JP2023167316A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光体の応答時間に起因する表示輝度やコントラストの低下を抑制することができる車両用表示装置を提供する。【解決手段】 レーザ光を出射する光源１１～１３と、レーザ光の入射に応じて、励起光を出射する蛍光体２１～２３と、励起光を走査して画像を表示する走査部５０と、を備えた車両用表示装置１であって、蛍光体２１～２３の応答時間に基づいて、走査部５０の走査速度を定めた。例えば、走査部５０の画像の１ピクセルを通過する時間は、蛍光体２１～２３の応答時間よりも長くなるように設定される。【選択図】 図３

Description

本開示は、車両用表示装置に関する。

特許文献１には、走査したレーザ光を蛍光体によって白色光に変換して路面に画像を投影する車両用表示装置（車両用前照灯）が開示されている。

特開２０２０－９０２２８号公報

しかしながら、この種の車両用表示装置では、蛍光体による変換にタイムラグ（応答時間）が生じると、表示輝度やコントラストを低下させる可能性がある。

そこで、本開示は、蛍光体の応答時間に起因する表示輝度やコントラストの低下を抑制できる車両用表示装置の提供を目的とする。

１つの側面では、以下のような解決手段を提供する。
（１）レーザ光を出射する光源と、前記レーザ光の入射に応じて、励起光を出射する蛍光体と、前記励起光を走査して画像を表示する走査部と、を備えた車両用表示装置であって、前記蛍光体の応答時間に基づいて、前記走査部の走査速度を定めた、ことを特徴とする。
（２）上記（１）の構成において、前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間よりも長い、ことを特徴とする。
（３）上記（２）の構成において、前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間の１．５倍以上である、ことを特徴とする。
（４）上記（３）の構成において、前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間の２倍以上である、ことを特徴とする。
（５）上記（４）の構成において、前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間の３倍以上である、ことを特徴とする。
（６）上記（１）の構成において、前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間に前記蛍光体の残光時間を加えた時間よりも長い、ことを特徴とする。

本開示によれば、蛍光体の応答時間に起因する表示輝度やコントラストの低下を抑制することが可能となる。

車両用表示装置を備える車両を概略的に示す側面図である。 車両用表示装置の表示例を示す図である。 車両用表示装置の構成を概略的に示す図である。 走査部の走査軌跡と１ピクセル分の走査時間を概略的に示す図である。 １ピクセル分の走査時間が蛍光体の応答時間よりも長い場合の表示輝度を示す図である。 １ピクセル分の走査時間が蛍光体の応答時間よりも短い場合の表示輝度を示す図である。 走査部の共振周波数と走査速度と１ピクセル分の最小走査時間との関係を説明するための図である。 １ピクセル分の走査時間（共振周波数）と表示輝度との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施例の車両用表示装置１は、車両の前側の左右のそれぞれに設けられる車両用の前照灯（ロードプロジェクション装置）である。なお、前照灯を構成する車両用表示装置１は、車両の幅方向中央部に設けられてもよいし、３つ以上並んで設けられてもよい。以下では、車両用表示装置１とは、特に言及しない限り、左右の任意のいずれか一方の車両用の前照灯を意味する。車両用表示装置１は、図示しないハウジングとアウターレンズとで形成される灯室内に配置されてよい。

車両用表示装置１は、ハイビームやロービームを形成する灯具ユニット（図示せず）と同じ灯室内に配置されてもよいし、別の灯室内に配置されてもよい。

図２に示すように、車両用表示装置１は、例えば路面に画像Ｇ２０を投映する態様で、路面を照明してよい。画像Ｇ２０は、任意の画像であってよい。任意の画像は、例えば、歩行者等の周囲の人に所定情報（自車の状態を通知するための情報や、コミュニケーション用の情報等）を提供するための画像である。また、任意の画像は、自車の運転者等の乗員に所定情報（例えば自車の車両情報やナビゲーション情報、歩行者等の検出による注意喚起情報）を提供するための画像であってもよい。また、任意の画像は、他車の運転者等の乗員に所定情報（自車の状態を通知するための情報、コミュニケーション用の情報等）を提供するための画像であってもよい。なお、図２では、左右の車両用表示装置１が別々の画像Ｇ２０を生成しているが、左右の車両用表示装置１からの光を重ね合わせて一の画像を生成してもよい。

図３に示すように、車両用表示装置１は、筐体２を有する。筐体２は、開口部２ａを有する。また、車両用表示装置１は、第１光源１１、第２光源１２、第３光源１３、第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、第３蛍光体２３、第１ダイクロイックミラー３１、第２ダイクロイックミラー３２、及び第３ダイクロイックミラー３３を有する。

第１光源１１、第２光源１２、第３光源１３、第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、第３蛍光体２３、第１ダイクロイックミラー３１、及び第２ダイクロイックミラー３２は、筐体２内に設けられる。第３ダイクロイックミラー３３は、筐体２の開口部２ａを覆うように設けられてよい。

また、車両用表示装置１は、更に、集光レンズ４０と、走査部５０とを有する。集光レンズ４０及び走査部５０は、図３に示すように、筐体２の外部に設けられてよい。

第１光源１１、第２光源１２、及び第３光源１３は、それぞれ、レーザ光源であり、レーザ光をそれぞれ出力する。

本実施例では、一例として、第１光源１１は、青色レーザを出射し、第２光源１２は、青色レーザを出射し、第３光源１３は、青色よりも短い波長を有する青紫色レーザを出射する。

第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、及び第３蛍光体２３は、それぞれ、第１光源１１、第２光源１２、及び第３光源１３に対応付けて設けられる。第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、及び第３蛍光体２３は、それぞれ、第１光源１１、第２光源１２、及び第３光源１３からのレーザ光のコヒーレンスを低減する機能を有する。つまり、第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、及び第３蛍光体２３は、第１光源１１、第２光源１２、及び第３光源１３のそれぞれとの組み合わせにより、ほぼ点光源として機能する。

本実施例では、一例として、第１蛍光体２１は、第１光源１１からのレーザ光が照射され、緑色の波長の緑色光Ｌ１を出力する。また、第２蛍光体２２は、第２光源１２からのレーザ光が照射され、赤色の波長の赤色光Ｌ２を出力する。また、第３蛍光体２３は、第３光源１３からのレーザ光が照射され、青色の波長の青色光Ｌ３を出力する。

なお、図３に示すように、第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、及び第３蛍光体２３には、それぞれに対応付けてリフレクタやコリメータレンズ２５が設けられてもよい。これにより、第１光源１１、第２光源１２、及び第３光源１３からの各レーザ光を、平行化して後述する第１ダイクロイックミラー３１や第２ダイクロイックミラー３２に入射させることができる。

第１ダイクロイックミラー３１及び第２ダイクロイックミラー３２は、緑色光Ｌ１、赤色光Ｌ２、及び青色光Ｌ３に基づいて、これらを合成した光Ｌ４（以下、「合成光Ｌ４」とも称する）を生成する第１光学系３０の一例を形成する。

具体的には、第１ダイクロイックミラー３１は、図３に示すように、第１光源１１の光軸上かつ第２光源１２の光軸上に設けられる。すなわち、第１ダイクロイックミラー３１は、第１蛍光体２１からの緑色光Ｌ１と、第２蛍光体２２からの赤色光Ｌ２とが入射するように配置される。

第１ダイクロイックミラー３１は、緑の波長域と赤の波長域とを仕切る特性を有し、緑の波長域及びそれよりも短い波長の光を透過し、赤の波長域及びそれよりも長い波長の光を反射する。

従って、本実施例では、第１ダイクロイックミラー３１は、第１蛍光体２１からの緑色光Ｌ１を透過し、第２蛍光体２２からの赤色光Ｌ２を反射する。これにより、第２ダイクロイックミラー３２には、緑色光Ｌ１及び赤色光Ｌ２が入射する。

第２ダイクロイックミラー３２は、図３に示すように、第１ダイクロイックミラー３１よりも第１光源１１から離れた側で、第１蛍光体２１の光軸上かつ第３光源１３の光軸上に設けられる。すなわち、第２ダイクロイックミラー３２は、第１ダイクロイックミラー３１からの緑色光Ｌ１及び赤色光Ｌ２と、第３蛍光体２３から青色光Ｌ３とが入射するように配置される。

第２ダイクロイックミラー３２は、青の波長域と緑の波長域とを仕切る特性を有し、青の波長域及びそれよりも短い波長の光を透過し、緑の波長域及びそれよりも長い波長の光を反射する。

従って、本実施例では、第２ダイクロイックミラー３２は、第１ダイクロイックミラー３１からの緑色光Ｌ１及び赤色光Ｌ２を反射し、第３蛍光体２３から青色光Ｌ３を透過する。

このようにして、第１ダイクロイックミラー３１及び第２ダイクロイックミラー３２は、緑色光Ｌ１、赤色光Ｌ２、及び青色光Ｌ３に基づいて、緑色光Ｌ１、赤色光Ｌ２、及び青色光Ｌ３を含む合成光Ｌ４を、第３ダイクロイックミラー３３に向けて出射できる。

第３ダイクロイックミラー３３は、第２ダイクロイックミラー３２よりも第３光源１３から離れた側で、第３光源１３の光軸上に配置される。すなわち、第３ダイクロイックミラー３３は、第２ダイクロイックミラー３２からの合成光Ｌ４が入射するように配置される。

第３ダイクロイックミラー３３は、青紫の波長域と青の波長域とを仕切る特性を有し、青紫の波長域及びそれよりも短い波長の光を反射し、青の波長域及びそれよりも長い波長の光を透過する。従って、本実施例では、第３ダイクロイックミラー３３は、第２ダイクロイックミラー３２からの合成光Ｌ４を透過することができる。

集光レンズ４０は、第３ダイクロイックミラー３３よりも第３光源１３から離れた側で、第３光源１３の光軸上に配置される。なお、集光レンズ４０の光軸は、第３光源１３の光軸と一致する。すなわち、集光レンズ４０には、第３ダイクロイックミラー３３からの透過光Ｌ５（≒合成光Ｌ４）が入射するように配置される。集光レンズ４０は、透過光Ｌ５（赤、青、緑の各色のレーザ光）を集光して走査部５０に向けて出射する。

走査部５０は、第３ダイクロイックミラー３３からの透過光Ｌ５（集光レンズ４０を介して入射する透過光Ｌ５）が入射するように配置される。走査部５０は、透過光Ｌ５を走査して、上述した画像Ｇ２０を出力する。

走査部５０は、例えばＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）スキャナであってよい。この場合、ＭＥＭＳスキャナは、集光レンズ４０から入射するレーザ光を、路面上に投射する。ＭＥＭＳスキャナは、例えば、直交する２軸まわりに回転可能なＭＥＭＳミラーを備える。路面上のレーザ光の投射位置は、ＭＥＭＳミラーの向きに応じて変化する。従って、ＭＥＭＳスキャナは、図示しない制御装置による制御下で、路面上のレーザ光の投射位置を任意に変化させることができる。

走査部５０は、例えばラスタースキャン方式で共振駆動される。図４は、ラスタースキャン方式の走査軌跡ＳＫと、１ピクセル（１ｐｘ）分の走査時間βと、を示している。１ピクセル分の走査時間βは、走査部５０の共振周波数に基づいて定められる。例えば、共振周波数を下げると、走査部５０の走査速度が遅くなるので、１ピクセル分の走査時間βは長くなる。

ところで、蛍光体２１～２３には、応答時間が存在する。例えば、図５に示すように、蛍光体２１～２３へのレーザ光の入射を開始した後、蛍光体２１～２３から出射される励起光の輝度が実質点灯輝度（例えば、最大輝度の９０％）に上昇するまでの立ち上がり時間を応答時間αとして定義することができる。なお、蛍光体２１～２３には、蛍光体２１～２３へのレーザ光の入射を停止した後、蛍光体２１～２３から出射される励起光の輝度が実質消灯輝度（例えば、最大輝度の１０％）に低下するまでの立ち下がり時間である残光時間γも存在する。

図６に示すように、蛍光体２１～２３の応答時間αが、走査部５０の１ピクセル分の走査時間βよりも長い場合が考えられる。この場合は、蛍光体２１～２３へのレーザ光の入射を開始した後、蛍光体２１～２３から出射される励起光の輝度が実質点灯輝度まで上昇する前に走査時間βが終わり、蛍光体２１～２３へのレーザ光の入射が停止される可能性がある。このような現象が、例えば、細い線や点を描画した際に発生すると、画像の表示輝度やコントラストが低下する。

そこで、本実施例の車両用表示装置１では、蛍光体２１～２３の応答時間αに基づいて、走査部５０の走査速度を定める。例えば、走査部５０の画像の１ピクセルを通過する時間、つまり、１ピクセル分の走査時間βを、蛍光体２１～２３の応答時間αよりも長くする。このようにすると、蛍光体２１～２３の応答時間αに起因する表示輝度やコントラストの低下を抑制することが可能となる。

複数の蛍光体２１～２３の応答時間αが異なる場合は、最も応答時間αの長い蛍光体２１～２３を基準とし、その応答時間αよりも長くなるように１ピクセル分の走査時間βを定めることが好ましい。また、被視感度特性の高い励起光を出力する蛍光体２１～２３を基準とし、その応答時間αよりも長くなるように１ピクセル分の走査時間βを定めるようにしてもよい。例えば、出力する励起光が赤色、青色、緑色の場合、比視感度特性は、赤色：青色：緑色＝３：１：６となるため、緑色の励起光を出力する第１蛍光体２１を基準とし、その応答時間αよりも長くなるように１ピクセル分の走査時間βを定める。また、複数の蛍光体２１～２３の応答時間αの平均値を求め、その平均値よりも長くなるように１ピクセル分の走査時間βを定めるようにしてもよい。

走査部５０をラスタースキャン方式で共振駆動する場合、１ピクセル分の走査時間βは一定とはならない。つまり、走査部５０の水平走査は、正弦波の軌跡となり、その走査速度は水平位置に応じて変化する。具体的には、水平走査軌跡の中央付近では走査速度が速くなり、両端側では走査速度が遅くなる。従って、１ピクセル分の走査時間βの最小値Ｅ（水平走査軌跡の中央付近の走査時間β）を基準とし、この最小値Ｅを蛍光体２１～２３の応答時間αよりも長くすることが好ましい。なお、１ピクセル分の走査時間βの最小値Ｅは、以下のように求めることができる。

図７に示すように、走査部５０の走査軌跡ＳＫの水平振幅をＡ（ｍ）、水平画素数をＢ（ピクセル）、水平共振周波数をｆ（Ｈｚ）とし、水平走査軌跡の中心位置０から正弦波の軌道で走査部５０の走査を開始させる。
走査開始後、時間ｔ（ｓｅｃ）の水平位置Ｘ（ｍ）は、下記の式で表される。
Ｘ＝Ａ×ｓｉｎ（２πｆ×ｔ）
走査速度Ｃ（ｍ／ｓｅｃ）は、下記の式で表される。
Ｃ＝Ａ×２πｆ×ｃｏｓ（２πｆ×ｔ）
走査速度Ｃの最高値Ｃｍａｘは、下記の式で表される。
Ｃｍａｘ＝Ａ×２πｆ
一方、１ピクセルの水平長Ｄ（ｍ／ｐｉｘｅｌ）は、下記の式で表される。
Ｄ＝２×Ａ／Ｂ
１ピクセル分の走査時間βの最小値Ｅ（ｓｅｃ）は、下記の式で表される。
Ｅ＝Ｄ／Ｃｍａｘ＝１／（Ｂ×πｆ）

図８は、１ピクセル分の走査時間β（共振周波数ｆ）と表示輝度との関係を示す図である。なお、基準となる共振周波数ｆを３０ｋＨｚ、蛍光体２１～２３の応答時間αを１３０ｎｓｅｃ、水平解像度を１００ピクセルとした。

図８に示すように、走査部５０の走査速度を遅くし、１ピクセルの走査時間βを長くすることで、蛍光体２１～２３の応答時間αに起因する表示輝度の低下を抑制できる。具体的に説明すると、基準となる共振周波数ｆを３０ｋＨｚとすると、１ピクセルの走査時間βが蛍光体２１～２３の応答時間αと略同じであり、表示輝度は最大輝度の約４０％であった。これに対して、共振周波数ｆを１５ｋＨｚとし、１ピクセルの走査時間βを蛍光体２１～２３の応答時間αの１．５倍（約２００ｎｓｅｃ）にしたところ、表示輝度は最大輝度の約７０％となった。また、共振周波数ｆをさらに下げ、蛍光体２１～２３から出射される励起光の輝度が実質点灯輝度（例えば、最大輝度の９０％）に上昇するまでの立ち上がり時間を蛍光体２１～２３の応答時間αの２倍（約２６０ｎｓｅｃ）にしたところ、表示輝度は最大輝度の約８０％となった。また、共振周波数ｆをさらに下げ、１ピクセルの走査時間βを蛍光体２１～２３の応答時間αの３倍（約３９０ｎｓｅｃ）にしたところ、表示輝度は最大輝度の約９０％となった。

従って、走査部５０の１ピクセルの走査時間βは、好ましくは、蛍光体２１～２３の応答時間の１．５倍以上である。さらに好ましい走査時間βは、蛍光体２１～２３の応答時間の２倍以上である。さらに好ましい走査時間βは、蛍光体２１～２３の応答時間の３倍以上である。

以上、実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

上述した実施例では、１ピクセルの走査時間βを蛍光体２１～２３の応答時間αと残光時間γを合計した時間に基づいて定めてもよい。例えば、応答時間αと残光時間γを合計した時間を総応答時間δとしたとき、１ピクセルの走査時間βが総応答時間δよりも長く設定する構成でもよい。走査時間βが総応答時間δよりも長く設定されていれば、走査時間βを応答時間αの２倍に設定したときの表示輝度が期待できる。

例えば、前述した実施例では、ラスタースキャン方式で駆動される走査部において本発明の適用例を示したが、リサージュスキャン方式で駆動される走査部においても本発明の適用は可能である。また、前述した実施例の車両用表示装置は、前照灯（ロードプロジェクション装置）であったが、本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置などの車両用表示装置にも適用できる。

１ 車両用表示装置
１１ 第１光源
１２ 第２光源
１３ 第３光源
２１ 第１蛍光体
２２ 第２蛍光体
２３ 第３蛍光体
２５ コリメータレンズ
３１ 第１ダイクロイックミラー
３２ 第２ダイクロイックミラー
３３ 第３ダイクロイックミラー
４０ 集光レンズ
５０ 走査部

Claims (6)

1. レーザ光を出射する光源と、
   前記レーザ光の入射に応じて、励起光を出射する蛍光体と、
   前記励起光を走査して画像を表示する走査部と、を備えた車両用表示装置であって、
   前記蛍光体の応答時間に基づいて、前記走査部の走査速度を定めた、ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間よりも長い、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間の１．５倍以上である、ことを特徴とする請求項２に記載の車両用表示装置。
4. 前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間の２倍以上である、ことを特徴とする請求項３に記載の車両用表示装置。
5. 前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間の３倍以上である、ことを特徴とする請求項４に記載の車両用表示装置。
6. 前記走査部の前記画像の１ピクセルを通過する時間は、前記応答時間に前記蛍光体の残光時間を加えた時間よりも長い、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。

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