特開 2024-16936 ヘッドアップディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024016936

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20240201BHJP

   H01S 5/062 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

H01S5/062

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022119239

(22)【出願日】2022-07-27

(71)【出願人】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】森田 耕三

【テーマコード（参考）】

2H199

5F173

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA12

2H199DA13

2H199DA18

2H199DA28

5F173SC10

5F173SE03

5F173SH05

5F173SH15

(57)【要約】

【課題】 高温環境下においてヘッドアップディスプレイの起動から表示開始までの時間を短縮する。
【解決手段】 ヘッドアップディスプレイＨは、第１レーザ光源（赤色レーザ光源）１１ｒ、第１レーザ光源１１ｒの温度を検出する温度検出部１２ｒ、第１レーザ光源１１ｒの温度を調節する温度調節部１８、第１レーザ光源１１ｒを制御する制御部２、を備える。ヘッドアップディスプレイＨの起動時の温度が閾値Ｔ未満であった場合は、制御部２は第１レーザ光源１１ｒを連続波動作で制御する。ヘッドアップディスプレイＨの起動時の温度が閾値Ｔ以上であった場合は、制御部２は第１レーザ光源１１ｒをパルス動作で制御を開始し、温度が閾値Ｔ未満となるとパルス動作から連続波動作に切り替えて第１レーザ光源１１ｒを制御する。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１レーザ光源、前記第１レーザ光源の温度を検出する温度検出部、前記第１レーザ光源の温度を調節する温度調節部、前記第１レーザ光源を制御する制御部、を備えたヘッドアップディスプレイであって、
前記ヘッドアップディスプレイの起動時の前記温度が閾値未満であった場合、前記制御部は前記第１レーザ光源を連続波動作で制御し、
前記起動時の前記温度が前記閾値以上であった場合、前記制御部は、前記温度が前記閾値未満となるまでの間は前記第１レーザ光源をパルス動作で制御し、前記温度が前記閾値未満となると前記第１レーザ光源を前記パルス動作から前記連続波動作に切り替えて制御する。

【請求項2】

前記閾値は、前記第１レーザ光源を前記連続波動作で制御したときに前記第１レーザ光源が点灯可能な温度と点灯不能な温度、との境界値である、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記第１レーザ光源とは異なる波長の光を出力する第２レーザ光源を備え、
前記制御部は、前記第１レーザ光源の駆動方式の変化に関わらず、常に前記第２レーザ光源を前記連続波動作で制御する、
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記第１レーザ光源は、赤色の波長の光を出力する赤色レーザ光源であり、
前記第２レーザ光源は、緑色の波長の光を出力する緑色レーザ光源または青色の波長の光を出力する青色レーザ光源である、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記制御部の前記パルス動作による駆動は、前記温度が下がるのに伴って前記パルス動作のデューティ比、振幅、周波数の少なくとも１つを変動させる、
請求項１－４の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項6】

前記制御部の前記パルス動作による駆動は、前記温度が下がるのに伴って前記パルス動作のデューティ比、振幅、周波数のうち１つのみを上げる、
請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項7】

前記制御部の前記パルス動作による駆動は、前記温度が下がるのに伴って前記パルス動作のデューティ比、振幅、周波数のうち２つを変動させる、
請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項8】

前記制御部の前記パルス動作による駆動は、前記温度が下がるのに伴って前記パルス動作のデューティ比、振幅、周波数の全てを変動させる、
請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーザ光源を用いたヘッドアップディスプレイが、高温環境下で起動された場合において、高速に表示開始を行う技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイは、レーザ光源の温度が動作保証範囲内になるように、ペルチェ素子によってレーザ光源の温度調整を行う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３－２２８６７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１のヘッドアップディスプレイは、高温環境下で起動させた場合において、ペルチェ素子による冷却によってレーザ光源が動作保証範囲内になるまでの間、レーザ光源を点灯しない。従って、高温環境下においては起動から表示開始までの時間が長くかかってしまう、という課題がある。

【0005】

本開示は、高温環境下においてヘッドアップディスプレイの起動から表示開始までの時間を短縮する、ことを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１レーザ光源、前記第１レーザ光源の温度を検出する温度検出部、前記第１レーザ光源の温度を調節する温度調節部、前記第１レーザ光源を制御する制御部、を備えたヘッドアップディスプレイであって、
前記ヘッドアップディスプレイの起動時の前記温度が閾値未満であった場合、前記制御部は前記第１レーザ光源を連続波動作で制御し、
前記起動時の前記温度が前記閾値以上であった場合、前記制御部は、前記温度が前記閾値未満となるまでの間は前記第１レーザ光源をパルス動作で制御し、前記温度が前記閾値未満となると前記第１レーザ光源を前記パルス動作から前記連続波動作に切り替えて制御する。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、高温環境下においてヘッドアップディスプレイの起動から表示開始までの時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】ヘッドアップディスプレイの構成図

【図2】表示部の構成図

【図3】レーザ光源を制御するフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

本開示の第１実施形態であるヘッドアップディスプレイＨを以下に説明する。

【0010】

（第１実施形態）
ヘッドアップディスプレイＨは、車両のダッシュボードに内蔵され、ウインドシールドＷＳに向けて車両情報を表す表示光ＰＬを出力する。車両情報とは、例えば、車両の走行速度、警告灯、経路案内情報などの車両の運転に関する情報である。表示光ＰＬはウインドシールドＷＳで反射して、ウインドシールドＷＳの前方に虚像Ｖとして結像する。これにより、車両の搭乗者Ｐは、ウインドシールドＷＳの前方に車両情報を虚像Ｖとして視認できる。

【0011】

ヘッドアップディスプレイＨは、表示部１、制御部２、反射部３を含む。表示部１は、制御部２に制御されて、車両情報を表す表示光ＰＬを反射部３に向けて出力する。反射部３は、表示光ＰＬをウインドシールドＷＳに向けて反射する。

【0012】

表示部１は、レーザ光源１１、温度検出部１２、合成部１３、分光部１４、光センサ１５、レンズ１６、液晶パネル１７、温度調節部１８、ヒートシンク１９を含む。

【0013】

レーザ光源１１は、レーザダイオードであり、赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、青色レーザ光源１１ｂから構成される。赤色レーザ光源（第１レーザ光源）１１ｒは、６２０～７５０ｎｍの波長の赤色光を出力する。緑色レーザ光源１１ｇは、４９５～５７０ｎｍの波長の緑色光を出力する。青色レーザ光源１１ｂは、４５０～４９５ｎｍの波長の青色光を出力する。レーザ光源１１は、制御部２に制御されて点灯する。

【0014】

温度検出部１２は、レーザ光源１１の温度を検出するサーミスタである。温度検出部１２は、赤色レーザ光源１１ｒの温度を検出する第１温度センサ、緑色レーザ光源１１ｇの温度を検出する第２温度センサ、青色レーザ光源１１ｂの温度を検出する第３温度センサ、を含む。温度検出部１２が検出した温度は、制御部２に入力される。

【0015】

合成部１３は、赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、青色レーザ光源１１ｂから出力される各波長の光を合成する。合成部１３は、第１合成部１３ａ、第２合成部１３ｂ、第３合成部１３ｃから構成される。第１合成部１３ａは、青色レーザ光源１１ｂが出力した青色光を反射する全反射ミラーである。第２合成部１３ｂは、青色光を透過し、緑色光を反射する特性有するダイクロイックミラーである。第３合成部１３ｃは、青色光および緑色光を透過し、赤色光を反射する特性を有するダイクロイックミラーである。合成部１３は、図２に示すように、第１合成部１３ａ、第２合成部１３ｂ、第３合成部１３ｃによって赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、青色レーザ光源１１ｂから出力される各波長の光を合成した合成光を出力する。

【0016】

分光部１４は、例えば５％程度の反射率を有する透光性の板であり、合成部１３によって合成された光の光路上に設けられる。合成光のうち分光部１４を反射した光は、光センサ１５に入射する。合成光のうち分光部１４を透過した光は、レンズ１６を通過した後に液晶パネル１７の裏面に入射する。分光部１４は、合成光の一部を分離し光センサ１５に入射するものであればよく、例えば、プリズムであってもよい。

【0017】

光センサ１５は、合成部１３が出力した合成光の強度を検出するフォトセンサである。光センサ１５が検出した光の強度は、制御部２に入力される。

【0018】

レンズ１６は、合成光をコリメートして、液晶パネル１７の背面を均一に照明するレンズである。レンズ１６は、少なくともコリメートレンズを含み、さらに、ケーラー照明系のレンズや、レンチキュラレンズなどを含んでもよい。

【0019】

液晶パネル１７は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶パネルである。液晶パネル１７は、制御部２に制御されて、車両情報を表す図形や数字を画像として表示する。

【0020】

温度調節部１８は、制御部２に制御されてレーザ光源１１を加熱あるいは冷却する。温度調節部１８は、例えば、ペルチェ効果により一方の面から他方の面に熱移動をするペルチェ素子である。温度調節部１８は、一方の面にレーザ光源１１が配置され、他方の面にヒートシンク１９が配置されている。温度調節部１８は、制御部２に制御されて、加熱や冷却を行いレーザ光源１１の温度を調節する。

【0021】

ヒートシンク１９は、アルミダイキャストやマグネシウムダイキャストなどの熱伝導率が高い材料で成形されたヒートシンクである。

【0022】

制御部２は、表示部１の制御をする制御回路基板である。制御部２は、例えば、マイクロコントローラ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの制御集積回路を備えた回路基板である。

【0023】

制御部２は、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車内ネットワークから入力された車両情報を表示部１に表示させる制御を行う。この制御は、液晶パネル１７に車両情報を表す画像を表示させる液晶制御と、液晶パネル１７を白色光で背面から照明するようにレーザ光源１１を点灯させるバックライト制御を含む。また、制御部２は、温度調節部１８を制御してレーザ光源１１を加熱あるいは冷却することにより、レーザ光源１１の温度が動作保証温度範囲に入るように制御する温度調節制御を含む。バックライト制御は、光センサ１５が検出した光が白色光になるように、温度検出部１２が検出した温度を考慮してレーザ光源１１の各波長の色（赤色光、緑色光、青色光）のバランスを調整する点灯制御（ホワイトバランス制御）を含む。

【0024】

上述したバックライト制御において、レーザ光源１１に連続波（Continuous Wave）で駆動する方式と、パルスで駆動する方式がある。ヘッドアップディスプレイに用いる場合、レーザの出力が安定しやすい連続波で駆動する方式でレーザ光源１１を制御することが好ましい。

【0025】

しかしながら、本開示の発明者は、赤色レーザ光源（第１レーザ光源）１１ｒの温度が約６０℃以上であると、連続波（Continuous Wave）による駆動であると電流値を上げても点灯しない場合があることを実験により確認した。また、本開示の発明者は、緑色レーザ光源１１ｇおよび青色レーザ光源１１ｂについては、温度が約６０℃以上であっても、連続波による駆動によって点灯することができることを確認した。本開示の発明者は、赤色レーザ光源１１ｒの温度が約６０℃以上である場合において、温度調節部１８によって赤色レーザ光源１１ｒが連続波による駆動によって点灯可能となる温度まで冷却されるまで１０～３０秒時間がかかってしまうことを熱シミュレーションによって確認した。つまり、この冷却の間は、赤色レーザ光源１１ｒにおいては連続波によって点灯させることができない。

【0026】

また、本開示の発明者は、赤色レーザ光源（第１レーザ光源）１１ｒの温度が約６０℃以上であっても、パルスによる駆動であれば点灯することを実験により確認した。つまり、本開示の発明者は、温度が約６０℃以上の環境下でヘッドアップディスプレイが起動されたときに連続波による駆動では赤色レーザ光源１１ｒが点灯しないが、パルスよる駆動であれば点灯することができる、と考えた。

【0027】

上記の事情を考慮して、以下のようにヘッドアップディスプレイＨの起動時における制御部２の制御手順を定めた。

【0028】

（ヘッドアップディスプレイ起動時の制御手順）
制御部２は、ヘッドアップディスプレイＨが搭載された車両の起動スイッチがオンされるとヘッドアップディスプレイＨの起動（制御部２の起動）を開始し、処理ステップＳ１を実行する。車両の起動スイッチとは、ガソリンなどの燃料をエネルギー源として動作するエンジンによって走行する車両においてはイグニッションスイッチであり、電気をエネルギー源として動作するモータによって走行する車両においては車両の走行モードを起動するスイッチである。

【0029】

（処理ステップＳ１）
制御部２は、温度検出部１２が検出したレーザ光源１１の温度を取得し、温度調節制御を開始する。また、制御部２は、液晶パネル１７に車両情報を表す画像を表示させる液晶制御を開始する。なお、この時点ではレーザ光源１１は点灯していないため、液晶パネル１７は照明されておらず、液晶パネル１７に表示された車両情報は虚像Ｖとして表示されない。制御部２は、温度調節制御および液晶制御を開始すると、処理ステップＳ２を実行する。

【0030】

（処理ステップＳ２）
制御部２は、第１温度センサ１２ｒが検出した赤色レーザ光源（第１レーザ光源）１１ｒの温度が閾値Ｔ以上か否かを判定する。この閾値Ｔは、連続波動作で制御したときに赤色レーザ光源１１ｒが点灯可能な温度と点灯不能な温度との境界値であり、例えば、５０℃～６０℃の範囲にある温度である。第１実施形態においては、閾値Ｔは５５℃としている。制御部２は、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔ以上である場合は処理ステップＳ３を実行し、温度が閾値Ｔ未満である場合は処理ステップＳ６を実行する。

【0031】

（処理ステップＳ３）
制御部２は、待機する。この待機する時間（待機時間）は、例えば、１００～１０００ｍｓｅｃである。この待機時間が長いほど、温度調節制御によってレーザ光源１１が冷却されて後述する処理ステップＳ４の動作モードで駆動する時間を短くできる。制御部２は待機時間経過後に処理ステップＳ４を実行する。

【0032】

（処理ステップＳ４：パルス動作・連続波動作の混合モード）
制御部２は、処理ステップＳ４において、赤色レーザ光源１１ｒをパルス動作（パルスによって点灯）させるバックライト制御を開始する。制御部２は、振幅および周波数を固定し、デューティ比のみを可変させるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）方式で赤色レーザ光源１１ｒを駆動する。制御部２は、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔに近づくほど、デューティ比を上げて赤色レーザ光源１１ｒの輝度を上げてゆく。つまり、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔに近いほど、デューティ比が１００％に近づくように制御する。

【0033】

制御部２は、処理ステップＳ４において、緑色レーザ光源１１ｇおよび青色レーザ光源１１ｂを連続波動作（連続波によって点灯）させる。制御部２は、赤色レーザ光源１１ｒの発光輝度に応じて、合成光が白色になるように緑色レーザ光源１１ｇおよび青色レーザ光源１１ｂに連続波の平均出力を制御する。

【0034】

制御部２は、処理ステップＳ４において、赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、青色レーザ光源１１ｂを点灯させた後、処理ステップＳ５を実行する。

【0035】

（処理ステップＳ５）
制御部２は、第１温度センサ１２ｒが検出した赤色レーザ光源（第１レーザ光源）１１ｒの温度が閾値Ｔ以上であるか否かを判定する。制御部２は、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔ以上である場合は処理ステップＳ３を実行し、温度が閾値Ｔ未満である場合は処理ステップＳ６を実行する。

【0036】

（処理ステップＳ６：連続波動作モード）
制御部２は、処理ステップＳ６において、赤色レーザ光源１１ｒ、緑色レーザ光源１１ｇ、青色レーザ光源１１ｂを連続波動作（連続波によって点灯）させるバックライト制御を開始する。

【0037】

制御部２は、ヘッドアップディスプレイＨが搭載された車両の起動スイッチがオフされるまでの間、処理ステップＳ６を実行する。制御部２は、ヘッドアップディスプレイＨが搭載された車両の起動スイッチがオフされると、制御部２の制御を終了する。

【0038】

以上が、本開示の第１実施形態に関する説明である。

【0039】

本開示の第１実施形態のヘッドアップディスプレイＨは、起動時の温度が閾値Ｔ未満であった場合に、制御部２は赤色レーザ光源１１ｒを連続波動作で制御する。そして、起動時の温度が閾値Ｔ以上であった場合、制御部２は、温度が閾値Ｔ未満となるまでの間は赤色レーザ光源１１ｒをパルス動作で制御し、温度が閾値Ｔ未満となると赤色レーザ光源１１ｒをパルス動作から連続波動作に切り替えて制御する。
このように制御することで、高温環境下においてヘッドアップディスプレイの起動から表示開始までの時間を短縮できる。

【0040】

本開示の第１実施形態に対し、以下の変更をしてもよい。

【0041】

上述した第１実施形態の処理ステップＳ３は省略してもよい。つまり、待機時間を０としてもよい。

【0042】

上述した第１実施形態において、処理ステップＳ２は、制御部２は赤色レーザ光源１１ｒをデューティ比のみを可変するＰＷＭ方式で駆動したが、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔに近づくほど輝度が上がるように制御するパルス動作であれば他の方式であってもよい。

【0043】

例えば、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔに近づくほど振幅のみを上げてゆくパルス動作であってもよい。また、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔに近づくほど周波数のみを上げてゆくパルス動作であってもよい。つまり、赤色レーザ光源１１ｒの温度が閾値Ｔに近づくほど、デューティ比、振幅、周波数のうち１つのパラメータのみを赤色レーザ光源１１ｒの温度に応じて可変するものであってもよい。

【0044】

また、デューティ比、振幅、周波数のうち２つのパラメータを赤色レーザ光源１１ｒの温度に応じて可変するものであってもよい。

【0045】

あるいは、デューティ比、振幅、周波数の全てのパラメータを赤色レーザ光源１１ｒの温度に応じて可変するものであってもよい。

【0046】

これらの上述したパルス動作のうち、処理ステップＳ６の連続波動作モードの点灯への切り替えの際の違和感を低減する観点からすると、少なくとも閾値Ｔに近づくほどデューティ比が１００％に近づくように制御するパルス動作とすることが好ましい。

【0047】

また、第１実施形態においては、車両の起動スイッチのオンをヘッドアップディスプレイＨの起動条件としていたが、外部から入力されたヘッドアップディスプレイＨのウェイクアップ制御信号であってもよい。

【符号の説明】

【0048】

Ｈ …ヘッドアップディスプレイ
１ …表示部
１１ …レーザ光源
１１ｒ…赤色レーザ光源（第１レーザ光源）
１１ｇ…緑色レーザ光源
１１ｂ…青色レーザ光源
１２ …温度検出部
１２ｒ…第１温度センサ
１２ｇ…第２温度センサ
１２ｂ…第３温度センサ
１３ａ…全反射ミラー
１３ｂ…第１ダイクロイックミラー
１３ｃ…第２ダイクロイックミラー
１４ …透過膜
１５ …光センサ
１６ …レンズ
１７ …液晶パネル
１８ …温度調節部
１９ …ヒートシンク
２ …制御部
３ …反射部
Ｖ …虚像
ＷＳ …ウインドシールド
Ｐ …搭乗者

【図1】

【図2】

【図3】