JP2018116170A - 車載用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源としてレーザダイオードを採用しつつ、起動時間を短縮することを可能とする車載用ヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】車載用ヘッドアップディスプレイ装置１は、赤色レーザダイオード１１と、緑色レーザダイオード１３と、青色レーザダイオード１５と、を含み、これらからの光を合波して出射する光源部２と、走査鏡部３と、測温部４と、光源部２および走査鏡部３を制御することにより、画像を形成する制御部５と、を備える。制御部５は、測温部４からの温度情報に基づき、光源部２の温度が予め定められた第１温度以上である場合に、赤色レーザダイオード１１の発光強度が、緑色レーザダイオード１３の発光強度と青色レーザダイオード１５の発光強度との和の４０％以下となるように光源部２を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車載用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

自動車のフロントガラスに速度などの情報を表示する車載用ヘッドアップディスプレイ装置が知られている。ヘッドアップディスプレイ装置を採用することにより、運転者が運転中に情報を取得する際の視線の移動を小さくすることができる。ヘッドアップディスプレイ装置の光源としては、たとえばレーザダイオード（半導体レーザ）を採用することができる。具体的には、たとえば赤色の光を出射する赤色レーザダイオード、緑色の光を出射する緑色レーザダイオードおよび青色の光を出射する青色レーザダイオードからの光を合波して所望の色の光を形成し、これを走査鏡部において反射させて走査し、フロントガラス（ハーフミラー）へと入射させて画像を形成する。そして、入射した光はフロントガラスにおいて反射し、運転者の眼に入射する。これにより、運転者は、画像として情報を取得する（たとえば、非特許文献１参照）。

新澤滋、「レーザー走査方式を用いたヘッドアップディスプレイ」、レーザー研究、一般社団法人レーザー学会、２０１０年、第３８巻、第８号、ｐ．５８５−５８８

レーザダイオードは、温度が高くなると出力が低下するという特性を有する。特に、赤色の光を出射する赤色レーザダイオードは、高温での出力の低下が大きい。一方で、自動車の車内、たとえばダッシュボード周辺の温度は、外気温よりも高くなる傾向がある。特に、夏季においては、ダッシュボード周辺の温度は１００℃付近にまで上昇する場合がある。そのため、レーザダイオードを光源とする車載用ヘッドアップディスプレイ装置においては、起動後にレーザダイオードが冷却され、レーザダイオード、特に赤色レーザダイオードの温度が動作に適した温度にまで低下してから画像の表示が開始される。その結果、起動から画像の表示までの時間（起動時間）がある程度必要となる。しかし、速度の表示などの情報は、自動車の運転開始直後から表示されることが好ましい。そのため、車載用ヘッドアップディスプレイ装置においては、起動時間の短縮が求められる。

そこで、光源としてレーザダイオードを採用しつつ、起動時間を短縮することを可能とする車載用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的の１つとする。

本発明に従った車載用ヘッドアップディスプレイ装置は、赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含み、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードからの光を合波して出射する光源部と、光源部からの光を反射させて走査する走査鏡部と、光源部の温度を測定することにより温度情報を取得し、当該温度情報を出力する測温部と、光源部および走査鏡部を制御することにより、画像を形成する制御部と、を備える。制御部は、測温部からの温度情報に基づき、光源部の温度が予め定められた第１温度以上である場合に、赤色レーザダイオードの発光強度が、緑色レーザダイオードの発光強度と青色レーザダイオードの発光強度との和の４０％以下となるように光源部を制御する。

上記車載用ヘッドアップディスプレイ装置によれば、光源としてレーザダイオードを採用しつつ、起動時間を短縮することを可能とする車載用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。

車載用ヘッドアップディスプレイ装置の構造を示す概略図である。 制御部の動作を説明するためのフローチャートである。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の車載用ヘッドアップディスプレイ装置は、赤色の光（波長６００ｎｍ以上７００ｎｍ未満の光）を出射する赤色レーザダイオードと、緑色の光（波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の光）を出射する緑色レーザダイオードと、青色の光（波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光）を出射する青色レーザダイオードと、を含み、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードからの光を合波して出射する光源部と、光源部からの光を反射させて走査する走査鏡部と、光源部の温度を測定することにより温度情報を取得し、当該温度情報を出力する測温部と、光源部および走査鏡部を制御することにより、画像を形成する制御部と、を備える。制御部は、測温部からの温度情報に基づき、光源部の温度が予め定められた第１温度以上である場合に、赤色レーザダイオードの発光強度が、緑色レーザダイオードの発光強度と青色レーザダイオードの発光強度との和の４０％以下となるように光源部を制御する。

本願の車載用ヘッドアップディスプレイ装置においては、光源部の温度が第１温度以上である場合に、赤色レーザダイオードの発光強度が抑制されるように、光源部が制御部によって制御される。このようにすることで、光源部の温度が第１温度以上である場合であっても、高温での出力の低下が大きい赤色レーザダイオードに高い出力が要求されない制御状態で、光源部からの光によって画像を形成することができる。そのため、赤色レーザダイオードの温度が十分に低下するのを待つことなく、画像の表示を開始することができる。このように、本願の車載用ヘッドアップディスプレイ装置によれば、光源としてレーザダイオードを採用しつつ、起動時間を短縮することを可能となる。より確実に起動時間を短縮する観点から、制御部は、光源部の温度が第１温度以上である場合に、赤色レーザダイオードの発光強度が、緑色レーザダイオードの発光強度と青色レーザダイオードの発光強度との和の３０％以下となるように光源部を制御してもよい。

上記車載用ヘッドアップディスプレイ装置において、制御部は、光源部の温度が第１温度以上である場合に、赤色レーザダイオードの出力を停止した状態で光源部を制御してもよい。このようにすることにより、光源部の温度が第１温度以上である場合、高温での出力の低下が大きい赤色レーザダイオードを発光させない制御状態で、光源部が画像を形成する。そのため、赤色レーザダイオードの温度が低下するのを待つことなく、画像の表示を開始することができる。その結果、より確実に起動時間を短縮することができる。

上記車載用ヘッドアップディスプレイ装置において、第１温度は６０℃以下に設定されてもよい。このようにすることにより、赤色レーザダイオードの出力の低下に起因する不十分な画像の形成を抑制することができる。

上記車載用ヘッドアップディスプレイ装置において、第１温度は４０℃以下に設定されてもよい。このようにすることにより、赤色レーザダイオードの出力の低下に起因する不十分な画像の形成を抑制することができる。

上記車載用ヘッドアップディスプレイ装置において、走査鏡部はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を含んでいてもよい。ＭＥＭＳは、本願の車載用ヘッドアップディスプレイ装置の走査鏡部の構成要素として好適である。

上記車載用ヘッドアップディスプレイ装置において、赤色レーザダイオード、緑色レーザダイオードおよび青色レーザダイオードは、それぞれ異なるパッケージ内に配置されていてもよい。本願の車載用ヘッドアップディスプレイ装置においては、このような構造を採用してもよい。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる車載用ヘッドアップディスプレイ装置の一実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１を参照して、本実施の形態における車載用ヘッドアップディスプレイ装置１は、光源部２と、走査鏡部３と、測温部４と、制御部５と、冷却部９とを備える。

光源部２は、赤色の光を出射する赤色レーザダイオードであるＲ−ＬＤ１１と、緑色の光を出射する緑色レーザダイオードであるＧ−ＬＤ１３と、青色の光を出射するＢ−ＬＤ１５と、を含む。Ｒ−ＬＤ１１、Ｇ−ＬＤ１３およびＢ−ＬＤ１５は、それぞれ異なるパッケージである第１保護部材としてのＣＡＮ１２、第２保護部材としてのＣＡＮ１４および第３保護部材としてのＣＡＮ１６内に配置されている。

光源部２のＲ−ＬＤ１１から見てＲ−ＬＤ１１の光の出射方向に隣接する領域には、第１レンズ２１が配置されている。光源部２のＧ−ＬＤ１３から見てＧ−ＬＤ１３の光の出射方向に隣接する領域には、第２レンズ２２が配置されている。光源部２のＢ−ＬＤ１５から見てＢ−ＬＤ１５の光の出射方向に隣接する領域には、第３レンズ２３が配置されている。Ｇ−ＬＤ１３は、光の出射方向がＲ−ＬＤ１１の光の出射方向に交差（直交）するように配置される。Ｂ−ＬＤ１５は、光の出射方向がＲ−ＬＤ１１の光の出射方向に交差（直交）するように配置される。Ｂ−ＬＤ１５は、光の出射方向がＧ−ＬＤ１３からの光の出射方向に沿うように（平行となるように）配置される。本実施の形態において、第１レンズ２１、第２レンズ２２および第３レンズ２３は、それぞれＲ−ＬＤ１１、Ｇ−ＬＤ１３およびＢ−ＬＤ１５からの光をコリメート光に変換するコリメートレンズである。第１レンズ２１、第２レンズ２２および第３レンズ２３は、それぞれＲ−ＬＤ１１、Ｇ−ＬＤ１３およびＢ−ＬＤ１５からの光のスポットサイズが一致するように、Ｒ−ＬＤ１１、Ｇ−ＬＤ１３およびＢ−ＬＤ１５からの光のスポットサイズを変換する。

光源部２において、Ｒ−ＬＤ１１からの光とＧ−ＬＤ１３からの光が交差する領域には、第１フィルタ３１が配置される。本実施の形態において、第１フィルタ３１は、波長選択性フィルタである。第１フィルタ３１は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。光源部２において、Ｒ−ＬＤ１１からの光とＢ−ＬＤ１５からの光が交差する領域には、第２フィルタ３２が配置される。本実施の形態において、第２フィルタ３２は、波長選択性フィルタである。第２フィルタ３２は、赤い光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。

Ｒ−ＬＤ１１から出射された赤色の光は、光路５１に沿って進行し、第１レンズ２１に入射して光のスポットサイズが変換される。具体的には、Ｒ−ＬＤ１１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ２１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路５１に沿って進行し、第１フィルタ３１に入射する。第１フィルタ３１は、赤色の光を透過する波長選択性フィルタである。そのため、Ｒ−ＬＤ１１から出射された光は第１フィルタ３１を透過し、光路５１に沿って進行して第２フィルタ３２に入射する。第２フィルタ３２は、赤色の光を透過する波長選択性フィルタである。そのため、Ｒ−ＬＤ１１から出射された光は第２フィルタ３２を透過し、光路５１に沿って進行して光源部２の外部へと出射する。

Ｇ−ＬＤ１３から出射された緑色の光は、光路５２に沿って進行し、第２レンズ２２に入射して光のスポットサイズが変換される。具体的には、Ｇ−ＬＤ１３から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ２２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路５２に沿って進行し、第１フィルタ３１に入射する。第１フィルタ３１は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する波長選択性フィルタ（合波フィルタ）である。そのため、Ｇ−ＬＤ１３から出射された光は第１フィルタ３１において反射され、光路５１に合流する。その結果、Ｇ−ＬＤ１３からの緑色の光は、Ｒ−ＬＤ１１からの赤色の光と合波され、光路５１に沿って進行して第２フィルタ３２に入射する。第２フィルタ３２は、赤色の光および緑色の光を透過する波長選択性フィルタである。そのため、Ｇ−ＬＤ１３から出射された光は第２フィルタ３２を透過し、光路５１に沿って進行して光源部２の外部へと出射する。

Ｂ−ＬＤ１５から出射された青色の光は、光路５３に沿って進行し、第３レンズ２３に入射して光のスポットサイズが変換される。具体的には、Ｂ−ＬＤ１５から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ２３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路５３に沿って進行し、第２フィルタ３２に入射する。第２フィルタ３２は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する波長選択性フィルタ（合波フィルタ）である。そのため、Ｂ−ＬＤ１５から出射された光は第２フィルタ３２において反射され、光路５１に合流する。その結果、Ｂ−ＬＤ１５からの緑色の光は、Ｒ−ＬＤ１１からの赤色の光およびＧ−ＬＤ１３からの緑色の光と合波され、光路５１に沿って進行して光源部２の外部へと出射する。このようにして、Ｒ−ＬＤ１１、Ｇ−ＬＤ１３およびＢ−ＬＤ１５からの光が合波され、光源部２から出射される。

光源部２には、冷却部９が取り付けられている。冷却部９は、たとえば電子冷却モジュールを含む。電子冷却モジュールは、たとえばペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。冷却部９により、光源部２は冷却される。

走査鏡部３は、光源部２からの光を反射させて走査する。走査鏡部３は、たとえばＭＥＭＳである。走査鏡部３は、反射面３Ａを有する。走査鏡部３は、たとえば矢印αに示す方向に沿って回動することにより、光路５１に沿って走査鏡部３に入射する光源部２からの光を反射させて走査する。

測温部４は、光源部２に取り付けられる。測温部４は、光源部２の温度を測定することにより温度情報を取得し、当該温度情報を出力する。測温部４は、たとえば温度センサを含む。

制御部５は、光源部２、測温部４、冷却部９および走査鏡部３に電気的に接続される。制御部５は、光源部２および走査鏡部３を制御することにより、画像を形成する。制御部５は、たとえば入力された制御条件を記憶する記憶部と、記憶部に接続され、記憶部に記憶された制御条件を参照しつつ、入力される情報に基づいて演算を実施する演算部とを含む。

次に、図２および図１を参照して、制御部５によって制御される車載用ヘッドアップディスプレイ装置１の動作について説明する。図２を参照して、まず車載用ヘッドアップディスプレイ装置１の電源がオン状態とされる（Ｓ１０）。具体的には、たとえば車載用ヘッドアップディスプレイ装置１が搭載されている自動車の駆動用のエンジン、モータなどが起動されると、これに連動して車載用ヘッドアップディスプレイ装置１の電源がオン状態となる。これにより、光源部２、走査鏡部３、測温部４、制御部５および冷却部９が動作可能な状態となる。冷却部９は、必要に応じて光源部２の冷却を開始する。

次に、光源部２の温度が６０℃以上かどうかが確認される（Ｓ２０）。図１を参照して、測温部４によって測定された光源部２の温度情報を制御部５が取得し、光源部２の温度が予め定められた第１温度、本実施の形態では６０℃以上であるかどうかを判断する。光源部２の温度が６０℃以上である場合（Ｓ２０においてＹＥＳの場合）、Ｒ−ＬＤ１１の発光強度が、Ｇ−ＬＤ１３の発光強度とＢ−ＬＤ１５の発光強度との和の４０％以下となるように、制御部５が光源部２を制御する（Ｓ３０）。

具体的には、図１を参照して、制御部５は、Ｒ−ＬＤ１１、Ｇ−ＬＤ１３およびＢ−ＬＤ１５に投入する電力を調整し、光源部２から光路５１に沿って出射される光の色および強度を制御する。また、制御部５は、走査鏡部３を制御し、画像を形成する。より詳細に説明すると、光源部２から光路５１に沿って出射された光は、走査鏡部３の反射面３Ａにおいて反射され、光路６１に沿って進行してハーフミラー６へと入射する。ハーフミラー６は、反射面６Ａを有する。本実施の形態において、ハーフミラー６は、たとえば自動車のフロントガラスである。また、反射面６Ａは、たとえばフロントガラスの室内側の面である。光路６１に沿ってハーフミラー６に入射した光は、反射面６Ａにおいて反射され、光路６２に沿って進行する。そして、観察者である運転者７がこれを視認する。

ここで、走査鏡部３が矢印αに沿う回転方向および当該回転方向に交差する回転方向に傾くことにより、光路５１に沿って走査鏡部３に入射した光の反射方向は変化する。制御部５は、光源部２を制御して所望の色および強度の光を光源部２から出射させる。さらに、制御部５は、この光を所望の方向に反射させ、走査することにより、所望の画像を形成する。そして、この画像を運転者７が視認する。

このとき、光源部２の温度が６０℃以上である場合（Ｓ２０においてＹＥＳの場合）、制御部５は、Ｒ−ＬＤ１１の発光強度を低い状態に維持することを前提としたモードでの制御を実施する（Ｓ３０）。具体的には、たとえばフルカラーで表示することが必要な画像（ナビゲーションシステムにおいて表示される写真など）の表示をオフの状態としつつ、フルカラー表示である必要のない画像（速度の表示、エンジンの回転数の表示、バッテリーの充電状態の表示など）についてのみ、赤色の出力が小さいことを前提とした色にて表示する。

そして、表示を終了すべき状態であるかどうかが確認される（Ｓ４０）。具体的には、たとえば自動車の駆動用のエンジン、モータなどが停止されているかどうかが確認される。エンジン、モータなどが停止されている場合、制御部５は、表示を終了すべき状態であると判断し（Ｓ４０においてＹＥＳ）、表示を終了し、車載用ヘッドアップディスプレイ装置１の動作を停止する。エンジン、モータなどが停止されていない場合（Ｓ４０においてＮＯ）、Ｓ２０以下が繰り返される。

一方、Ｓ２０において光源部２の温度が６０℃未満である場合（Ｓ２０においてＮＯの場合）、すなわち外気温が低い場合や冷却部９による冷却によって光源部２が６０℃未満にまで冷却された場合、制御部５はＲ−ＬＤ１１の発光強度を制限することなく、光源部２を制御する（Ｓ５０）。具体的には、たとえばフルカラー表示である必要のない画像だけでなく、フルカラーで表示することが必要な画像についても表示する。

そして、表示を終了すべき状態であるかどうかが確認される（Ｓ６０）。具体的には、Ｓ４０の場合と同様に、たとえば自動車の駆動用のエンジン、モータなどが停止されているかどうかが確認される。エンジン、モータなどが停止されている場合、制御部５は、表示を終了すべき状態であると判断し（Ｓ６０においてＹＥＳ）、表示を終了し、車載用ヘッドアップディスプレイ装置１の動作を停止する。エンジン、モータなどが停止されていない場合（Ｓ６０においてＮＯ）、Ｓ５０以下が繰り返される。

ここで、本実施の形態の車載用ヘッドアップディスプレイ装置１においては、光源部２の温度が６０℃以上である場合に、Ｒ−ＬＤ１１の発光強度が抑制されるように、光源部２が制御部５によって制御される。したがって、光源部２の温度が６０℃以上である場合であっても、高温での出力の低下が大きいＲ−ＬＤ１１に高い出力が要求されない制御状態で、光源部２からの光によって画像を形成することができる。そのため、Ｒ−ＬＤ１１の温度が冷却部９によって十分に冷却されるのを待つことなく、画像の表示を開始することができる。このように、本実施の形態の車載用ヘッドアップディスプレイ装置１は、光源としてレーザダイオードを採用しつつ、起動時間を短縮することを可能な車載用ヘッドアップディスプレイ装置となっている。

車載用ヘッドアップディスプレイ装置１において、制御部５は、光源部２の温度が第１温度以上（たとえば６０℃以上）である場合に、Ｒ−ＬＤ１１の出力を停止した状態で光源部２を制御してもよい。これにより、光源部２の温度が第１温度以上である場合、高温での出力の低下が大きいＲ−ＬＤ１１を発光させない制御状態で、光源部２からの光により画像が形成される。そのため、Ｒ−ＬＤ１１の温度が低下するのを待つことなく、画像の表示を開始することができる。その結果、より確実に起動時間を短縮することができる。

車載用ヘッドアップディスプレイ装置１において、上記第１温度は６０℃以下に設定されることが好ましく、４０℃以下に設定されることがより好ましい。これにより、Ｒ−ＬＤ１１の出力の低下に起因する不十分な画像の形成を抑制することができる。

なお、上記実施の形態においては、Ｓ６０においてＮＯの場合にＳ５０以下が繰り返される制御方法について説明したが、Ｓ６０においてＮＯの場合に、Ｓ２０以下が繰り返されてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願の車載用ヘッドアップディスプレイ装置は、起動時間を短縮することが求められる車載用ヘッドアップディスプレイ装置に、特に有利に適用され得る。

１ 車載用ヘッドアップディスプレイ装置
２ 光源部
３ 走査鏡部
３Ａ 反射面
４ 測温部
５ 制御部
６ ハーフミラー
６Ａ 反射面
７ 運転者
９ 冷却部
１１ Ｒ−ＬＤ
１２，１４，１６ ＣＡＮ
１３ Ｇ−ＬＤ
１５ Ｂ−ＬＤ
２１ 第１レンズ
２２ 第２レンズ
２３ 第３レンズ
３１ 第１フィルタ
３２ 第２フィルタ
５１，５２，５３，６１，６２ 光路

Claims (6)

1. 赤色の光を出射する赤色レーザダイオードと、緑色の光を出射する緑色レーザダイオードと、青色の光を出射する青色レーザダイオードと、を含み、前記赤色レーザダイオード、前記緑色レーザダイオードおよび前記青色レーザダイオードからの光を合波して出射する光源部と、
   前記光源部からの光を反射させて走査する走査鏡部と、
   前記光源部の温度を測定することにより温度情報を取得し、前記温度情報を出力する測温部と、
   前記光源部および前記走査鏡部を制御することにより、画像を形成する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記測温部からの前記温度情報に基づき、前記光源部の温度が予め定められた第１温度以上である場合に、前記赤色レーザダイオードの発光強度が、前記緑色レーザダイオードの発光強度と前記青色レーザダイオードの発光強度との和の４０％以下となるように前記光源部を制御する、車載用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記制御部は、前記光源部の温度が前記第１温度以上である場合に、前記赤色レーザダイオードの出力を停止した状態で前記光源部を制御する、請求項１に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記第１温度は６０℃以下に設定される、請求項１または請求項２に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記第１温度は４０℃以下に設定される、請求項１または請求項２に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記走査鏡部はＭＥＭＳを含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記赤色レーザダイオード、前記緑色レーザダイオードおよび前記青色レーザダイオードは、それぞれ異なるパッケージ内に配置される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の車載用ヘッドアップディスプレイ装置。
   
   

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