JP6296282B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、低／高温環境下においても安全に且つ高速に表示開始することができる、半導体レーザーを光源として用いた車両用表示装置に関するものである。

従来、車両のウインドシールド或いはコンバイナと称される半透過板に、光源からの表示光を照射することにより表示像を投影し、虚像と風景とを重畳して車両情報を車両運転者に視認させる、所謂ヘッドアップディスプレイと称する車両用表示装置が種々提案されている。
ヘッドアップディスプレイには、特許文献１に開示されているように、光源に半導体レーザー（ＬＤ：Laser Diode）を用いるものが提案されている。

また、特許文献１に開示されるような車両用表示装置においては、搭載される車両の利用環境を考慮して設定された温度範囲内であっても動作可能とするため、使用する光源の動作保証範囲が該温度範囲よりも狭い場合であっても、ペルチェ素子などの熱電素子によって光源を加熱あるいは冷却することで、光源の温度を動作保証範囲内に調整するように構成したものが、特許文献２に開示されている。

特開平７−２７０７１１号公報 特開２００９−０８６２６９号公報

しかしながら、特許文献２に開示される車両用表示装置においては、光源として用いる複数の半導体レーザーがそれぞれ異なる動作保証温度である場合、全ての半導体レーザーが動作保証温度範囲内になるまで待たなければならないため、低／高温環境下において表示開始するまで時間がかかってしまうという問題があった。

本発明は、前述した課題を鑑みて、低／高温環境下においても安全に且つ高速に表示開始することができる、半導体レーザーを光源として用いた車両用表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用表示装置は、
異なる波長のレーザー光を発する複数の半導体レーザーと、
前記半導体レーザーをラスタスキャンして表示像を生成する表示像生成手段と、
前記半導体レーザーの周囲温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段が検出した周囲温度が、前記各半導体レーザーの動作保証温度範囲の論理積からなる第１温度範囲となるように温度を調整する温度調節手段と、
前記表示像の表示光を反射する鏡と、
を備える車両用表示装置であって、
前記表示像生成手段は、前記各半導体レーザーの少なくとも１つの動作保証温度範囲内且つ前記第１温度範囲外となる第２温度範囲内から前記第１温度範囲内に近づくに伴って、前記各半導体レーザーを所定順序で点灯させ、
前記表示像生成手段は、前記所定順序を前記各半導体レーザーの波長の長さ順に定める。

また、本発明に係る車両用表示装置は、好ましくは、
前記半導体レーザーの温度調節を行う温度調節手段を備え、
前記表示像生成手段は、前記第２温度範囲内から前記第１温度範囲内に至る間、前記温度調節手段が動作中である旨を表す前記表示像を生成する。

また、本発明に係る車両用表示装置は、好ましくは、
前記表示像生成手段は、前記第１温度範囲内に近づくに伴って、寒色から白色に徐々に近づくように前記各半導体レーザーの出力を変化させる。

また、本発明に係る車両用表示装置は、好ましくは、
前記表示像生成手段は、前記第１温度範囲内に近づくに伴って、暖色から白色に徐々に近づくように前記各半導体レーザーの出力を変化させる。

本発明によれば、低／高温環境下においても安全に且つ高速に表示開始することができる、半導体レーザーを光源として用いた車両用表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態であるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 同実施形態における合成レーザー出力部の断面図である。 同実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の電気的構成図である。 同実施形態における各光源の動作保証温度範囲を示す図である。 同実施形態の低温環境下における起動時の各光源の点灯タイミングを示すタイムチャート図である。 同実施形態の低温環境下における起動時の表示光の色の推移（図５の時間（１）〜（４）における色の推移）を示すｘｙ色度図である。 同実施形態の低温環境下における起動時の表示画像の遷移（図５の時間（１）〜（４）における画像の遷移）を示す図である。 同実施形態の高温境下における起動時の各光源の点灯タイミングを示すタイムチャート図である。 同実施形態の高温環境下における起動時の表示光の色の推移（図８の時間（１）〜（４）における色の推移）を示すｘｙ色度図である。 同実施形態の高温環境下における起動時の表示画像の遷移（図８の時間（１）〜（４）における画像の遷移）を示す図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記す）１は、図１に示すように、合成レーザー出力部１０と、走査部２０と、透過スクリーン３０と、平面ミラー４０と、凹面ミラー５０と、ミラー駆動部５１と、筐体６０と、透光部６１から構成する。

合成レーザー出力部１０は、半導体レーザー（以下、ＬＤと記す）１１と、集光光学系１２と、合波手段１３と、アルミ板１４と、ペルチェ素子（温度調節手段）１５と、ヒートシンク１６と、温度検出手段１７と、制御手段（表示像生成手段）１８から構成し、制御手段１８からの後述する制御に応じて、ＬＤ１１から出力された合成レーザー光Ｃを走査部２０に出力するものである。

走査部２０は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）ミラーであり、後述する制御手段１８からの駆動信号に基づき、ミラーを第１方向（水平方向）と、第１の方向と略垂直方向である第２方向（垂直方向）に、ラスタスキャンするように振動し、合成レーザー光出力部１０から受光した合成レーザー光Ｃを透過スクリーン３０上に表示画像Ｍを生成する。

透過スクリーン３０は、走査部２０からの表示画像Ｍを背面から受光し、透過拡散させ、前面側に表示画像Ｍを表示するものであり、例えば、ホログラフィティックディフューザ、マイクロレンズアレイ、または、偏光板などから構成する。

平面ミラー４０は、透過スクリーン３０の前面に投影された表示画像Ｍの表示光Ｌを凹面ミラー５０側へ折り返す平面鏡である。

凹面ミラー５０は、平面ミラー４０から反射された表示光Ｌを、透光部６１を介して、車両のウインドシールドの方向へ出射する凹面鏡である。

ミラー駆動部５１は、ステッピングモータなどのアクチュエータからなり、後述する制御手段１８からの駆動信号に基づき、アクチュエータの駆動に応じて凹面ミラー５０の角度を変更することで、表示光Ｌの反射方向を調整可能となっている。

筐体６０は、合成レーザー光出力部１０、走査部２０、透過スクリーン３０、平面ミラー４０、凹面ミラー５０等を収納するものであり、遮光性の部材により形成する。また、後述するＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う制御手段１８は、筐体６０内に備えられていてもよいが、ＨＵＤ装置１の外部に配設し、配線により電気的に接続しても良い。

透光部６１は、筐体６０に嵌合されたものであり、アクリル樹脂などの透光性樹脂からなり、ＨＵＤ装置１の外部からの外光が観察者の方向へ反射しないように、湾曲形状に成形されたものである。

ＬＤ１１は、−２０〜６０℃の動作保証温度範囲１１ａＴａ内で動作可能な
６２０〜７５０ｎｍの波長の赤色レーザー光を発する赤色ＬＤ１１ａと、−１０〜７０℃の動作保証温度範囲１１ｂＴａ内で動作可能な４９５〜５７０ｎｍの波長の緑色レーザー光を発する緑色ＬＤ１１ｂと、０〜８０℃の動作保証温度範囲内１１ｃＴａ内で動作可能な４５０〜４９５ｎｍの波長の青色レーザー光を発する青色ＬＤ１１ｃと、から構成する。

集光光学系１２は、レンズなどを用いて、合成レーザー光Ｃのスポット径を小さくし、収束光とするものであり、赤色ＬＤ１１ａの赤色レーザー光を集光する第１集光光学系１２ａと、緑色ＬＤ１１ｂの緑色レーザー光を集光する第２集光光学系１２ｂと、青色ＬＤ１１ｃの青色レーザー光を集光する第３集光光学系１２ｃと、から構成する。

合波手段１３は、特定の波長帯域の光を反射し、その他の波長の光は透過するダイクロイックミラーなどから構成され、赤色レーザー光を反射する第１合波手段１３ａと、赤色レーザー光は透過し緑色レーザー光を反射する第２合波手段１３ｂと、青色レーザー光と緑色レーザー光とを透過し赤色レーザー光を反射する第３合波手段１３ｃと、から構成する。

アルミ板１４は、片面にＬＤ１１が実装されており、反対側にペルチェ素子１５が接着されており、このアルミ板１４を介して、赤色ＬＤ１１ａ，緑色ＬＤ１１ｂ，青色ＬＤ１１ｃの温度を均一に拡散して熱交換することができるようになっている。

ペルチェ素子１５は、ペルチェ効果を利用した板状の熱電素子であり、後述する制御手段１８からの電流制御によって、一方の面で吸熱し、他方の面で発熱することにより一方の面から他方の面へ熱移動させるものであり、電流の向きによって吸熱する面と発熱する面を切り替えることができる。
ペルチェ素子１５は、一方の面をアルミ板１４のＬＤ１１が実装された面の背面に接着し、他方の面をヒートシンク１６に接着するように配設することで、アルミ板のＬＤ１１から吸熱してヒートシンク１６へ熱移動させたり、逆に、ヒートシンク１６から吸熱してアルミ板のＬＤ１１へ熱移動させることで、ＬＤ１１を冷却または加熱する。

ヒートシンク１６は、ペルチェ素子１５が接着された面の背面に、筐体６０の外部に突出した表面積を大きくするようなフィン形状を有した熱伝導の良い金属などの部材で構成したものである。

温度検出手段１７は、サーミスタなどの温度を検出する温度センサであり、アルミ板１４上のＬＤ１１の近傍に配設し、ＬＤ１１の温度Ｔを検出して後述する制御手段１８へ出力する。

制御手段１８は、図３に示すように、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などからなる。また、制御手段１８は、車両の各種車両情報を、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）など通信規約に準じた通信路によって伝送する車内ＬＡＮ２、温度検出手段１７、ミラー駆動部５１、ＬＤ１１、ペルチェ素子１５、走査部２０に電気的に接続している。

制御手段１８は、車内ＬＡＮ２より車両のイグニッションＯＮに伴って起動信号が、該イグニッションＯＦＦに伴って終了信号が入力され、該起動信号および終了信号に応じてＨＵＤ装置１を起動、終了させる。

制御手段１８は、車内ＬＡＮ２より終了信号を受信すると、ＨＵＤ装置１の終了動作として、ミラー駆動部５１を駆動することにより凹面ミラー５０を大きく回動させ、表示光Ｌの全てを筐体６０の外部に出さない原点位置に移動させた後、ミラー駆動部５１、ＬＤ１１、ペルチェ素子１５、走査部２０の動作を停止させる。

また、制御手段１８は、車内ＬＡＮ２より起動信号を受信すると、ＨＵＤ装置１の起動動作として、ミラー駆動部５１を駆動することにより原点位置から、凹面ミラー５０を、表示光Ｌが筐体６０の透光部６１を介して車両のウインドシールド（投影部）上の、運転者が適切に表示画像Ｍを視認できるような位置に出射するように移動させると共に、後述するウェルカム動作を行う。

制御手段１８は、ＨＵＤ装置１のウェルカム動作を終えると、車内ＬＡＮ２より定期的に入力される車両の走行速度やエンジン回転数、警告情報などの各種車両情報に応じて計器画像を表示画像Ｍとして生成する動作を終了信号が車内ＬＡＮ２より入力されるまで絶えず行う。なお、表示画像Ｍの生成は、走査部２０のラスタスキャンの振動に同期して、表示画像Ｍの各画素に対応するタイミングでＬＤ１１を適切な強度で点灯させることにより実現する。
また、制御手段１８は、ＨＵＤ装置１の外気温に係わらず、ＬＤ１１全てが安全に駆動できる温度範囲（図４の各ＬＤ１１の動作保証温度範囲１１ａＴａ，１１ｂＴａ，１１ｃＴａの論理積からなる第１温度範囲Ｔａ１）となるように、ペルチェ素子１５によってＬＤ１１を冷却／加熱してＬＤ１１の温度調節を行う。

次に、ＨＵＤ装置１の起動動作として実行されるウェルカム動作を説明する。

制御手段１８は、ウェルカム動作として、低温環境下で起動信号を受信した場合と、高温環境下で起動信号を受信した場合と、それ以外の場合において、ＬＤ１１の温度に応じた異なる順でのＬＤ１１の点灯表示を行う。

また、本実施形態では、低温環境を、図４に示すように、ＬＤ１１全ての動作保証温度範囲外Ｔａ３のうち、温度Ｔ１（−２０℃）以下とし、高温環境を、ＬＤ１１の動作保証温度範囲外Ｔａ３のうち、温度Ｔ６（８０℃）以上と定義する。

制御手段１８は、図５〜７に示すように、ＨＵＤ装置１が低温環境下で起動されると、温度検出手段１７が検出するＬＤ１１の温度Ｔが動作温度範囲Ｔａ１となるようにペルチェ素子１５によって加熱している間は、ＬＤ１１を加熱中である旨を示す文字列「ＨＥＡＴＩＮＧ」を表示像Ｍとして表示し、加熱を終えＬＤ１１が動作温度範囲Ｔａ１となると、準備完了した旨を示す文字列「ＲＥＡＤＹ」を表示像Ｍとして表示する。
また、制御手段１８は、温度検出手段１７が検出するＬＤ１１の温度Ｔが動作温度範囲Ｔａ１へ近づくに従って、ＬＤ１１を加熱中である旨を示す文字列「ＨＥＡＴＩＮＧ」の表示色が暖色である赤から白へ推移するように、赤色ＬＤ１１ａ，緑色ＬＤ１１ｂ，青色ＬＤ１１ｃの順に点灯させ、その発光強度を強めていく。

また、制御手段１８は、図８〜１０に示すように、ＨＵＤ装置１が高温環境下で起動されると、温度検出手段１７が検出するＬＤ１１の温度Ｔが動作温度範囲Ｔａ１となるようにペルチェ素子１５によって冷却している間は、ＬＤ１１が冷却中である旨を示す文字列「ＣＯＯＬＩＮＧ」を表示像Ｍとして表示し、冷却を終えＬＤ１１が動作温度範囲Ｔａ１となると、準備完了した旨を示す文字列「ＲＥＡＤＹ」を表示像Ｍとして表示する。
また、制御手段１８は、温度検出手段１７が検出するＬＤ１１の温度Ｔが動作温度範囲Ｔａ１へ近づくに従って、ＬＤ１１を冷却中である旨を示す文字列「ＣＯＯＬＩＮＧ」の表示色が寒色である青から白へ推移するように、青色ＬＤ１１ｃ，緑色ＬＤ１１ｂ，赤色ＬＤ１１ａの順に点灯させ、その発光強度を強めていく。

また、制御手段１８は、ＨＵＤ装置１の起動時において、温度検出手段１７が検出するＬＤ１１の温度Ｔが動作温度範囲Ｔａ１であった場合は、準備完了した旨を示す文字列「ＲＥＡＤＹ」を白色で点灯する表示像Ｍとして表示する。

このように構成することで、低温環境下または高温環境下におけるＨＵＤ装置１の起動時において、ＬＤ１１全ての動作温度保証範囲外Ｔａ３からＬＤ１１全てが安全に駆動できる温度範囲内となるまでの間においても、ＬＤ１１のいずれかのＬＤが安全に駆動可能になった時点からＨＵＤ装置１の表示を開始できる。

また、低温環境下または高温環境下におけるＨＵＤ装置１の起動時において、ＬＤ１１のいずれかのＬＤが安全に駆動可能になったときに、温度の寒暖を感じさせる青を中心とした寒色、または、赤を中心とした暖色から白色に到るように制御することで、本実施形態においては、低温環境下におけるウェルカム動作では、低温環境から復帰するために加熱をしていることを直観的に知らせると共に、白色になった時点で復帰が完了したことを直観的に運転者に通知することができる。また、同様に、高温環境下におけるウェルカム動作では、高温環境から復帰するために冷却をしていることを直観的に知らせると共に、白色になった時点で復帰が完了したことを直観的に運転者に通知することができる。

以上、本発明を前述した実施形態を用いて説明したが、これらに限られず種々の変形を行うことができる。

例えば、本実施形態においては、赤色ＬＤ１１ａ，緑色ＬＤ１１ｂ，青色ＬＤ１１ｃを共通の温度検出手段１７とペルチェ素子１５を設けて温度調節したが、ＬＤ１１毎に温度検出手段１７とペルチェ素子１５を設けて、各ＬＤ１１を個別に温度調節する構成としても良い。

また、高温環境下における起動時に、ＬＤ１１を寒色から白色に到るように制御し、ペルチェ素子１５によってＬＤ１１を冷却中であることを印象付ける構成としたが、ＬＤ１１の動作保証温度範囲によっては、高温環境下における起動時に、ＬＤ１１を暖色から白色に到るように制御することで、ＬＤ１１が高温であることを印象付ける構成としても良く、同様に、低温環境下における起動時に、ＬＤ１１を寒色から白色に到るように制御することで、ＬＤ１１が低温であることを印象付ける構成とし、ＬＤ１１のいずれかの光源しか動作できない状態であっても、運転者に機能不全の状態を意識させることなく表示を高速に開始することができる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置（車両用表示装置）
２ 車内ＬＡＮ
１０ 合成レーザー光出力部
１１ ＬＤ（半導体レーザー）
１２ 集光光学系
１３ 第１合波出段
１４ アルミ板
１５ ペルチェ素子（温度調節手段）
１６ ヒートシンク
１７ 温度検出手段
１８ 制御手段（表示像生成手段）
２０ 走査部
３０ 透過スクリーン
４０ 平面ミラー
５０ 凹面ミラー
５１ ミラー駆動部
６０ 筐体
６１ 透光部

Claims (4)

1. 異なる波長のレーザー光を発する複数の半導体レーザーと、
   前記半導体レーザーをラスタスキャンして表示像を生成する表示像生成手段と、
   前記半導体レーザーの周囲温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段が検出した周囲温度が、前記各半導体レーザーの動作保証温度範囲の論理積からなる第１温度範囲となるように温度を調整する温度調節手段と、
   前記表示像の表示光を反射する鏡と、
   を備える車両用表示装置であって、
   前記表示像生成手段は、前記各半導体レーザーの少なくとも１つの動作保証温度範囲内且つ前記第１温度範囲外となる第２温度範囲内から前記第１温度範囲内に近づくに伴って、前記各半導体レーザーを所定順序で点灯させ、
   前記表示像生成手段は、前記所定順序を前記各半導体レーザーの波長の長さ順に定める
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記半導体レーザーの温度調節を行う温度調節手段を備え、
   前記表示像生成手段は、前記第２温度範囲内から前記第１温度範囲内に至る間、前記温度調節手段が動作中である旨を表す前記表示像を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記表示像生成手段は、前記第１温度範囲内に近づくに伴って、寒色から白色に徐々に近づくように前記各半導体レーザーの出力を変化させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
4. 前記表示像生成手段は、前記第１温度範囲内に近づくに伴って、暖色から白色に徐々に近づくように前記各半導体レーザーの出力を変化させる
   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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