JP2018106193A

JP2018106193A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2018106193A
Application number: JP2018032555A
Authority: JP
Inventors: 武志谷内田; Takeshi Yanaida
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-07-05

Abstract

【課題】高温による故障を防止しつつ視認性を良好にする。【解決手段】バックライト２２は、液晶パネル２１の背面にマトリクス状に配置され、液晶パネル２１をエリア毎に照明可能であり、制御部６０は、液晶パネル２１が表示する表示画像Ｍに対応して、照明するエリアを制御するようにバックライト２２を制御し、リレー光学系３０（４０）は、液晶パネル２１の表示面を透過反射面に向けて投射することで、液晶パネル２１の表示画像Ｍの虚像を視認させる。【選択図】図３

Description

本発明は、虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来のヘッドアップディスプレイ装置は、特許文献１に記載されているように、バックライトの光を透過することで表示画像を生成する液晶表示装置を備え、この液晶表示装置に表示された表示画像を示す表示光を光学系が投影面に向けることで、投影面を通して前記表示画像の虚像をユーザに視認させる。

このようなヘッドアップディスプレイ装置は、外部から太陽光がヘッドアップディスプレイ装置の内部に侵入してしまうこと、及びバックライトの発熱により液晶表示装置が高温になり、液晶が液化温度に達し表示不能になってしまうおそれがあった。

このような液晶表示装置の温度上昇を抑制するため、特許文献１には、太陽光の強度を検出し、太陽光の強度が所定の閾値を超えた場合に液晶表示装置の温度が上昇してしまうため、液晶表示装置のバックライトの光出力を低下することで温度上昇を抑制していた。

特開２０１３−２２８４４２号公報

しかしながら、外光の光強度が所定の閾値を超えた場合にバックライトの出力を低下させてしまうと、虚像の輝度の低下により視認性が低下してしまうという問題があった。

すなわち、本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、高温による故障を防止しつつ視認性を良好にした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。

上記の課題を解決するため、本発明の第一の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示画像を表示し、透過反射面により前記表示画像を反射することで、前記透過反射面を介した実景とともにユーザに前記表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示画像を表示する液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面に配置され、前記液晶パネルをエリア毎に照明するバックライトと、
前記表示画像に対応して照明するエリアを制御するように前記バックライトを制御する制御部と、を備えるものである。

高温による故障を防止しつつ視認性を良好にすることができる。

本発明の実施形態を示す概観図。同上実施形態の電気的構成を示すブロック図。同上実施形態の液晶表示装置の通常表示の表示例を示す図。同上実施形態の液晶表示装置の縮小表示の表示例を示す図。同上実施形態の表示処理のフロー図。

以下、添付図面に基づいて、本発明のヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）１００の一実施形態を説明する。

ＨＵＤ装置１００は、例えば自動車に搭載されるものであり、図１等に示すように、筐体１０と、表示器２０と、平面鏡（リレー光学系）３０と、凹面鏡（リレー光学系）４０と、アクチュエータ５０と、制御基板（図示しない）と、を備え、表示器２０が表示した表示画像Ｍを表す表示光Ｌを、平面鏡３０と凹面鏡４０とで反射させ、ＨＵＤ装置１００が搭載される車両のフロントガラス２００に照射することで表示を行う。ＨＵＤ装置１００がこのように表示する内容は、各種車両情報やナビゲーション情報等である。

筐体１０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂から形成され、平面鏡３０、凹面鏡４０、及び、アクチュエータ５０を内部に収納し、外部に表示器２０と制御基板（図示しない）が取り付けられる。
筐体１０は、フロントガラス２００に対向する部分に、後述する表示光Ｌをフロントガラス２００に通過させる開口部１０ａを有し、この開口部１０ａは、透光性カバー１０ｂに覆われている。また、筐体１０は、開口部１０ａの平面鏡３０に近接する箇所に遮光壁１０ｃを有し、開口部１０ａ（透光性カバー１０ｂ）から入射する外光が平面鏡３０側または表示器２０側へ進行することを防止する。

表示器２０は、筐体１０の外部に取り付けられ、筐体１０の表示口１０ｄから表示画像Ｍを臨むように表示するものである。また、表示器２０には、発生した熱を外部に放出するためのヒートシンク２０ａが係合されている。表示器２０の詳細な構成については、詳述する。

平面鏡（リレー光学系）３０は、例えば合成樹脂やガラス材料などからなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、表示器２０が出射した表示画像Ｍの表示光Ｌを、凹面鏡４０に向けて反射させるものである。

凹面鏡（リレー光学系）４０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面鏡３０で反射した表示光Ｌをさらに反射させ、フロントガラス２００に向ける。凹面鏡４０で反射した表示光Ｌは、筐体１０の開口部１０ａに設けられた透光性カバー１０ｂを透過して、フロントガラス２００に向かう。フロントガラス２００に到達し、反射された表示光Ｌは、フロントガラス２００の前方位置に表示画像Ｍの虚像（観察者３００に視認される表示像）Ｖを形成する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、虚像Ｖとフロントガラス２００の前方に実際に存在する外景等の双方を、観察者３００（主に車両の運転者）に視認させることができる。なお、凹面鏡４０は拡大鏡としての機能を有し、表示器２０に表示された表示画像Ｍを拡大してフロントガラス２００側へ反射する。すなわち、観察者３００に視認される虚像Ｖは表示器２０が表示する表示画像Ｍが拡大した像である。

アクチュエータ５０は、モータ（図示しない）と、モータの動力を凹面鏡４０に伝達する歯車などの動力伝達部材（図示しない）と、これらモータと動力伝達部材及び凹面鏡４０を支持する支持基体（図示しない）と、を備え、凹面鏡４０を回転軸線ＡＸ周りに回転させるものである。モータは、凹面鏡４０を回転軸線ＡＸ周りに回転させるための動力を発生させるものであり、例えばステッピングモータからなる。モータは、後述する制御部６０からの電気信号及び電力供給に応じてモータを回動させ、動力伝達部材が凹面鏡４０に動力を伝達して、凹面鏡４０を回転軸線ＡＸ周りに回転させる。このアクチュエータ５０が駆動することにより凹面鏡４０が回転軸線ＡＸを中心に回動し、観察者３００が視認する虚像Ｖの位置を移動させることができる。なお、アクチュエータ５０は、観察者３００が図示しない操作入力部を操作した操作信号に基づいて駆動してもよく、また観察者３００の視点の位置を検出する図示しない視点位置検出部からの信号に基づいて駆動してもよい。以下に、表示器２０の具体的な構成を、図２を用いて説明する。

表示器２０は、液晶パネル２１と、バックライト２２とを有する透過型の表示器であり、車両情報を報知するための表示画像Ｍを表示するものである。なお、表示器２０は、液晶パネル２１の温度を検出する温度検出部２３を有する。さらに、本発明における表示器２０において、バックライト２２は、液晶パネル２１の複数エリアをそれぞれ独立して調光するローカルディミングが可能であり、液晶パネル２１が表示画像Ｍを表示するエリアのみ選択的に照明することでバックライト２２の消費電力を低減し、かつバックライト２２の発熱量を抑制している。

液晶パネル２１は、ガラスやプラスチック等の透明な材料で形成され、互いに対向する一対の基板（図示しない）と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなり、前記一対の基板の互いに対向する面の各々に形成される透明電極（図示しない）と、この透明電極の各々を覆う配向膜（図示せず）と、前記一対の基板同士を接合するシール材（図示せず）と、前記一対の基板間に形成される空間に封入される液晶層（図示しない）と、前記基板を外側から挟むように配置される一対の偏光板（図示しない）と、を備える。液晶パネル２１は、例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）型、ＶＡ（Vertical Alignment）型、ＳＴＮ（Super-Twisted Nematic）型、強誘電性型等の公知の液晶パネルから構成される。また、液晶パネル２１は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型、パッシブ駆動型のいずれであってもよい。前記偏光板は、液晶パネル２１の型（ＴＮ型等）及び表示態様（ネガ／ポジ表示）に合わせて、適宜、各々が有する透過軸が互いに直交、又は、平行となるように配置されている（クロスニコル、又は、パラレルニコル配置）。

バックライト２２は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成され、液晶パネル２１の裏側にマトリクス状に配設されている。バックライト２２は、各々のLEDが独立にその点灯状態を制御でき、後述する制御部６０の制御の下、適切な光強度の照明光を出射し、液晶パネル２１を背面側から照明する。表示器２０は、バックライト２２の光により透過表示を行う。これにより、液晶パネル２１から表示画像Ｍを表す表示光Ｌが出射される。

温度検出部２３は、液晶パネル２１の温度を検出するために設けられるものである。温度検出部２３は、液晶パネル２１の近傍に位置し、例えば温度によって自身の抵抗値を変化させるサーミスタからなり、検出した温度をアナログ信号からなる温度情報に変換し、制御部６０に出力する。制御部６０は、温度検出部２３が出力する温度情報から液晶パネル２１の温度を推定し、所定の閾温度Ｔｔｈを超える場合は、後述する縮小表示処理を実行する。この「縮小表示処理」については、後に詳述する。

制御部６０は、図示しない制御基板に実装される電子回路により構成され、１つもしくは複数のマイクロプロセッサ，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６１と、書き換え可能なＲＡＭ，読み出し専用のＲＯＭ，プログラム読み出し用の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６２と、を備え、液晶パネル２１，バックライト２２，温度検出部２３，及びアクチュエータ５０，及び図示しない車両ＥＣＵなどと信号を授受可能に接続される。

処理部６１は、車両ＥＣＵから入力される情報に基づき、画像データを記憶部６２から読み出し、液晶パネル２１に画像データを出力することで液晶パネル２１の表示エリアのうち所定のエリアに表示画像Ｍを表示させる。

図３に観察者３００が通常視認する表示画像Ｍの一例を示す。図３では、観察者３００が視認可能な領域を視認エリアＥと記す。表示器２０で表示した表示画像Ｍのうち視認エリアＥ内のものは、リレー光学系（平面鏡３０と凹面鏡４０）により反射され、フロントガラス２００を介して観察者３００に視認される。一方、表示器２０で表示した表示画像Ｍのうち視認エリアＥ外のものは、表示光Ｌが観察者３００の方向へ進行せずに観察者３００に視認されない。

表示器２０が表示する表示画像Ｍは、図３に示すように、例えば、経路案内する第一表示画像Ｍ１、自車両の速度を表示する第二表示画像Ｍ２、走行している車線の規制情報を表示する第三表示画像Ｍ３などである。なお、第一表示画像Ｍ１は、観察者３００が前方を視認した際にフロントガラス２００を通した実景に重なり、実景における分岐路などの案内経路を指示・強調するコンタクトアナログ表示であり、第二表示画像Ｍ２，第三表示画像Ｍ３は、特定の実景を指示・強調しない非コンタクトアナログ表示である。また、図３における表示器２０を格子状に区切った点線で囲われた領域にはそれぞれバックライト２２が配置されており、塗りつぶされた領域は照明光を発し、塗りつぶされていない領域は照明光を発しない（または小さな光強度の照明光を発する）。図３では、第一表示画像Ｍ１を照明するバックライト２２を第一照明エリアＢＫ１、第二表示画像Ｍ２を照明するバックライト２２を第二照明エリアＢＫ２、第三表示画像Ｍ３を照明するバックライト２２を第三照明エリアＢＫ３と記す。バックライト２２は、液晶パネル２１が表示する表示画像Ｍの直下または周辺において照明光を出射させる。

処理部６１は、温度検出部２３が検出する検出温度Ｔが所定の閾値より高い場合、図３に示す通常表示から、図４に示す表示画像Ｍを縮小した縮小表示に移行する縮小表示処理を実行する。以下に本実施形態におけるＨＵＤ装置１００の表示処理を図５に示すフローチャートを用いて説明する。

処理部６１は、ＨＵＤ装置１００が起動してから表示処理を開始する。ＨＵＤ装置１００の起動は、具体的に例えば、自車両のＩＧＮ−ＯＮやＡＣＣ−ＯＮなどである。表示処理を開始するとまず処理部６１は、ステップＳ１において、表示画像Ｍの生成を行う。表示画像Ｍは、予め記憶部６２に記憶されており、処理部６１は、自車両から入力された信号に基づいて表示画像Ｍの画像データを記憶部６２から読み出す。なお、表示画像ＭはＨＵＤ装置１００内部の記憶部６２に記憶されていなくてもよく、ＨＵＤ装置１００の外の任意の記憶部に記憶された画像データを信号入力するものであってもよい。

次に、処理部６１は、ステップＳ２において、温度検出部２３から液晶パネル２１の温度データである検出温度Ｔを入力し、この入力した検出温度Ｔと予め記憶部６２に記憶された閾温度Ｔｔｈとを比較する（ステップＳ３）。検出温度Ｔが閾温度Ｔｔｈより高い場合、表示画像Ｍを縮小サイズとする縮小表示処理（ステップＳ４）に移行し、検出温度Ｔが閾温度Ｔｔｈより低い場合、表示画像Ｍを通常サイズとする通常表示処理（ステップＳ５）に移行する。

処理部６１は、ステップＳ４において、表示画像Ｍの縮小表示処理を行う。ここでの縮小表示処理はニアレストネイバー法、バイリニア法、バイキュービック法などの縮小アルゴリズムなどを用いてもよい。また、表示画像Ｍを縮小した縮小画像データを記憶部６２に格納し、適宜読みだしてもよい。
また、処理部６１は、ステップＳ５において、表示画像Ｍを通常サイズで表示させる通常表示処理を行う。

次に、処理部６１は、ステップＳ６において、表示画像Ｍに合ったバックライトパターンを生成する。バックライト２２は、例えば、液晶パネル２１の所定の区画内が黒表示（表示する表示画像Ｍがなし）であれば消灯し、それ以外では点灯させる。なお、処理部６１は、縮小表示から通常表示に移行する、または通常表示から縮小表示に移行するように画像サイズが変更される場合、表示画像Ｍの輝度が変化しないようにバックライト２２の個々の光源の出力を調整する。

次に、処理部６１は、ステップＳ７において、液晶パネル２１の駆動及びステップＳ６で生成したバックライトパターンによりバックライト２２に駆動することで所定の表示画像Ｍを表示する。

以上の表示処理を、表示画像Ｍを生成する度（１フレーム毎）に繰り返し、ＨＵＤ装置１００が起動している間だけ継続する。本実施形態におけるＨＵＤ装置１００は、液晶パネル２１の温度を温度検出部２３で検出し、液晶パネル２１の温度が高くなった場合に、液晶パネル２１が表示する表示画像Ｍのサイズを縮小し、かつこの縮小した表示画像Ｍに合わせてバックライト２２をローカルディミングすることにより、バックライト２２全体の消費電力を削減することができ、バックライト２２自身の発熱量を抑え、液晶パネル２１の破損を防止することができる。また、表示画像Ｍを縮小する際に、表示画像Ｍの輝度を低下させないようにバックライト２２が制御されるため、視認性を低下させることなく、液晶パネル２１の破損を防止することができる。

また、本実施形態において、表示画像Ｍの縮小方向は、図４に示すように、液晶パネル２１の外縁側とする。このように表示画像Ｍを液晶パネル２１の外縁側に向けて縮小することで、点灯させるバックライト２２の照明エリアを液晶パネル２１の外縁側に寄せることができる。ちなみに、液晶パネル２１が温度上昇しやすく破損しやすい領域は、液晶パネル２１の中央領域である。すなわち、バックライト２２の照明エリアを液晶パネル２１の外縁側に寄せることで、液晶パネル２１の中央エリアの温度上昇をさらに抑制することが可能となり、液晶パネル２１の故障を抑制する効果をさらに向上させることができる。

また、表示画像Ｍを液晶パネル２１の外縁側に向けて縮小した際に、処理部６１は、縮小表示処理により表示画像Ｍが移動した量に合わせてアクチュエータ５０を駆動し、図４に示すように、表示画像Ｍの視認される位置を自動的に調整してもよい。表示画像Ｍを縮小した場合、表示画像Ｍの視認される位置が変化してしまうが、リレー光学系（本実施形態における凹面鏡４０）を駆動することで、表示画像Ｍの位置を概ね縮小表示処理前の状態に合わせることができ、表示画像Ｍの視認性を損なわずに液晶パネル２１を保護する縮小表示処理を実行することができる。特に、表示画像Ｍが複数存在する場合、実景に対応した位置にコンタクトアナログ表示する第一表示画像Ｍ１の位置を調整することで、観察者３００に違和感を覚えさせることなく、液晶パネル２１を保護する縮小表示処理を実行することができる。

なお、本発明は上記実施形態及び図面によって限定されるものではない。これらに変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

以上の説明では、複数の表示画像Ｍのレイアウトを変更することなく縮小表示処理を行っていたが、縮小表示処理時に複数の表示画像Ｍのレイアウトを変更してもよい。また、複数の表示画像Ｍをそれぞれ液晶パネル２１の外縁付近に移動させてもよい。斯かる構成により、多くの照明エリアを液晶パネル２１の外縁付近に配置することができるため、液晶パネル２１の中央エリアの温度上昇をさらに抑制することが可能となり、液晶パネル２１の故障を抑制する効果をさらに向上させることができる。

また、上記実施形態では、検出温度Ｔが閾温度Ｔｔｈを超えるか否かの判定に基づき、表示画像Ｍを通常サイズか縮小サイズにしていたが、検出温度Ｔの温度に応じて、段階的または連続的に表示画像Ｍのサイズを変化させてもよい。

また、上記実施形態では、検出温度Ｔを表示画像Ｍを生成するフレーム毎に検出していたが、これに限られず、所定の時間毎に検出温度Ｔを検出して表示画像Ｍのサイズを所定時間毎の処理部６１の判断に基づいて調整してもよい。

また、上記実施形態では、液晶パネル２１の温度に基づいて縮小表示処理を実行していたが、液晶パネル２１の周囲の温度やＨＵＤ装置１００内の所定箇所の温度やＨＵＤ装置１００外に設置された温度検出部（図示しない）からの温度情報に基づいて、縮小表示処置の実行の要否を決定してもよい。

１００ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）、１０筐体、２０表示器、３０平面鏡（リレー光学系）、４０凹面鏡（リレー光学系）、５０アクチュエータ、ＡＸ回転軸線、Ｌ表示光、Ｍ表示画像、Ｖ虚像、２００フロントガラス（透過反射面）、

Claims

表示画像を表示し、透過反射面により前記表示画像を反射することで、前記透過反射面を介した実景とともにユーザに前記表示画像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示画像を表示する液晶パネルと、
前記液晶パネルの背面に配置され、前記液晶パネルをエリア毎に照明するバックライトと、
前記表示画像に対応して照明するエリアを制御するように前記バックライトを制御する制御部と、を備える、ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記制御部は、前記表示画像を表示するエリアが減少し、照明する前記バックライトが減少されても前記表示画像の輝度が低下しないように、残りの前記バックライトの出力を制御する、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。
前記制御部は、前記液晶パネル内で前記表示画像を移動させる、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記液晶パネルが表示する前記表示画像を前記透過反射面に向けるリレー光学系と、
前記リレー光学系を移動または／および回転させることでユーザが視認する虚像の位置を調整するアクチュエータをさらに備え、
前記表示画像が移動した際、少なくとも一部の前記表示画像の視認される位置が略同じ位置になるように前記アクチュエータを制御する、
ことを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。