JP6136215B2 - 光源駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光源駆動装置に関する。
従来の光源駆動装置として、例えば特許文献1に開示されたものがある。特許文献1に開示された光源駆動装置(同文献にいう表示装置)は、LEDを有する表示器と、LEDを駆動する駆動回路と、外光強度を検出する受光回路と、受光回路が検出した外光強度に応じた輝度調整データを駆動回路に供給する制御回路と、を備え、LEDを所望の輝度で発光させるものである。
特開2006−106538号公報
ところで、特許文献1に係る光源駆動装置のように輝度を調整する場合、一般的に、輝度調整幅は、制御回路(CPU)の分解能に依存する固定の幅となる。そのため、目標輝度が低輝度側から高輝度側に遷移し高輝度を実現する場合には、当然に低輝度時よりも大きな輝度調整幅が必要となり、制御回路に大きな負荷がかかって消費電力が増大するという問題があった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高輝度を実現する際においても消費電力を低減することができる光源駆動装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る光源駆動装置は、
車両のダッシュボード内に設けられ、車両情報を報知するための報知画像を表す表示光をウインドシールドで反射させることにより、報知画像の虚像を前記車両の運転者に視認させるヘッドアップディスプレイに搭載され、
前記表示光の光源と、
前記光源に光源駆動信号を供給して前記光源を駆動する駆動手段と、
逆起電力を発生させ、発生した逆起電力に応じた逆起信号を前記光源駆動信号に加える逆起電力発生手段と、
前記駆動手段と前記逆起電力発生手段との動作を制御し、所望の目標輝度で前記光源を発光させる制御手段と、
装置外部の外光の強度を検出する外光強度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記外光強度検出手段によって検出された外光の強度に応じて目標輝度を設定し、
前記制御手段は、
前記目標輝度が所定の閾値よりも小さい場合には、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせず、前記光源駆動信号によって前記光源を駆動し、
前記目標輝度が前記閾値以上の場合には、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせ、前記逆起信号と前記光源駆動信号とによって前記光源を駆動する、
ことを特徴とする光源駆動装置。
本発明によれば、高輝度を実現する際においても消費電力を低減することができる。
本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の車両への搭載態様を説明するための図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成図である。 本発明の一実施形態に係る光源駆動装置の構成を示すブロック図である。 逆起電力回路の具体例を説明するためのブロック図である。 本発明の一実施形態に係る光源駆動制御処理のフローチャートである。 図5に示す光源駆動制御処理におけるステップS8の処理を説明するための概念図である。
本発明の一実施形態に係る光源駆動装置を、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る光源駆動装置100(図3参照)は、図1に示すヘッドアップディスプレイ(HUD)装置1の一部として構成されるものである。このHUD装置1は、例えば、車両2のダッシュボード内に設けられ、車両情報を報知するための報知画像を表す光(表示光L)をウインドシールド3(フロントガラス)で反射させることにより、報知画像の虚像Vをユーザ4(主に、車両2の運転者)に視認させる装置である。これにより、ユーザ4は、運転中に前方から視線を逸らさずに車両情報を認識することができる。
HUD装置1は、図2に示す、表示手段10、光学系20、回路基板30、及びハウジングHと、図3に示す光源駆動装置100と、を備える。
表示手段10は、光源11が出射した光により、報知画像を表す光(表示光L)を光学系20に向けて出射する。光源11は、例えばLED(Light Emitting Diode)からなる。
表示手段10は、光源11、光源11からの光を反射させる可動式の複数のマイクロミラーを有するDMD(Digital Micro-mirror Device)、DMDで反射した光を受光して報知画像を表示するスクリーン等から構成されている。これにより、表示手段10は、表示光Lを光学系20に向け出射する。なお、表示手段10は、バックライトとして機能する光源11を備えた公知の透過型の液晶表示装置や、光源11を配列して構成される自発光型ディスプレイ装置等から構成されていてもよい。
光学系20は、表示手段10が投影する報知画像が、所望の位置に、所望の大きさで、虚像Vとして結ばれるように、表示手段10とウインドシールド3の光路間に設けられる光学系である。本実施形態に係る光学系20は、平面鏡21及び凹面鏡22の2つの反射部材から構成されている。
平面鏡21は、表示手段10からの表示光Lを受ける位置に配置され、入射した表示光Lを凹面鏡22に向け効率良く反射させる。
凹面鏡22は、平面鏡21で反射した表示光Lをウインドシールド3に向かって反射させる。これにより、結ばれる虚像Vの大きさは、表示手段10が表示している報知画像が拡大された大きさになる。
回路基板30は、ガラス繊維を含む樹脂等からなる板状の基材に、所定の配線パターンが形成されたプリント回路板である。回路基板30には、後述の制御回路90(図3参照)等が実装されている。回路基板30は、例えば、図示しないFPC(Flexible Printed Circuit)を介して、表示手段10、後述の外光強度検出手段70の各々と導通接続されている。
ハウジングHは、表示手段10、光学系20、回路基板30、及び、光源駆動装置100を所定の位置に収納するものであり、遮光性の部材により形成される。
光源駆動装置100は、図3に示すように、駆動回路40と、逆起電力回路50と、スイッチ回路60と、外光強度検出手段70と、電源回路80と、制御回路90と、を備える。
制御回路90は、マイクロコントローラ、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等からなる。制御回路90は、車両2のECU(Electronic Control Unit)等の外部装置(図示せず)から通信ラインにより伝送される車両2の状態情報(速度、燃費等)を表示手段10に表示するための駆動信号を、光源11用の駆動回路40及び表示制御用の駆動回路(図示せず)に出力し、表示手段10を駆動する。
特にこの実施形態では、制御回路90は、外光強度検出手段70から取得した外光強度情報に応じて、所望の明るさで光源11が発光するように、適宜、PWM(Pulse Width Modulation)制御方式により光源11を駆動する。具体的には、制御回路90は、取得した外光強度情報に応じて光源11の出力を定めるための目標輝度を設定し、光源11の出力が目標輝度に応じるようにパルス幅を調整した駆動信号(所定のデューティ比の駆動信号)を生成して駆動回路40に供給する。また、制御回路90は、スイッチ回路60の動作も制御する。
なお、制御回路90は、PWM制御方式とPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御方式とを適宜併用して光源11を駆動してもよい。また、制御回路90が輝度を調整する契機は、外光強度情報によらず、車両2側からの切り替え信号、ユーザ4の操作に基づく操作信号等によってもよい。
制御回路90は、CPU(Central Processing Unit)と、CPUによる処理の手順を定義したプログラムを記憶するROM(Read Only Memory)、ユーザによる適当な数値入力等を受けて実行されるプログラム及び必要な情報を一時的に記憶しておくRAM(Random Access Memory)等からなる記憶手段と、から構成される。ROM内には、後述する光源駆動制御処理を実行するためのプログラムが予め記憶されており、CPUは、これらプログラムを読み出し、実行する。
駆動回路40は、例えば、スイッチングレギュレータ型LEDドライバのIC(Integrated Circuit)からなり、内部に有する発振回路によりスイッチング動作を行い、光源11に供給する駆動電流を制御する。具体的には、駆動回路40は、スイッチング動作により、電源回路80からの入力電圧を、オンとオフとを示す光源駆動信号(パルス)として出力する。この光源駆動信号は、制御回路90から供給された駆動信号に重畳され、駆動信号のパルス幅は、出力が所望の電力となるように、適宜、変化される。これにより、制御回路90から供給された駆動信号と駆動回路40から供給された光源駆動信号とが共にオンを示す時に、光源11に駆動電流が供給される。
ここで、光源11は、例えば、図4に示すように、赤色光を発する光源11r、緑色光を発する光源11g、及び青色光を発する光源11bからなり、PWM制御方式により、各々が所定の光強度及びタイミングで発光する。この実施形態では、これらの各発光色を基本色として加法混合方式による混色を利用し、HUD装置1は、報知画像をフルカラーで表示する。
逆起電力回路50は、逆起電力発生用のコイル51と、電流方向を制御し、コイル51に生じた逆起電力を光源11に供給するために設けられたダイオード52と、からなる。
図3では概略的に示したコイル51とダイオード52とは、具体的には、図4に示すように、各色の光源11に対応して設けられている。すなわち、光源11rに対応してコイル51r及びダイオード52rが設けられ、光源11gに対応してコイル51g及びダイオード52gが設けられ、光源11bに対応してコイル51b及びダイオード52bが設けられている。各光源に対応するコイル及びダイオードの構成は同様であるため、以下では、ある発光色の光源11に対応するコイルとダイオードとを、単に符号51、52を用いて説明する。
コイル51は、光源11と直列接続されている。ダイオード52は、アノード側が光源11に接続され、カソード側がスイッチ回路60に接続されている。これにより、次に説明するスイッチ回路60がオン状態となった際に、コイル51の逆起電力を利用して光源11を発光させる。
スイッチ回路60は、例えば、FET(Field Effect Transistor)等のトランジスタを含むスイッチ素子からなり、制御回路90の制御のもと、逆起信号を駆動信号に加えるか否かのスイッチ動作を行う。
(1)制御回路90は、後述する目標輝度が予め記憶している閾値Lt以上の場合、駆動回路40の光源駆動信号がオフを示すタイミングで、スイッチ回路60をオン状態とし、コイル51に蓄えられたエネルギー、つまり逆起電力に応じた逆起信号が駆動回路40に供給されるようにする。これにより、点灯期間の光源11には、駆動信号に逆起信号を加えたぶん大きな駆動電流が供給されることになる。
(2)制御回路90は、後述する目標輝度が閾値Lt以下の場合、スイッチ回路60をオフ状態とし、逆起信号を駆動回路40に供給させない。これにより、点灯期間の光源11には、制御回路90が供給する駆動信号に従った通常の駆動電流が供給されることになる。
外光強度検出手段70は、外光の強度(明るさ)を検出するものであり、フォトトランジスタ、フォトダイオード等を含む受光センサー素子、A/D変換器等からなる。具体的には、外光強度検出手段70は、受光センサー素子で検出した外光強度に応じた検出信号(電圧)を、A/D変換器によりデジタル値に変換して、外光強度情報として、制御回路90に出力する。外光強度検出手段70の受光センサー素子は、外光を受けることができる適宜の位置(例えば、ハウジングHの一部に穴が設けられ、その穴から入り込む外光を受光できる位置)に配設されている。
電源回路80は、電源IC(Integrated Circuit)からなり、車両2に搭載されるバッテリーからの電圧を降圧して、所定の電圧を制御回路90、表示手段10等に印加する。例えば、電源回路80は、表示手段10の光源11に一定電圧を印加し、光源11を点灯させる。
以上の構成からなるHUD装置1は、運転者に、所定の報知画像を虚像Vとして視認させることを可能とする。これを可能とする機構の一連の流れを簡潔に述べれば、i)制御回路90の制御の下、表示手段10は、報知画像を表示する、つまり、表示光Lを出射する。ii)表示光Lは、光学系20で反射され、反射光はウインドシールド3に向けて出射される。このようにして、HUD装置1は表示光Lを出射する。iii)HUD装置1が出射した表示光Lが、ウインドシールド3で反射されることで、図1に示すように、運転者から見て、ウインドシールド3の前方に報知画像の虚像Vが結ばれる、という流れになる。
ところで、車両に搭載されるHUD装置1では、要請される表示光の輝度範囲が他の表示器に比べて極端に広い。というのは、昼間では、表示光を外光よりも明るくする必要がある上、表示光Lがウインドシールド3(もしくはコンバイナ)を透過するぶんの光量の損失があるため、高輝度の表示光が求められる一方、夜間では、車外の様子を視認する上で、ユーザが眩しくないように低輝度且つ微妙な調光が求められるからである。
ここからは、高輝度を実現する際においても消費電力を低減することができる本実施形態に特有の光源駆動制御処理を、図5に示すフローチャートを参照して説明する。
(光源駆動制御処理)
制御回路90は、例えば、HUD装置1の電源投入を条件に、光源駆動制御処理を開始する。
まず、制御回路90は、外光強度検出手段70からの外光強度情報に応じた輝度調整データを生成する(ステップS1)。輝度調整データは、表示光Lの目標輝度を示すものであり、このデータにより、外光強度が大きければ大きいほど(つまり、周囲が明るければ明るいほど)、目標輝度の値が大きく設定され、外光強度が小さければ小さいほど(つまり、周囲が暗ければ暗いほど)、目標輝度の値が小さく設定される。
なお、制御回路90は、ユーザ4の操作に基づく操作信号、車両2側からの切り替え信号等に基づいて、輝度調整データを生成してもよい。
続いて、制御回路90は、輝度調整データが示す目標輝度が、予め記憶している閾値Lt以上であるか否かを判別する(ステップS2)。
目標輝度が閾値Lt以上である場合(ステップS2;Yes)、制御回路90は、スイッチ回路60をオン状態とする(ステップS3)。これにより、コイル51に生じた逆起電力に応じて逆起信号が駆動回路40に供給され、駆動回路40は、駆動信号と逆起信号とに基づいて光源11を駆動し(ステップS4)、光源11は、駆動信号に逆起信号を加えた分、大きな駆動電流が供給されて、発光する。具体的には、制御回路90は、後述するステップS7と同様に、設定された目標輝度とするためのデューティ比を決定して、そのデューティ比を有するパルス信号(光源11に供給される駆動電流が所望の値となるように調整され、且つ、パルス幅を前記目標輝度に応じて変化させた駆動信号)を生成し、駆動回路40に供給する。光源11には、このような駆動信号に逆起信号を加えた分、大きな駆動電流が供給されることになる。
この実施形態では、外光強度検出手段70からの外光強度情報に基づいて目標輝度が設定されるため、単に、外光強度情報が示す外光強度が所定の閾値以上になった場合に、制御回路90は、スイッチ回路60をオン状態としてもよい。その他の例としては、単にユーザ4の操作に基づいて目標輝度が閾値Lt以上となった場合や、車両2のライトが点灯から不点灯に切り替わった際(この際、周囲が明るくなったと想定される)に車両2側から供給される切り替え信号に応じて設定された目標輝度が閾値Lt以上となった場合等に、制御回路90がスイッチ回路60をオン状態とする例が考えられる。
いずれにせよ、目標輝度が閾値Lt以上となり、高輝度表示が必要とされる場合には、制御回路90は、このように逆起信号を利用して大きな駆動電流を光源11に供給する。
一方、目標輝度が閾値Lt未満である場合(ステップS2;No)、制御回路90は、スイッチ回路60をオフ状態とし(ステップS5)、逆起電力回路50から逆起信号が駆動回路40に供給されないようにする。
ステップS5に続いて、制御回路90は、目標輝度の前回値が閾値Lt以上であったか否かを判別する(ステップS6)。例えば、制御回路90は、目標輝度の前回値を一時的に記憶手段に記憶しており、この前回値に基づいて、判別処理を行う。
目標輝度の前回値が閾値Lt以上でない場合(ステップS6;No)、制御回路90は、ステップS1で生成した輝度調整データが示す目標輝度に応じた駆動信号を駆動回路40に供給する(ステップS7)。これにより、駆動回路40は、駆動信号に基づいて光源11を駆動し、発光させる。
具体的には、制御回路90は、設定された目標輝度とするためのデューティ比を決定して、そのデューティ比を有するパルス信号(光源11に供給される駆動電流が所望の値となるように調整され、且つ、パルス幅を前記目標輝度に応じて変化させた駆動信号)を生成し、駆動回路40に供給する。例えば、デューティ比は、目標輝度が最大輝度のときに100%に設定され、目標輝度が最大輝度より小さければ小さい程、90%、80%、・・と段階的に小さくなるように設定される。
なお、目標輝度に応じたそれぞれの調整値(デューティ比や電流値)は、制御回路90の記憶手段に予め格納された演算プログラムまたはテーブルデータを用いて設定される。
一方、目標輝度の前回値が閾値Lt以上である場合(ステップS6;Yes)、制御回路90は、輝度調整データが示す目標輝度とするためのデューティ比よりも所定量上げたデューティ比を有する駆動信号(パルス信号)を駆動回路40に供給する(ステップS8)。このようにする理由を以下に説明する。
ステップS8に処理を進めた場合は、今回の目標輝度が閾値Lt未満(ステップS2;No)で且つ、目標輝度の前回値が閾値Lt以上(ステップS6;Yes)であり、つまり、今回処理において目標輝度が閾値Ltを跨いで下回った場合である。この場合に、単に、駆動回路40に逆起信号を加えない制御にすると、光源11に供給される駆動電流が逆起信号ぶん急激に小さくなってしまい、急に報知画像の表示輝度が下がって視認されるおそれがある(具体的には、ちらつき等の原因となってしまうおそれがある)。そこで、今回処理において目標輝度が閾値Ltを跨いで下回った場合には、制御回路90は、急激に光源11の輝度を低下させないため、図6に示すように、ステップS1で生成した輝度調整データが要請する目標輝度とするためのデューティ比(Duty比)よりも所定量上げたデューティ比を有するパルス信号を駆動回路40に供給する。
デューティ比の増加分の所定量は、表示輝度が急激に低下したとユーザ4に感じさせない量として適宜定めればよい。
制御回路90は、ステップS4、ステップS7、ステップS8のいずれかの処理を実行すると、処理をステップS1に戻す。制御回路90は、例えば、HUD装置1の電源がオフされるまで光源駆動制御処理を繰り返す。なお、閾値Ltは、例えば、消費電力が所定値を超えないように勘案して予め定められている。
本実施形態に係る光源駆動装置100は、光源11と、光源11に光源駆動信号を供給して光源11を駆動する駆動回路40(駆動手段の一例)と、逆起電力を発生させ、発生した逆起電力に応じた逆起信号を光源駆動信号に加える逆起電力発生手段(一例として逆起電力回路50及びスイッチ回路60が相当)と、駆動回路40と逆起電力発生手段との動作を制御し、所望の目標輝度で光源11を発光させる制御回路90(制御手段の一例)と、を備え、制御回路90は、目標輝度が閾値Ltよりも小さい場合には、逆起信号を光源駆動信号に加えさせず、光源駆動信号によって光源11を駆動し、目標輝度が閾値Lt以上の場合には、逆起信号を光源駆動信号に加えさせ、逆起信号と光源駆動信号とによって光源11を駆動する。このように、光源駆動装置100によれば、閾値Ltを超える高輝度領域においては、逆起電力を用いて光源11を駆動するため、高輝度を実現する際においても消費電力を低減することができ、また、発熱量を抑えることもできる。さらに、低輝度領域においては、逆起電力を用いずに光源11を駆動するため、逆起電力が常に供給されている場合と比べて、より低輝度且つ微妙な調光が可能となり、実現できる低輝度領域を広げることができる。
また、逆起電力発生手段は、逆起信号を光源駆動信号に加えるか否かの動作を切り替えるスイッチ回路60(切替手段の一例)を含み、スイッチ回路60は、目標輝度が閾値Ltよりも小さい場合には、逆起信号を光源駆動信号に加えさせないように動作を切り替え、目標輝度が閾値Lt以上の場合には、逆起信号を光源駆動信号に加えさせるように動作を切り替える。
また、光源駆動装置100は、装置外部の外光の強度を検出する外光強度検出手段70をさらに備え、制御回路90は、外光強度検出手段70によって検出された外光の強度に応じて目標輝度を設定する。
また、制御回路90は、パルス幅変調(PWM)制御方式により、目標輝度に応じたデューティ比をもつ駆動信号を駆動回路40に供給することで光源11を駆動し、逆起信号を光源駆動信号に加えさせていた状態から、逆起信号を光源駆動信号に加えさせない状態に遷移するタイミングで、目標輝度が要求するデューティ比よりも大きいデューティ比の駆動信号を駆動回路40に供給する。これにより、光源11に供給される駆動電流が逆起信号ぶん急激に小さくなってしまい、急に報知画像の表示輝度が下がって視認される、というようなことを防止できる。
なお、本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。以下に、変形例の一例を記す。
以上の説明では、表示光Lを、光学系20で反射させ、ウインドシールド3に到達させる例を示したが、これに限られない。表示手段10からの表示光Lを、直接、ウインドシールド3、もしくは装置専用のコンバイナに向けて照射させる構成であってもよい。
以上の説明では、HUD装置1が搭載される乗り物の例を車両としたが、これに限られない。HUD装置1をその他の乗り物(船舶、航空機等)に設置することもできる。さらには、乗り物に設置するものには限られない。
以上では、HUD装置1が車両のダッシュボードと一体的に構成される例を示したが、HUD装置1は、例えば、車両のダッシュボード上に設置される据え置き型(後付け型)のものであってもよい。
以上では、光源駆動装置100を用いた表示装置の一例としてHUD装置1を挙げたが、これに限られない。その他の表示装置であってもよい。但し、HUD装置は、背景(風景)と重ねて報知画像を視認させるため、特に、表示輝度の調整が必要であること等を踏まえると、上記のように光源駆動制御処理を行う表示装置としては、HUD装置が好適である。
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
1 HUD装置
10 表示手段
L 表示光
20 光学系
30 回路基板
100 光源駆動装置
40 駆動回路
50 逆起電力回路
60 スイッチ回路
70 外光強度検出手段
80 電源回路
90 制御回路

Claims (3)

  1. 車両のダッシュボード内に設けられ、車両情報を報知するための報知画像を表す表示光をウインドシールドで反射させることにより、報知画像の虚像を前記車両の運転者に視認させるヘッドアップディスプレイに搭載され、
    前記表示光の光源と、
    前記光源に光源駆動信号を供給して前記光源を駆動する駆動手段と、
    逆起電力を発生させ、発生した逆起電力に応じた逆起信号を前記光源駆動信号に加える逆起電力発生手段と、
    前記駆動手段と前記逆起電力発生手段との動作を制御し、所望の目標輝度で前記光源を発光させる制御手段と、
    装置外部の外光の強度を検出する外光強度検出手段をさらに備え、
    前記制御手段は、前記外光強度検出手段によって検出された外光の強度に応じて目標輝度を設定し、
    前記制御手段は、
    前記目標輝度が所定の閾値よりも小さい場合には、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせず、前記光源駆動信号によって前記光源を駆動し、
    前記目標輝度が前記閾値以上の場合には、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせ、前記逆起信号と前記光源駆動信号とによって前記光源を駆動する、
    ことを特徴とする光源駆動装置。
  2. 前記逆起電力発生手段は、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えるか否かの動作を切り替える切替手段を含み、
    前記切替手段は、
    目標輝度が前記閾値よりも小さい場合には、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせないように動作を切り替え、
    目標輝度が前記閾値以上の場合には、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせるように動作を切り替える、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光源駆動装置。
  3. 前記制御手段は、パルス幅変調制御方式により、目標輝度に応じたデューティ比をもつ駆動信号を前記駆動手段に供給することで前記光源を駆動し、
    前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせていた状態から、前記逆起信号を前記光源駆動信号に加えさせない状態に遷移するタイミングで、目標輝度が要求するデューティ比よりも大きいデューティ比の駆動信号を前記駆動手段に供給する、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光源駆動装置。
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