JP6102252B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
フィールドシーケンシャル方式で画像を表示する表示装置であって、
少なくとも2つ以上の色の光を出射する光出射手段と、
前記画像の表示周期であるフレーム期間を時間分割したサブフレーム期間毎に、異なる色の光を出射するように前記光出射手段をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段と、
前記光出射手段が出射した出射光を反射させる複数の反射部を有する表示素子と、
前記複数の反射部を駆動制御して前記出射光の反射状態を変化させることで、前記表示素子に前記画像を表示させる表示制御手段と、
前記サブフレーム期間毎に、要求輝度に応じて調整した駆動電流を前記光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備え、
前記駆動電流調整手段は、前記要求輝度が所定の閾値以上の場合、矩形波電流を前記光出射手段に供給し、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記要求輝度が前記閾値のときの矩形波電流よりも小さいパルス幅の三角波電流を前記光出射手段に供給し、
前記駆動電流調整手段は、
前記光出射手段に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記光出射手段と並列に接続され、オン状態で前記光出射手段への電流を分流するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段をオンオフ制御する切替制御手段と、を有し、
前記切替制御手段は、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記スイッチ手段をオンオフ制御することで、前記三角波電流を前記光出射手段に供給する、
ことを特徴とする。
また、HUD装置1は、図4に示すように、第1の制御部100と、給電手段101と、第2の制御部200と、光源駆動部202と、スイッチ手段203と、を備える。
回路基板12は、プリント回路板からなる。回路基板12には、光源11r,11g,11bが実装されている。
反射部13aは、光源11bの出射側に位置する。反射部13aは、入射した青色光Bを、合波部13bに向けて反射させる。
合波部13bは、光源11gの出射側に位置する。合波部13bは、入射した緑色光Gを合波部13cに向けて反射させると共に、反射部13aからの青色光Bをそのまま透過させる。これにより、合波部13bからは、青色光Bと緑色光Gとが合波された光BGが合波部13cに向け出射される。
合波部13cは、光源11rの出射側に位置する。合波部13cは、入射した赤色光Rを照明光学系30に向けて反射させると共に、合波部13bからの光BGをそのまま透過させる。このようにして、合波部13cからは、光BGと赤色光Rとが合波された光RGB(以下、照明光Cともいう)が照明光学系30に向け出射される。
照明装置10は、照明手段11から出射された光を、以上に述べた合波手段13、及び、輝度ムラ低減手段14(さらには、次に述べる透過膜15)を介して、光RGB(照明光C)として照明光学系30に向け出射する。
具体的には、マイクロミラーの下部には電極が設けられており、この電極により各ミラーを非常に短い周期(例えばμsecのオーダー)で駆動することにより、各ミラーは、オン又はオフ状態となる。各ミラーは、ヒンジを支点に可動可能であり、ミラーがオン状態のときには鏡面がヒンジを支点に+12度傾斜し、ミラーがオフ状態のときには鏡面がヒンジを支点に−12度傾斜する。オン状態のミラーは、照明光学系30からの照明光Cを投射光学系60方向に反射させ、オフ状態のミラーは、照明光Cを投射光学系60方向に反射させない。表示素子40は、各ミラーを個別に駆動することにより、画像Mを投射光学系60に向け投射する。
凹面鏡82は、平面鏡81から到達した表示光Lを、凹面で反射させることで反射光をウインドシールド3の方向へ出射する。これにより、結像される虚像Vは、スクリーン70に表示された画像Mよりも拡大されたものとなる。凹面鏡82で反射した表示光Lは、透光部91を介して、ウインドシールド3に到達する。
透光部91は、アクリル等の透光性樹脂からなり、凹面鏡82からの表示光Lを透過する。透光部91は、例えば、筐体90に嵌合されている。透光部91は、到達した外光が観察者4の方向へ反射しないように、例えば湾曲形状に形成されている。
また、第2の制御部200は、表示素子40の個々のミラーをパルス信号により、オン/オフ制御する。駆動された表示素子40は、照明装置10が出射した光R、G、Bをスクリーン70の方向へ反射させる。これにより、光源11r,11g,11bの各発光色を基本色とした加法混合方式により、画像Mがフルカラーで表現可能となっている。
(1)第1の制御部100は、外部からの映像信号、輝度信号等に基づき、照明制御データと表示制御データとを生成し、第2の制御部200に供給する。
(2)第2の制御部200は、照明制御データに基づき、フィールドシーケンシャル駆動方式で照明装置10を駆動する。駆動された照明装置10は、照明光Cを表示素子40に出射する。
(3)第2の制御部200は、表示制御データに基づき、表示素子40の個々のミラーをオン/オフ制御する。制御された表示素子40は、照明装置10からの照明光Cを画像Mとしてスクリーン70に投影する。
(4)スクリーン70に表示された画像Mを表す表示光Lは、平面鏡81によって凹面鏡82に向けて反射される。
(5)画像Mは、凹面鏡82によって所定の大きさに拡大され、拡大された画像Mを表す表示光Lが、ウインドシールド3で反射することで、ウインドシールド3の前方に画像Mの虚像Vが結ばれる。このようにして、HUD装置1は、観察者4に画像Mを虚像Vとして視認させる。
なお、画像Mを表示する周期であるフレームF(例えば、1/60sec)は、複数の時間に分割されたサブフレームSF(図7参照)から構成される。
・フレームF内の表示期間Faの占める割合を「表示期間割合A」とする。
・表示期間Fa内で、ミラーEがオン駆動する(オン状態となる)期間を「表示期間内オン駆動期間Fap」、オフ駆動する(オフ状態となる)期間を「表示期間内オフ駆動期間Faq」とする。
・非表示期間Fb内で、ミラーEがオン駆動する期間を「非表示期間内オン駆動期間Fbp」、オフ駆動する期間を「非表示期間内オフ駆動期間Fbq」とする。
・フレームF内で、ミラーEがオン駆動する総期間(つまり、表示期間内オン駆動期間Fapと非表示期間内オン駆動期間Fbpとの和)を「総オン駆動期間Fp」とする。
・フレームF内で、ミラーEがオフ駆動する総期間(つまり、表示期間内オフ駆動期間Faqと非表示期間内オン駆動期間Fbqとの和)を「総オフ駆動期間Fq」とする。
単色ミラーEaは、図7(a)に示すように、表示制御データに基づき、表示期間Faにおいては光源11gの点灯タイミング(図7(e)参照)でオン制御され、非表示期間FbにおいてはフレームF内のオン駆動する期間の和である総オン駆動期間Fpが、フレームFの略半分になるように、第2の制御部200が非表示期間Fbにおける非表示期間内オン駆動期間Fbpと非表示期間内オフ駆動期間Fbqとを調整し、この非表示期間内オン駆動期間Fbpと非表示期間内オフ駆動期間Fbqとに基づいて、単色ミラーEaに非表示期間駆動を行わせる。
ここからは、照明装置10(光源11r,11g,11b)の駆動制御について具体的に説明する。以下に説明する制御方法は、光源11r,11g,11b各々の発光タイミングにおいて、照明制御データが要求する輝度又は車両2側からの輝度信号が示す輝度(以下、要求輝度)を実現するための駆動電流供給方法であり、例えば、予めROMに記憶されたテーブルデータに基づいて実行される。
ここから要求輝度を徐々に下げて行く場合、PWM方式での制御(つまり、ON期間の比率を下げる)と、PAM(パルス振幅変調:Pulse Amplitude Modulation)方式での制御(つまり、電流値を下げる)とを、適宜用いて駆動すればよい。
本実施形態に係るHUD装置1は、これよりさらに低い輝度の表示を三角波駆動(鋸波も含む)で実現する。
しかし、図8(c)よりも低い輝度を達成するためには、数百nsecでLEDのオン/オフ制御しなければならない。本実施形態の回路構成は、スイッチ手段203がオン状態のときには、シャント側に電流が強制的に流れる一方、LED側には電流が供給されないようになっている(つまり、スイッチ手段203がオン状態のとき、図9の駆動波形Rがオフとなる)。この構成において、第2の制御部200の制御のもとで、スイッチ手段203を高速にオン/オフ制御することで、パルス幅が数百nsec(100nsec以上1μsec未満)、高さ数百mA(100mA以上200mA未満)の三角波パルスを生成し、LEDを矩形波時よりも低い輝度で駆動する。
駆動波形Rを見ると、電流値が徐々に増えていき、ある閾値電流でオフとなることを繰り返していることがわかる。これらオフのタイミングは、R−ENのオン期間中にあるため、DMDと同期されていることがわかる(図7(a)〜(f)参照)。ここでは、R−ENの立ち上がりで(R−ENがONとなるタイミングで)同期がとられているが、DMDがフィールドシーケンシャル駆動であることを考慮すれば、R−ENがオンの期間中であれば、どのタイミングで駆動波形Rがオン/オフを繰り返してもよい。
このように、低輝度表示時に、三角波パルスでの駆動を実現することで、発光面積(オン期間×LED電流値)を低減することができる。このため、矩形波電流では達成できなかった低輝度を達成することができる。また、所望の輝度を達成する場合、1サブフレーム内に矩形波を1回供給するよりも、三角波を数回供給するほうが光の出力を安定させることができる。したがって、低輝度時の表示のちらつきを低減することもでき、高い表示品位を確保できる。
また、第2の制御部200は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、又は、FPGA(Field Programmable Gate Array)である。
また、三角波電流のパルス幅は、100nsec以上1μsec未満である。
10 照明装置
20 光強度検出部
30 照明光学系
40 表示素子
60 投射光学系
70 スクリーン
100 第1の制御部
101 給電手段
200 第2の制御部
202 光源駆動部
203 スイッチ手段
2 車両
3 ウインドシールド
4 観察者
M 画像
L 表示光
V 虚像
Claims (4)
- フィールドシーケンシャル方式で画像を表示する表示装置であって、
少なくとも2つ以上の色の光を出射する光出射手段と、
前記画像の表示周期であるフレーム期間を時間分割したサブフレーム期間毎に、異なる色の光を出射するように前記光出射手段をフィールドシーケンシャル方式で駆動制御する駆動制御手段と、
前記光出射手段が出射した出射光を反射させる複数の反射部を有する表示素子と、
前記複数の反射部を駆動制御して前記出射光の反射状態を変化させることで、前記表示素子に前記画像を表示させる表示制御手段と、
前記サブフレーム期間毎に、要求輝度に応じて調整した駆動電流を前記光出射手段に供給する駆動電流調整手段と、を備え、
前記駆動電流調整手段は、前記要求輝度が所定の閾値以上の場合、矩形波電流を前記光出射手段に供給し、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記要求輝度が前記閾値のときの矩形波電流よりも小さいパルス幅の三角波電流を前記光出射手段に供給し、
前記駆動電流調整手段は、
前記光出射手段に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記光出射手段と並列に接続され、オン状態で前記光出射手段への電流を分流するスイッチ手段と、
前記スイッチ手段をオンオフ制御する切替制御手段と、を有し、
前記切替制御手段は、前記要求輝度が前記閾値より小さい場合、前記スイッチ手段をオンオフ制御することで、前記三角波電流を前記光出射手段に供給する、
ことを特徴とする表示装置。 - 前記光出射手段は、複数の発光ダイオードからなり、
前記複数の発光ダイオードは、互いに並列に接続され、
切替制御手段は、前記駆動制御手段が前記複数の発光ダイオードに光を出射させるように駆動している期間中に、前記スイッチ手段をオンオフ制御して前記三角波電流を前記光出射手段に供給する、
ことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 前記切替制御手段は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、又は、FPGA(Field Programmable Gate Array)である、
ことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。 - 前記三角波電流のパルス幅は、100nsec以上1μsec未満である、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置
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