップＳＴ２に進み、そうでない場合にはステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ２：
制御部３７は、光拡散部１７からの投影画像の光を、図３および図４に示すユーザ視認領域７１外、すなわち調整領域７３に反射するように光反射部１９の姿勢を制御する。これにより、ウィンドウシールドガラス５１には投影画像は表示されない。

ステップＳＴ３：
制御部３７は、調整部３５からの通知信号に基づいて、調整部３５が調整動作を終了したか否かを判断し、調整動作を終了したと判断するとステップＳＴ４に進み、そうでない場合にはステップＳＴ１に戻る。

ステップＳＴ４：
制御部３７は、光拡散部１７からの投影画像の光を、図３および図４に示すユーザ視認領域７１に反射するように光反射部１９の姿勢を制御する。これにより、ウィンドウシールドガラス５１に投影画像が表示される。

画像メモリ４１は、表示画像の原画像情報を記憶する。当該原画像情報は、例えばＪＰＥＧである。また原画像情報には、調整用画像が含まれる。さらに画像メモリ４１に、画像領域毎に、相互に異なるタイミングで表示される複数の前記原画像情報を予め用意することにより、画像形成部１３は、複数の画像領域の原画像情報を、それぞれに規定されたタイミングで位相変調してもよい。パラメータメモリ４３は、原画像情報を調整（設定）するためのパラメータデータの初期情報を記憶する。

パラメータ設定部４５は、予め用意された原画像情報を調整するためのパラメータを、パラメータメモリ４３に記憶されたパラメータデータを読み出すことにより設定する。ここでのパラメータとして、原画像情報が示す画像の形状、輝度、使用ピクセル数および階調の少なくとも一つを設定するためのパラメータを設定する。
パラメータ設定部４５からの設定情報を、画像情報生成部４７に出力する。

画像情報生成部４７は、パラメータ設定部４５から入力したパラメータを基に、画像メモリ４１から読み出した原画像情報を調整して表示画像情報を生成し、これを画像形成部１３に出力する。

画像情報生成部４７は、図６に示すように、表示画像情報が示す表示画像８３内の調整用画像８１の輝度情報を、調整部３５からの調整情報を基に設定する。
なお、表示画像８３内には、通常動作時に図３に示すユーザ視認領域７１に照射されるユーザ視認画像８５があり、このユーザ視認画像８５が光拡散部１７にて拡散される。ユーザ視認画像８５の外側に調整用画像８１があり、調整用画像８１の照射位置に受光部３１が設けられる。

画像形成部１３は、画像情報生成部４７が生成した表示画像情報についてレーザ光を位相変調してホログラム回折光を生成することとなる。

以下、画像表示装置１の動作を説明する。
［通常動作］
画像表示装置１では、発光部１１からの光が画像形成部１３に入射する。また、画像情報生成部４７において、パラメータ設定部４５から入力したパラメータを基に、画像メモリ４１から読み出した原画像情報を調整して表示画像情報が生成される。

そして、画像形成部１３が、画像情報生成部４７で生成された表示画像情報に基づいて、発光部１１からのレーザ光を位相変調し、位相変調によって生成されたホログラム回折光をフーリエ変換レンズ１５に照射する。そして、光拡散部１７において、ホログラム回折光が拡散され、光反射部１９によって図３および図４に示すユーザ視認領域７１に指向されて、光遮蔽板６１の開口部６１ａを介して、ウィンドウシールドガラス５１に照射される。

光反射部１９からウィンドウシールドガラス５１に投射された光は、ウィンドウシールドガラス５１で反射して運転者（搭乗者）の視点５５に到達する。運転者は、ウィンドウシールドガラス５１の前方の地点において、光反射部１９からの光に応じた画像を拡大した虚像（虚像表示像）５７として視認することができる。

［調整動作］
調整部３５から制御部３７に調整開始を示す通知信号が出力される。
制御部３７は、当該通知信号を入力すると、光拡散部１７からの投影画像の光を、図３および図４に示すユーザ視認領域７１外、すなわち調整領域７３に反射するように光反射部１９の姿勢を制御する。これにより、ウィンドウシールドガラス５１には投影画像は表示されない。

また、調整部３５から画像情報生成部４７の調整情報が出力される。
画像情報生成部４７は、当該調整情報を基に、調整用画像８１の輝度を上下する。
すなわち、画像形成部１３によって出力される調整用画像に応じた光を受光部３１で検出し、発光制御部３３が当該検出結果を基に、発光部１１の光出力を上げる
調整部３５は、このように発光部１１の光出力が上げられた状態で、前述した画像形成部１３の共通電極に供給される共通電圧ＶＣＯＭの調整を行う。

以上のように、画像表示装置１によれば、図３〜図５を用いて説明したように、調整部３５による調整動作中に投影画像がユーザ視認領域７１に照射されないように、制御部３７が光反射部１９を制御する。これにより、調整動作中には、ユーザ視認領域７１には投影画像が表示されないので、調整動作に伴う変化をユーザに視認されないようにできる。

また、画像表示装置１によれば、投影画像の光路を光反射部１９によって変更するので、簡単な構成で実現できる。
また、画像表示装置１によれば、光拡散部１７の光出力側の比較的スペースに余裕がある領域に光反射部１９を配置するので設計が容易になる。

また、画像表示装置１によれば、調整部３５によって調整用画像８１の輝度を調整することで、受光部３１および発光制御部３３によるフィードバック制御を使って発光部１１の光出力を柔軟に制御できる。これにより、画像形成部１３の共通電圧ＶＣＯＭのキャリブレーション動作を適切に行うことができる。

また、上述した実施形態では、本発明をヘッドアップディスプレイに適用した場合を例示したが、それ以外の画像表示装置に適用してもよい。
また、上述した実施形態では、調整部３５による調整動作時に投影画像の光を光遮蔽板６１によって遮光される調整領域７３に照射させる場合を例示したが、例えば、光遮蔽板６１の開口部６１ａにシャッターを設け、調整動作時に当該シャッターを閉じるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、調整動作として画像情報生成部４７の共通電圧ＶＣＯＭの調整動作を例示したが、その他の調整動作であってもよい。

本発明は、発光部からの光を基に投影画像を表示する画像表示装置に適用可能である。

１…画像表示装置
１１…発光部
１３…画像形成部
１５…フーリエ変換レンズ
１７…光拡散部
１９…光反射部
２１…ウィンドウシールドガラス
３１…受光部
３３…発光制御部
３７…制御部
３５…調整部
４１…画像メモリ
４３…パラメータメモリ
４５…パラメータ設定部
５７…虚像
７１…ユーザ視認領域
７３…調整領域

Claims (7)

1. 発光部からの光に応じた投影画像を形成する画像形成部と、
   前記画像形成部によって形成された前記投影画像に応じた光をユーザ視認領域に照射させる光学部材と、
   前記画像形成部の調整動作を行う調整部と、
   前記調整部の前記調整動作中に、前記投影画像が前記ユーザ視認領域に照射されないように前記光学部材を制御する制御部と
   を有する画像表示装置。
2. 前記光学部材は、前記画像形成部によって形成された前記投影画像に応じた光を反射して前記ユーザ視認領域に照射する光反射部であり、
   前記制御部は、前記調整部の前記調整動作中に、前記投影画像に応じた光が前記ユーザ視認領域外に向けて反射されるように前記光反射部の姿勢を制御する
   請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記画像形成部からの光を光拡散する光拡散部
   を有し、
   前記光反射部は、前記光拡散部からの光を反射する
   請求項２に記載の画像表示装置。
4. 前記投影画像には、前記ユーザ視認領域に投影される表示画像と、前記調整動作に用いられる調整用画像とが含まれ、
   前記調整用画像を形成する光を受光する受光部を有し、
   前記調整部は、前記受光部の受光結果を基に前記調整動作を行う
   請求項１〜３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記調整用画像は、前記ユーザ視認領域に投影されない画像であり、
   前記受光部は、前記光拡散部の光拡散領域の外側に設けられている
   請求項３または請求項４に記載の画像表示装置。
6. 前記画像形成部は、前記発光部からの光を位相変調して前記投影画像に応じたホログラム回折光を生成する
   請求項１〜５のいずれかに記載の画像表示装置。
7. 前記画像形成部は、反射型の液晶素子を用いており、
   前記調整部は、前記発光部の光出力を変化させて、前記画像形成部の前記液晶素子を制御するために用いられる共通電圧を調整する
   請求項６に記載の画像表示装置。