JP5109983B2

JP5109983B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP5109983B2
Application number: JP2009003828A
Authority: JP
Inventors: 大輔藤原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP2010160426A

Description

本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来から、車両のフロントウインドウなどに表示像を投影することにより、運転者が車両前方から視線方向をずらさずとも、表示像を視認できるようにした車両用ヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された装置では、表示像の輝度を高めるべく、光源として、複数の発光ダイオードを用いている。

特開２００５−２０６１３３号公報

しかしながら、従来の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、単に、車両のイグニッションスイッチのオン、オフに伴って光源の点灯、消灯を行なうだけのものであった。すなわち、光源の点灯を制御して、表示像の見え方を演出することを考慮したものはなかった。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、視認者に対して、高級感などを感じさせることができるように、表示像の見え方を演出することが可能な車両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とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、表示像を出力する表示機器と、視認者の視認方向に設けられた表示部材と、表示機器より出力される表示像を表示部材へ投映する光学系とを備える車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示機器は、光源としての発光ダイオードと、入力電圧を昇圧して発光ダイオードの駆動電圧を発生する昇圧回路と、液晶パネルとを有し、昇圧回路による駆動電圧が印加された発光ダイオードからの光が液晶パネルを透過することにより表示像を出力するものであって、
さらに、昇圧回路の昇圧動作をＰＷＭ信号のデューティ比によって制御するＰＷＭ制御手段を備え、
ＰＷＭ制御手段は、車両のイグニッションスイッチがオンされたことに応じて、所定デューティ比のＰＷＭ信号によって昇圧回路の駆動電圧を前記発光ダイオードが発光しない範囲内で予備昇圧させ、その後、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定デューティ比から徐々に増加させて昇圧回路が発生する駆動電圧を増加させることにより、表示像をフェードインさせることを特徴とする。

光源としての発光ダイオードは、印加される電圧が低い間は電圧を上げていってもほとんど電流が増えず、発光もしない。印加電圧が順方向降下電圧を越えると、通常のダイオードと同様に、電圧上昇に対する電流の増え方が急になり、電流量に応じた強度の光を発するようになる。

ここで、表示像をフェードインさせるため、例えば、車両のイグニッションスイッチがオンされたことに応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比を０％から目標とする最終輝度に相当する値まで、所定時間のうちに徐々に増加させた場合を想定する。この場合、昇圧回路が発生する電圧が発光ダイオードの順方向降下電圧に達するまでは、発光ダイオードは発光せず、従って、表示像も投影されることはない。そして、昇圧回路が発生する電圧が発光ダイオードの順方向降下電圧を超えると、発光ダイオードが発光を開始し、それに伴い、表示像も投影され始める。しかしながら、発光ダイオードの発光開始から、その発光ダイオードの輝度が最終輝度に達するまでの時間は、上述した発光ダイオードの無発光時間の分だけ短縮されている。このため、表示像の投影が開始されてから、最終的な輝度での表示像の投影までの時間が短くなり、十分なフェードイン効果を発揮させることはできない。

それに対して、請求項１に記載の発明では、車両のイグニッションスイッチがオンされたことに応じて、所定デューティ比のＰＷＭ信号によって昇圧回路の駆動電圧を発光ダイオードが発光しない範囲内で予備昇圧させ、その後、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定デューティ比から増加させて昇圧回路が発生する駆動電圧を増加させる。これにより、昇圧回路が発生する駆動電圧が発光ダイオードの順方向降下電圧に達するまでの時間を短くすることができる。換言すれば、昇圧回路の駆動電圧が、発光ダイオードの順方向降下電圧を横切り、発光ダイオードの最終輝度に相当する電圧に達するまでの時間が十分に取れるので、その間の昇圧回路の駆動電圧の変化を緩やかにすることができ、表示像のフェードイン効果を十分に発揮させることができる。

請求項２に記載したように、ＰＷＭ制御手段は、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定デューティ比から指数関数的に増加させることが好ましい。これにより、発光ダイオードの電流が急に増加し始める順方向降下電圧付近において、昇圧回路の駆動電圧の変化を特に緩やかにすることができ、表示像が急に現れたかのような印象を与えることを防ぐことができる。

実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の全体構成を示す全体構成図である。ヘッドアップディスプレイ装置の表示機器の構成を示す分解斜視図である。図１に示す表示機器の構成を示す断面図である。表示機器の光源をなす発光ダイオードの駆動回路を示す回路図である。図４に示す駆動回路における、昇圧型ＬＥＤドライバの詳細な回路構成の一例を示す回路図である。表示像をフェードイン、フェードアウトさせるように、発光ダイオードの駆動電圧を生成するためのＰＷＭ信号波形を示す波形図である。

以下、本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤという）に関して、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるＨＵＤ１の全体構成を示す全体構成図である。

図１に示すように、ＨＵＤ１は車両２に搭載され、車室３前方のインストルメントパネル４内であって、車両情報を表示するメータ５の車両２前方側に設けられている。

ＨＵＤ１は、表示機器１０、反射鏡１１、および防塵カバー１２などから構成されている。表示機器１０は、車両情報を画像として形成し、画像光により出力する。反射鏡１１は、表示機器１０が形成した表示画像の画像光を、防塵カバー１２を介して車室３前方のウインドシールド６に導く。これにより、ウインドシールド６へ入射された画像光は、ウインドシールド６の車室３内側表面上にて結像され、虚像として表示される。

図２は、図１に示す表示機器１０の構成を示す分解斜視図であり、図３は、図１に示す表示機器１０の構成を示す断面図である。

表示機器１０は、バックライト２０、投射レンズ２６および液晶パネル３０などから構成されている。

バックライト２０は、光源２１、集光レンズ２２、拡散板２３等から構成され、支持部材２４の内部に収容されている。

光源２１は、本実施形態では５個の発光ダイオードからなる。光源２１は、光源用プリント基板２５上に実装されている。図示しないが、光源２１は、図３に示すプリント基板８０上に実装されている制御部９０と電気的に接続されている。集光レンズ２２は、図３に示すように、断面が凸状である凸レンズであり、発光した光源２１から広域に放射される光を集めて拡散板２３に向けて出射する。拡散板２３は、集光レンズ２２とは反対側に発光面を有しており、集光レンズ２２からの入射光を拡散して、その発光面から投射レンズ２６に向けて出射する。拡散板２３の発光面は平面状に形成されており、輝度ムラの抑制された均一な光源面として機能する。

投射レンズ２６は樹脂などの高屈折率材料で形成され、バックライト２０と液晶パネル３０との間に配置されている。投射レンズ２６のバックライト２０側には、拡散板２３からの出射光が入射される。投射レンズ２６は、バックライト２０からの入射光を集めて液晶パネル３０に投射する。

液晶パネル３０は投射レンズ２６とは反対側に画面を有しており、外部からの入力信号に応じた表示画像を画面上に形成する。液晶パネル３０は、プリント基板８０上に実装された制御部９０とフレキシブルプリント基板８１を介して電気的に接続されている。制御部９０は、表示信号を生成し、液晶パネル３０に向けてその表示信号を送信する。液晶パネル３０は、透過型のパネルであり、投射レンズ２６から光が投射されることによって透過照明される。液晶パネル３０は、画面上に形成される表示画像を透過照明によって反射鏡１１へ、画像光として出力する（図１参照）。

次に、表示機器１０において、光源２１である発光ダイオードを発光駆動するための駆動回路４０に関して、図４に基づいて説明する。

図４に示すように、駆動回路４０は、定電圧電源４１を有している。この定電圧電源４１は、車両におけるバッテリからの電圧ＶINを入力し、所定の一定電圧（例えば、５ｖ）を発生するものである。定電圧電源４１が発生した一定電圧は、昇圧型ＬＥＤドライバ４２に入力される。

この昇圧型ＬＥＤドライバ４２には、ＤＣ−ＤＣコンバータが用いられる。図５に、昇圧型ＬＥＤドライバ４２に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す。

図５に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータは、チョークコイルＬ１、スイッチング素子Ｔｒ、整流ダイオードＤ１、及び平滑コンデンサＣ２などからなる。なお、定電圧電源４１に接続されたコンデンサＣ１は、発光ダイオード２１の通電電流が変化したときなどに、電圧の変動を抑制するために設けられている。

ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧動作について、簡単に説明する。後述するマイコン４３が出力するＰＷＭ信号によりスイッチング素子Ｔｒがオン、オフされる。スイッチング素子Ｔｒがオンしたとき、チョークコイルＬ１，スイッチング素子Ｔｒを介して電流が流れる。このとき、ＰＷＭ信号に従って、スイッチング素子Ｔｒがオフされると、スイッチング素子Ｔｒがオフされるまでに通電されていた電流によりチョークコイルＬ１に蓄えられた磁気エネルギーが電気エネルギーとして放電され、整流ダイオードＤ１を介して平滑コンデンサＣ２が充電される。この結果、平滑コンデンサＣ２は、定電圧電源４１が発生する一定電圧よりも高い電圧まで充電される。

このように、マイコン４３からのＰＷＭ信号に従い、スイッチング素子Ｔｒがオン、オフを繰り返すことにより、ＤＣ−ＤＣコンバータは、定電圧電源４１が発生する一定電圧よりも高い電圧を発生することができる。ＤＣ−ＤＣコンバータの発生電圧は、ＰＷＭ信号のデューティ比に対応し、デューティ比が低ければ発生電圧も低くなり、デューティ比が高ければ発生電圧も高くなる。なお、デューティ比が０％の場合、ＤＣ−ＤＣコンバータによる昇圧動作は行われず、昇圧型ＬＥＤドライバ４２は、定電圧電源４１が発生した一定電圧をそのまま出力することになる。

マイコン４３は、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）からの信号を入力し、ＩＧＳＷがオンされたことに応じて、ＰＷＭ信号を発生させ、ＩＧＳＷがオフされたことに応じて、ＰＷＭ信号を停止させる。

本実施形態においては、ＨＵＤ１の表示の開始時に徐々に表示像が現れ（表示像のフェードイン）、また表示の終了時には徐々に表示像が消えていく（表示像のフェードアウト）かのような表示を行なう。そのため、マイコン４３は、図６に示すようなパターンでデューティ比が変化するＰＷＭ信号を発生させる。

具体的には、マイコン４３は、ＩＧＳＷがオンされたことに応じて、所定デューティ比Ｓ％（例えば、１０％）のＰＷＭ信号によって、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧を、発光ダイオード２１が発光しない範囲内で予備昇圧させる。その後、フェードインが開始されると、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定デューティ比Ｓ％から指数関数的に増加させ、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧を、ＨＵＤ１の最終的な表示輝度に対応する電圧まで増加させる。すなわち、ＰＷＭ信号のデューティ比は、フェードインの初期には緩やかに増加し、後半になるほど、その変化は急峻となる。また、マイコン４３は、ＩＧＳＷがオフされたことに応じて、ＰＷＭ信号のデューティ比をほぼ一定の割合で０％まで低下させる。

上述したパターンでデューティ比が変化するＰＷＭ信号を用いることにより、特に、ＨＵＤ１の表示の開始時における表示像のフェードインを効果的に行なうことができる。その理由について、以下に詳しく説明する。

光源としての発光ダイオード２１は、印加される電圧が低い間は電圧を上げていってもほとんど電流が増えず、発光もしない。印加電圧が順方向降下電圧を越えると、通常のダイオードと同様に、電圧上昇に対する電流の増え方が急になり、電流量に応じた強度の光を発するようになる。

そこで、本実施形態では、フェードイン前に、昇圧型ＬＥＤドライバ４２に所定のデューティ比Ｓ％のＰＷＭ信号を与えて予備昇圧を行う。この予備昇圧時に昇圧型ＬＥＤドライバから発生される電圧は、直列接続された発光ダイオード２１の順方向降下電圧に達しないように設定されている。

そして、フェードインが開始されると、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定デューティ比Ｓ％から増加させる。これにより、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧も増加する。この結果、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧が発光ダイオード２１の順方向降下電圧に達するまでの時間を短縮することができる。つまり、フェードインのためのＰＷＭ信号は、所定デューティ比Ｓ％から開始されるので、発光ダイオード２１の順方向降下電圧に対応するデューティ比まで増加するのに要する時間を短縮できるのである。

このため、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧が、発光ダイオード２１の順方向降下電圧を横切り、ＨＵＤ１の最終的な表示輝度（発光ダイオード２１の最終的な発光輝度）に相当する電圧に達するまでの時間を十分に取ることができる。従って、その間の昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧の変化を緩やかにすることができ、表示像のフェードインをより効果的に行なうことができる。

さらに、本実施形態では、フェードインの間に、ＰＷＭ信号のデューティ比を所定デューティ比Ｓ％から指数関数的に増加させている。これにより、発光ダイオード２１の電流が急に増加し始める順方向降下電圧付近において、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する駆動電圧の変化を特に緩やかにすることができ、表示像が急に現れたかのような印象を与えることを防ぐことができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の変形や修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、フェードインの間に、ＰＷＭ信号のデューティ比を指数関数的に増加させたが、デューティ比を一定の割合で増加させても良い。予備昇圧により、フェードイン開始時のデューティ比を所定デューティ比Ｓ％に底上げしておくことで、一定の割合であっても、その割合自体を緩やかにすることができるためである。

例えば、ＰＷＭ信号のデューティ比を０％からＨＵＤ１の最終的な表示輝度に相当するデューティ比まで、所定時間のうちに一定の割合で増加させたとすると、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する電圧が発光ダイオード２１の順方向降下電圧に達するまでは、発光ダイオード２１は発光せず、従って、表示像も投影されることはない。そして、昇圧型ＬＥＤドライバ４２が発生する電圧が発光ダイオード２１の順方向降下電圧を超えると、その時点から発光ダイオード２１が発光を開始し、それに伴い、表示像も投影され始める。しかしながら、発光ダイオード２１の発光開始から、その発光ダイオード２１の輝度が最終的な発光輝度に達するまでの時間は、上述した発光ダイオード２１の無発光時間の分だけ短縮されている。このため、表示像の投影が開始されてから、最終的な輝度での表示像の投影までの時間が短くなり、十分なフェードイン効果を発揮させることはできない。

それに対して、予備昇圧により、ＰＷＭ信号のデューティ比を底上げしておくことにより、フェードイン開始後、たとえ一定の割合でデューティ比を増加させた場合であっても、その増加割合を上述した例に比較して緩やかにすることができ、より効果的に表示像のフェードインを行なうことができる。

１ヘッドアップディスプレイ装置
６フロントウインドシールド
１０表示機器
１１反射鏡
２０バックライト
２１光源（発光ダイオード）
４０発光ダイオード駆動回路
４１定電圧電源
４２昇圧型ＬＥＤドライバ
４３マイコン

Claims

表示像を出力する表示機器と、視認者の視認方向に設けられた表示部材と、前記表示機器より出力される前記表示像を前記表示部材へ投映する光学系と、を備える車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示機器は、光源としての発光ダイオードと、入力電圧を昇圧して前記発光ダイオードの駆動電圧を発生する昇圧回路と、液晶パネルとを有し、前記昇圧回路による駆動電圧が印加された前記発光ダイオードからの光が前記液晶パネルを透過することにより前記表示像を出力するものであって、
さらに、前記昇圧回路の昇圧動作をＰＷＭ信号のデューティ比によって制御するＰＷＭ制御手段を備え、
前記ＰＷＭ制御手段は、車両のイグニッションスイッチがオンされたことに応じて、所定デューティ比のＰＷＭ信号によって前記昇圧回路の駆動電圧を前記発光ダイオードが発光しない範囲内で予備昇圧させ、その後、ＰＷＭ信号のデューティ比を前記所定デューティ比から徐々に増加させて前記昇圧回路が発生する駆動電圧を増加させることにより、前記表示像をフェードインさせることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
前記ＰＷＭ制御手段は、前記ＰＷＭ信号のデューティ比を前記所定デューティ比から指数関数的に増加させることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。