JP2014157320A - 表示装置及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
構成や情報処理を複雑にすることなく、安定した低輝度表示を実現可能な表示装置、およびこの表示装置に用いられる照明装置を提供する。
【解決手段】
制御群９０は、入力した信号から光源１１が光輝するサブフレームＳＦを選択するビットデータである照明制御データＪと、前記信号から画素毎にオン駆動するサブフレームＳＦを選択するビットデータである表示制御データＫを生成し、前記信号が要求する画像の輝度が所定値以下である場合、少なくとも照明制御データＪまたは表示制御データＫのどちらか一方の下位ビットを無効化して光強度の階調数または画像の輝度の階調数を減らす低階調制御手段を備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、表示装置及びこの表示装置に用いられる照明装置に関する。

画像を表示する表示装置として、反射型の表示器であるＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたものが特許文献１に開示されている。この種の表示装置は、外部からの映像信号に基づいて、光源が出射した光を、ＤＭＤが有する個々のミラーで反射させることで、高解像度の表示を実現する。

特開２００２−２５１１６３号公報

このような表示装置では、表示器に短時間で多くの光を照射しなければならないため、高出力タイプの光源（例えば、最大定格の電流が数アンペアのＬＥＤ）を用いなければ高輝度の画像が確保できなかった。高出力タイプの光源を用いると、発光が保証される最低電流も上がってしまう。そのため、安定した低輝度の画像表示を実現することが困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、構成や情報処理を複雑にすることなく、安定した低輝度表示を実現可能な表示装置、およびこの表示装置に用いられる照明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、本発明に係る照明装置は、１フレームを時分割したサブフレーム毎に選択的に光輝する光源と、入力した信号から前記光源が光輝する前記サブフレームを選択するビットデータである照明制御データを生成する照明制御データ生成部と、前記照明制御データに基づいて前記光源から射出される１フレーム内の光強度を階調制御する光源駆動部と、を有する照明装置において、前記信号が要求する前記光強度が所定値以下である場合、前記照明制御データの下位ビットを無効化して前記光強度の階調数を減らす低階調制御手段を備えることを特徴とする。

また、第２の発明に係る照明装置において、前記低階調制御手段は、前記照明制御データを下位側に少なくとも１ビット以上シフトさせ、シフトさせた分だけ前記下位ビットを無効化してなることを特徴とする。

また、第３の発明に係る照明装置において、前記低階調制御手段は、前記照明制御データのうち複数の前記下位ビットを無効化してなることを特徴とする。

また、第４の発明に係る照明装置において、前記光源は、異なる色の光を前記サブフレーム毎に選択的に光輝するものであり、前記照明制御データは前記光源の色毎に設けられ、前記低階調制御手段は、各色の前記照明制御データの前記下位ビットを同様に無効化して前記光強度の階調数を減らしてなることを特徴とする。

また、本発明に係る表示装置は、フィールドシーケンシャルカラー方式で画像を表示する表示装置において、上記の照明装置と、前記照明装置が射出する光を空間光変調することで画像を生成する空間光変調器と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明に係る表示装置は、フィールドシーケンシャルカラー方式で画像を表示する表示装置において、１フレームを時分割したサブフレーム毎に選択的に光輝する光源、入力した信号から前記光源が光輝する前記サブフレームを選択するビットデータである照明制御データを生成する照明制御データ生成部、前記照明制御データに基づいて前記光源から射出される１フレーム内の光強度を階調制御する光源駆動部、を有する照明装置と、複数の画素を有し、前記サブフレーム毎に前記画素を選択的にオン駆動することで、前記光源からの光を空間光変調して前記画像を生成する表示器と、前記信号から前記画素毎にオン駆動する前記サブフレームを選択するビットデータである表示制御データを生成する表示制御データ生成部と、前記表示制御データに基づいて前記画素が生成する前記画像の輝度を階調制御する表示駆動部と、を備え、前記信号が要求する前記画像の輝度が所定値以下である場合、少なくとも前記照明制御データまたは前記表示制御データのどちらか一方の下位ビットを無効化して前記光強度の階調数または前記画像の輝度の階調数を減らす低階調制御手段を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安定した低輝度表示が可能である。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の搭載態様を説明するための図である。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構成図である。 照明装置の構成を説明するための図である。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の電気的構成を説明するためのブロック図である。 表示器における表示期間と非表示期間とを説明するための図である。 （ａ）〜（ｆ）は、表示器が有する各ミラーと各光源との動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 （ａ）は照明制御データを説明する図であり、（ｂ）は、表示制御データを説明するための図である。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の低階調制御処理を説明するための図である。 （ａ）〜（ｆ）は、階調制御処理を実施した際の表示器が有する各ミラーと各光源との動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の低階調制御処理を説明するためのフロー図である。 第２実施形態に係るＨＵＤ装置の階調制御処理を説明するための図である。 （ａ）〜（ｆ）は、同上実施形態に係る階調制御処理を実施した際の表示器が有する各ミラーと各光源との動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。 同上実施形態に係るＨＵＤ装置の階調制御処理を説明するためのフロー図である。

本発明の一実施形態に係る表示装置を、図面を参照して説明する。

本発明の一実施形態に係る表示装置は、図１に示すヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１である。ＨＵＤ装置１は、図示するように、車両２のダッシュボードに配設され、生成した画像Ｍ（図２参照）を表す表示光Ｌをウインドシールド３に向けて出射する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｌは、観察者４（主に、車両２の運転者）により、ウインドシールド３の前方に形成された画像の虚像Ｖとして視認される。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。ＨＵＤ装置１は、車両２に関する情報（例えば、エンジン回転数、ナビゲーション情報等）を車両ＥＣＵ４から入力し、これらの情報を画像Ｍとして観察者４に報知する。

ＨＵＤ装置１は、図２に示すように、照明装置１０と、光強度検出部２０と、照明光学系３０と、表示器４０と、投射光学系５０と、スクリーン６０と、リレー光学系７０（平面鏡７１と、凹面鏡７２）と、透光部８１を有する筐体８０と、を備える。
また、ＨＵＤ装置１は、図４に示すように、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う制御群９０として、第１制御部９１と、第２制御部９２と、光源駆動部９３と、を備える。

照明装置１０は、後述する光ＲＧＢ（照明光Ｃ）を、照明光学系３０に向け出射するものであり、図３に示すように、照明手段１１と、回路基板１２と、合波手段１３と、輝度ムラ低減手段１４と、透過膜１５と、を備える。

照明手段１１は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））からなる光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒから構成されている。発光源１１ｂは青色光Ｂを発し、光源１１ｇは緑色光Ｇを発し、光源１１ｒは赤色光Ｒをする。光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒの各々は、光源駆動部９３によって駆動され、所定の光強度及びタイミングで発光する。
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１１ｂ，１１ｇ，１１ｒが実装されている。

合波手段１３は、光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒから出射され、到達した光Ｒ，Ｇ，Ｂを合波して、光ＲＧＢとして出射するものである。具体的には、合波手段１３は、反射鏡からなる反射部１３ａと、特定の波長の光を反射するがその他の波長の光は透過するダイクロイックミラーからなる合波部１３ｂ及び１３ｃと、から構成されている。
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。

輝度ムラ低減手段１４は、ミラーボックス、アレイレンズ等からなり、合波手段１３からの照明光Ｃを乱反射、散乱、屈折させることで光のムラを低減する。
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。

透過膜１５は、例えば５％程度の反射率を有する透過性部材からなり、輝度ムラ低減手段１４を介して到達した照明光Ｃの大部分をそのまま透過させるが、一部の光を光強度検出部２０の方向へ反射させる。

光強度検出部２０は、フォトダイオード等からなり、透過膜１５で反射した照明光Ｃを受光し、光Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光強度を時分割で検出する。具体的には、光強度検出部２０は、光強度に応じた検出信号（電圧）を出力し、この検出信号が図示しないＡ／Ｄ変換器によりデジタル値に変換されて、光強度データとして、第１制御部９１に出力される。なお、光強度検出部２０は、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光強度を検出することができればいいので、照明光Ｃの光路ではなく、例えば、合波される前の光Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの光強度を検出できる箇所に設けられていてもよい。また、光強度検出部２０は、照明光学系３０から出射された照明光Ｃの一部の光強度を検出できる箇所に設けられていてもよい。

照明光学系３０は、凹状のレンズ等からなり、照明装置１０から出射された照明光Ｃを表示器４０に対応した大きさに調整するものである。

表示器４０は、可動式の複数のマイクロミラーを有するＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）からなり、各ミラーがオンとオフとのいずれかの状態で制御されることで、照明光学系３０から出射された照明光Ｃを、適宜、反射させる。表示器４０は、このように照明光Ｃを反射させることで、画像Ｍ（画像Ｍを生成するための光）を投射光学系５０に向け投射する。
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５０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５０方向に反射させない。表示器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５０に向け投射する。

投射光学系５０は、凹レンズ又は凸レンズ等で構成され、表示器４０からの表示光Ｌをスクリーン６０に効率良く投射するための光学系である。

スクリーン６０は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等から構成され、投射光学系５０からの表示光Ｌを背面（図２中下側の面）で受光し、前面（図２中上側の面）に画像Ｍを表示する。

リレー光学系７０は、スクリーン６０にて結像された画像Ｍを、車両のウインドシールド３に向けて投影するものであり、平面鏡７１と、凹面鏡７２とにより構成される。
平面鏡７１は、スクリーン６０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌを、凹面鏡７２に向けて反射させる。
凹面鏡７２は、平面鏡７１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６０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７２で反射した表示光Ｌは、透光部８１を介して、ウインドシールド３に到達する。

筐体８０は、照明装置１０、光強度検出部２０、照明光学系３０、表示器４０、投射光学系５０、スクリーン６０、リレー光学系７０等を所定の位置に収納する。筐体８０は、例えば、遮光性の部材により形成される。
透光部８１は、アクリル等の透光性樹脂からなり、凹面鏡７２からの表示光Ｌを透過する。透光部８１は、例えば、筐体８０に嵌合されている。透光部８１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。

次に、ＨＵＤ装置１の電気的構成について説明する。

第１制御部９１は、マイクロコントローラからなり、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ、ＲＯＭ）等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭに予め記憶されたＨＵＤ装置１の動作に必要なプログラムを読み出し、実行することで各部を制御する。第１制御部９１には、車両２の車両ＥＣＵ４（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から、ＬＶＤＳ（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ）通信等によって、画像Ｍを表示するための映像信号（映像データ）や輝度信号が入力される。映像信号及び輝度信号が入力されると、第１制御部９１（制御群９０）は、（ｉ）映像信号及び輝度信号が要求する光強度及び発光タイミングで照明装置１０を制御するための照明制御データＪと、（ｉｉ）映像信号及び輝度信号が要求する画像Ｍを表示器４０により表示するための表示制御データＫとを、第２制御部９２に供給する。また、第１制御部９１は、光源駆動部９３に電気的に接続され、光源１１ｂ、１１ｇ、１１ｒに印加する電圧を制御する。また、第１制御部９１は、光強度検出部２０から光強度データを取得し、輝度信号が要求する光の輝度と実際の照明装置１０の発光輝度とのずれを適宜の手法で補正する。なお、第１制御部９１が輝度を調整する契機は、車両２側からの輝度信号、観察者４の操作に基づく操作信号、外光の照度を検出する図示しない照度センサ（例えば、透光部８１の背面に設けられている）からの検出信号等によってもよい。

第２制御部９２は、所望の機能をハードウェアで実現するＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）であり、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）から構成されている。なお、第２制御部９２は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）から構成されていてもよい。第２制御部９２は、表示器４０と、照明装置１０（光源駆動部９３を介して）と、を制御する。
第２制御部９２は、光源駆動部９３を介して光源１１ｂ、１１ｇ、１１ｒを所定のタイミング（サブフレームＳＦ（図６参照）毎）に所定のパルス幅だけ駆動（点灯）させる。また、第２制御部９２は、表示器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。駆動された表示器４０のミラーＥは、照明装置１０が出射した光Ｒ、Ｇ、Ｂをスクリーン６０の方向へ反射させる。これにより、光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒ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。

光源駆動部９３は、ｎ型チャネルのＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたスイッチング回路等からなる。光源駆動部９３は、第２制御部９２の制御によって、光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒを、所定のタイミング（サブフレームＳＦ（図６参照）毎）に所定のパルス幅だけ駆動（点灯）させることで、照明装置１０から出射される照明光Ｃの色を高速で順次切り替えさせる（フィールドシーケンシャルカラー方式）。

第１及び第２の制御部９１、９２は、例えば、筐体８０内に配設されたプリント回路板（図示せず）に実装されている。なお、これらの制御部は、ＨＵＤ装置１の外部に配設され、配線により各部と電気的に接続されていてもよい。

ここで、ＨＵＤ装置１の表示動作を簡潔に述べれば、以下の（１）〜（５）のようになる。
（１）第１制御部９１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Ｊと表示制御データＫとを生成し、第２制御部９２に供給する。
（２）第２制御部９２は、照明制御データＪに基づき、フィールドシーケンシャルカラー方式で照明装置１０を駆動する。駆動された照明装置１０は、照明光Ｃを表示器４０に出射する。
（３）第２制御部９２は、表示制御データＫに基づき、表示器４０の個々のミラーをオン／オフ制御する。制御された表示器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６０に投影する。
（４）スクリーン６０に表示された画像Ｍを表す表示光Ｌは、平面鏡７１によって凹面鏡７２に向けて反射される。
（５）画像Ｍは、凹面鏡７２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６参照）から構成される。

ここからは、図５、図６等を参照して、ＨＵＤ装置１の制御方法について説明する。

フレームＦ（画像Ｍを表示する周期）は、表示器４０の個々のミラーＥが通常駆動する表示期間Ｆａと、非表示期間駆動する非表示期間Ｆｂと、を備える。

表示期間Ｆａは、表示器４０の個々のミラーＥが通常駆動する期間である。具体的には、表示期間Ｆａは、照明装置１０が照明制御データＪに基づいてフィールドシーケンシャルカラー方式により照明光Ｃを表示器４０の方向に出射し、且つ、表示器４０が表示制御データＫに基づいて表示器４０の個々のミラーをオン／オフ制御することで、照明装置１０からの照明光Ｃをスクリーン６０に向けて画像Ｍとして投影する期間である。

非表示期間Ｆｂは、照明装置１０が消灯する（光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒの全てが消灯する）期間であって（図６（ｄ）〜（ｆ）参照）、表示器４０の個々のミラーＥが所定の周期でオン／オフ制御されて駆動する期間である。以下では、このように、個々のミラーＥが所定の周期でオン／オフ制御されての駆動を「非表示期間駆動」という。

ここで、以降の説明のため、下記のように用語を定義する。
・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。

ここで、表示器４０の非表示期間駆動について具体的に説明する。非表示期間駆動では、フレームＦにおけるミラーＥそれぞれのオン期間とオフ期間が略均等（丁度、均等も含む）になるように、ミラーＥの各々を、オン／オフ制御する。具体的に図６を用いて説明すると、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（総オン駆動期間Ｆｐ）と、表示期間内オフ駆動期間Ｆａｑと非表示期間内オフ駆動期間Ｆｂｑとの和（総オフ駆動期間Ｆｑ）とが略均等になるように、第２制御部９２は、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とを調整する。例えば、第２制御部９２は、表示期間割合Ａが５０％と一定であり、且つ、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように、調整する。このようにすることで、表示器４０の個々のミラーＥは、所定の周期でオン／オフ制御されるので、オン／オフどちらかの状態で固着してしまうのを防止することができる。

さらに、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、所定の１フレームＦにおいて、表示器４０の各ミラーＥのうち、緑色を単色で表示するものを「単色ミラーＥａ」、赤色と緑色の混色を表示するものを「混色ミラーＥｂ」、何も表示しない（つまり、照明光Ｃを投射光学系５０方向に反射させない）ものを「消灯ミラーＥｃ」として、非表示期間駆動について説明する。
単色ミラーＥａは、図６（ａ）に示すように、表示制御データＫ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６（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制御部９２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。

単色ミラーＥａの例では、非表示期間駆動では、第２制御部９２は、非表示期間Ｆｂにオン駆動を、所定の非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐだけ持続させるように各ミラーを駆動したが、第２制御部９２は、図６（ｂ）に示す混色ミラーＥｂのように、非表示期間Ｆｂ内におけるオン駆動とオフ駆動とを、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とに即した周期で繰り返すことで、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように、調整してもよい。また、図６（ｃ）に示すように、消灯ミラーＥｃは、表示期間Ｆａに渡ってオフ駆動であるため、非表示期間駆動は、非表示期間Ｆｂに渡ってオン駆動する制御となる。

以上のように、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように調整することにより、表示器４０のミラーＥが、オン又はオフ状態の一方の状態で固着されてしまうのを防止でき、表示器４０の寿命を長くすることができる。

（駆動制御について）
ここからは、表示装置１の階調制御について具体的に説明する。以下に説明する階調制御は、車両２側からの映像信号、輝度信号が示す所望の表示色度、要求輝度の画像Ｍを実現するための階調制御であり、例えば、予めＲＯＭに記憶されたプログラムデータに基づいて実行される。まず、照明装置１０を階調制御させるための照明制御データＪ、表示器４０を階調制御させるための表示制御データＫについて説明する。

照明制御データＪは、照明装置１０の光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒを時分割的に順次オン（点灯）／オフ（消灯）制御するデータであり、赤、緑、青の３つの信号から構成され、さらに各色の信号は、６つのサブフレーム（ＳＦ５〜ＳＦ０）における光源の動作を指示する６ビット信号（赤色の場合Ｒ５〜Ｒ０）に分かれている。各サブフレームＳＦは、例えば、２＾Ｎ（Ｎ＝５，４，３，・・・，０）の値が割り当てられている不均等な期間であり、この不均等な６つのサブフレーム（ＳＦ５〜ＳＦ０）を、各色６ビット信号（赤色の場合Ｒ５〜Ｒ０）により動作指示することで各色とも６４階調を表現することができる。
照明制御データＪは、例えば、赤色の照明光Ｃを照明装置１０から出射させるために、赤色のサブフレームＳＦ０の動作を指示するビットＲ０、ＳＦ１の動作を指示するビットＲ１、・・・ＳＦ５の動作を指示するビットＲ５からなり、各ビットＲ５〜Ｒ０をオンまたはオフ（１または０）にすることで、赤色を０〜６３の６４階調のいずれかに指定することができる。緑色や青色についても同様に、緑色のサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０におけるミラーＥの動作を指示するビットＧ５〜Ｇ０、青色のサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０におけるミラーＥの動作を指示するビットＢ５〜Ｂ０から構成され、表示期間Ｆａ中における照明装置１０を制御する照明制御データＪは、図７（ａ）のように、各ビット（Ｒ５〜Ｒ０，Ｇ５〜Ｇ０，Ｂ５〜Ｂ０）で構成される。ちなみに、非表示期間Ｆｂ中における照明装置１０は、光源１１ｂ，１１ｇ，１１ｒ全ての消灯する期間であるので、上記のような階調制御は行わない。

表示制御データＫは、表示器４０の個々のミラーをオン／オフ制御するデータであり、照明制御データＪと同様に、赤、緑、青の３つの信号から構成され、さらに各色の信号は、６つのサブフレーム（ＳＦ５〜ＳＦ０）におけるミラーＥの動作を指示する６ビット信号（赤色の場合Ｒ５〜Ｒ０）に分かれており、この各色６ビット信号（赤色の場合Ｒ５〜Ｒ０）により、個々のミラーＥをオン／オフ制御する。
表示制御データＫは、例えば、赤色を表示させるために、赤色のサブフレームＳＦ０の動作を指示するビットｒ０、ＳＦ１の動作を指示するビットｒ１、・・・ＳＦ５の動作を指示するビットｒ５からなり、各ビットｒ５〜ｒ０をオンまたはオフ（１または０）にすることで、赤色を０〜６３の６４階調のいずれかに指定することができる。緑色や青色についても同様に、緑色のサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０におけるミラーＥの動作を指示するビットｇ５〜ｇ０、青色のサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０におけるミラーＥの動作を指示するビットｂ５〜ｂ０から構成され、表示期間Ｆａ中における一画素（ミラー）Ｅの表示制御データＫは、図７（ｂ）のように、各ビット（ｒ５〜ｒ０，ｇ５〜ｇ０，ｂ５〜ｂ０）で構成され、３色とも６４階調表示することができ、これにより６４×６４×６４＝２６２１４４色を表示することができる。すなわち、個々のミラーＥを表示制御データＫの各ビット（ｒ５〜ｒ０，ｇ５〜ｇ０，ｂ５〜ｂ０）で階調制御することにより、表示画像Ｍをカラーで表現することができる。次に階調制御のうち、要求輝度が所定の値を下回った際における階調制御である低階調制御について説明する。

（低階調制御処理）
制御群９０は、車両２側からの輝度信号や観察者４の操作に基づく操作信号などにより、要求輝度が所定値より低いと判定した場合、低階調制御処理を実行する。この低階調制御処理において、制御群９０は、上述した照明制御データＪまたは表示制御データＫの階調数を減少させる。具体的には、第１制御部９１は、車両ＥＣＵ４から映像信号及び輝度信号を入力し、照明装置１０を制御する照明制御データＪと表示器４０を制御する表示制御データＫを生成する。また、入力された輝度信号の示す要求輝度が所定値より低い場合、図８（ａ）に示す照明制御データＪの各色のビット（６ビット）を、それぞれ下位側にシフトさせ、最下位ビット（ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ））を切り捨て（無効化し）、最上位ビット（ＭＳＢ（Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ））をオフ（０）にすることで、５ビット（Ｒ５〜Ｒ１、Ｇ５〜Ｇ１、Ｂ５〜Ｂ１）に減少させる。すなわち、照明制御データＪの赤色のＳＦ５〜ＳＦ０に対応するビットＲ５〜Ｒ０が全てオン（１）である場合（「１１１１１１」）、上記のビットシフトを行うことで、赤色のビットデータは「０１１１１１」となり、各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、図９（ａ）〜（ｃ）の斜線領域Ｊａに示すように、最長のサブフレームＳＦ５において消灯する。斯かる構成により、照明装置１０を制御するビットデータを下位側にシフトする簡単な情報処理をするだけで、照明光Ｃの階調に影響の大きい上位側のビットデータを反映した低い光強度の照明光Ｃを出射することができ、延いては、低い要求輝度に対応した低輝度の画像Ｍを生成することができる。また、各色のビットデータを同様にビットシフトさせることで、各色の照明光Ｃを略同一割合で均等に減少させることができるため、ホワイトバランスの良好な表示品位が劣化しない低輝度の画像Ｍを生成することができる。

また、第１制御部９１は、上記のように照明制御データＪをビットシフトするのではなく、表示制御データＫをビットシフトし、表示器４０を、例えば、図９（ｄ），（ｅ）の斜線領域Ｋａに示すように、最長のサブフレームＳＦ５においてオフ制御してもよい。斯かる構成によっても、表示器４０の階調制御に影響の大きい上位側のビットデータを反映した低い輝度の画像Ｍを生成することができる。このように表示制御データＫをビットシフトさせて階調数を減少させて、画像Ｍの輝度を低下させる場合、表示期間内オン駆動期間Ｆａｐが減少してしまい、総オン駆動期間Ｆｐが短くなってしまうので、非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐを増加させ、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように調整することで、表示器４０の寿命を長くすることができる。

上記のような低階調制御処理の動作フローを、図１０を用いて説明すると、第１制御部９１は、車両２側からの輝度信号や観察者４の操作に基づく操作信号などにより、要求輝度が所定値より低いか判定し（Ｓ１０ａ）、要求輝度が所定値より高い（Ｓ１０ａ：ＮＯ）場合、照明装置１０及び表示器４０を通常制御し、要求輝度が所定値より低い（Ｓ１０ａ：ＹＥＳ）場合、照明装置１０または表示器４０に低階調制御処理を行わせる。Ｓ２０ａにおいて、低階調制御を行うのは、照明装置１０か表示器４０かを選択し、照明装置１０において低階調制御処理を行う場合（Ｓ２０ａ：照明装置）、照明制御データＪの各色の階調を表すビットデータを下位側に１つずつシフトさせ（Ｓ３０ａ）、このビットシフトさせた照明制御データに基づき、照明装置１０を低階調制御させる（Ｓ３１ａ）。また、表示器４０において低階調制御処理を行う場合（Ｓ２０ａ：表示器）、表示制御データＫの各色の階調を表すビットデータを下位側に１つずつシフトさせ（Ｓ４０ａ）、このビットシフトさせた照明制御データに基づき、照明装置１０を低階調制御させる（Ｓ４１ａ）。以下に、低階調制御処理の第二実施形態を図１１乃至１３を用いて説明する。

（第二実施形態）
第１制御部９１は、入力された輝度信号の示す要求輝度が所定値より低い場合、図１１（ａ）に示す照明制御データＪの各色のビット（６ビット）の下位３ビット（Ｒ２〜Ｒ０、Ｇ２〜Ｇ０、Ｂ２〜Ｂ０）を図１１（ｂ）に示すように無効化（オフ（０））し、各色のビットデータを３ビット（Ｒ５〜Ｒ３、Ｇ５〜Ｇ３、Ｂ５〜Ｂ３）に減少させる。すなわち、照明制御データＪの赤色のＳＦ５〜ＳＦ０に対応するビットＲ５〜Ｒ０が全てオン（１）である場合（「１１１１１１」）、上記のように下位ビットを無効化させることで、赤色のビットデータは「１１１０００」となり、各光源１１ｒ，１１ｇ，１１ｂは、図１２（ａ）〜（ｃ）の斜線領域Ｊｂに示すように、下位側の３つのサブフレームＳＦ２〜ＳＦ０において消灯する。斯かる構成により、照明装置１０を制御するビットデータの下位側を無効化（オフ）にする簡単な情報処理をするだけで、照明光Ｃの階調に影響の大きい上位側のビットデータを反映した低い光強度の照明光Ｃを出射することができ、延いては、低い要求輝度に対応した低輝度の画像Ｍを生成することができる。また、各色のビットデータの下位側３ビットを各色同様に無効化させることで、各色の照明光Ｃを略同一割合で均等に減少させることができるため、ホワイトバランスの良好な表示品位が劣化しない低輝度の画像Ｍを生成することができる。

また、第１制御部９１は、上記のように照明制御データＪの下位３ビットを無効化するのではなく、表示制御データＫの下位３ビット（ｒ２〜ｒ０、ｇ２〜ｇ０、ｂ２〜ｂ０）を無効化（オフ）し、表示器４０を、例えば、図１２（ｄ），（ｅ）の斜線領域Ｋｂに示すように、下位側の３つのサブフレーム（ＳＦ２，ＳＦ１，ＳＦ０）において、オフ制御してもよい。斯かる構成によっても、表示器４０の階調制御に影響の大きい上位側のビットデータを反映した低い輝度の画像Ｍを生成することができる。このように表示制御データＫの下位側を無効化して階調数を減少させて、画像Ｍの輝度を低下させる場合、表示期間内オン駆動期間Ｆａｐが減少してしまい、総オン駆動期間Ｆｐが短くなってしまうので、非表示期間内オン駆動期間Ｆｂｐを増加させ、総オン駆動期間Ｆｐと総オフ駆動期間Ｆｑとが略均等になるように調整することで、表示器４０の寿命を長くすることができる。

上記のような低階調制御処理の動作フローを、図１３を用いて説明すると、第１制御部９１は、車両２側からの輝度信号や観察者４の操作に基づく操作信号などにより、要求輝度が所定値より低いか判定し（Ｓ１０ｂ）、要求輝度が所定値より高い（Ｓ１０ｂ：ＮＯ）場合、照明装置１０及び表示器４０を通常制御し、要求輝度が所定値より低い（Ｓ１０ｂ：ＹＥＳ）場合、照明装置１０または表示器４０に低階調制御処理を行わせる。Ｓ２０ｂにおいて、低階調制御を行うのは、照明装置１０か表示器４０かを選択し、照明装置１０において低階調制御処理を行う場合（Ｓ２０ｂ：照明装置）、照明制御データＪの各色の階調を表すビットデータの下位側３ビットを無効化（オフ）させ（Ｓ３０ｂ）、この下位側３ビットを無効化させた照明制御データに基づき、照明装置１０を低階調制御させる（Ｓ３１ｂ）。また、表示器４０において低階調制御処理を行う場合（Ｓ２０ｂ：表示器）、表示制御データＫの各色の階調を表すビットデータの下位側３ビットを無効化（オフ）させ（Ｓ４０ｂ）、この下位側３ビットを無効化させた照明制御データに基づき、照明装置１０を低階調制御させる（Ｓ４１ｂ）。

なお、本発明は上記の実施形態、下記の変形例、及び図面によって限定されるものではない。適宜変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

上記実施形態においては、低階調制御処理を全色ＲＧＢに対して行っていたが、視感度の高い緑色のサブフレームＳＦに関連する照明制御データＪまたは表示制御データＫに対してのみ上記の低階調処理を行い、緑色よりも視感度の低い色（赤色、青色）の光源１１ｒ、１１ｂをＰＷＭ制御やＰＡＭ制御することにより、画像Ｍの輝度を低くしつつ、ホワイトバランスを調整してもよい。斯かる構成により、第１制御部９１の低階調制御処理に要するＣＰＵパワー（処理能力）を１／３（ＲＧＢのうちＧのみだけ）にしつつ、効率よく輝度を落とすことができる。

また、上記実施形態において、赤色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０、緑色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０、青色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０に対応する照明制御データＪまたは表示制御データＫをそれぞれ６ビットとしていたが、所望の階調数を表現できるように各データのビット数は適宜増減されてもよい。また、図面上、赤色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０、緑色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０、青色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０の長さをそれぞれ同じように示したが、サブフレームＳＦの長さは各色毎に適宜設定されてもよい。また、図７において、赤色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０、緑色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０、青色を示すサブフレームＳＦ５〜ＳＦ０を、説明を容易にするため規則正しく並べたが、カラーブレイクを防止するなどの観点からサブフレームＳＦの順番は適宜設定される。

また、上記実施形態において、期間幅の長いサブフレームＳＦ５（期間幅３２）を連続して設けていたが、これを分割（例えば４分割（期間幅８を４個））して、フレームＦ内に連続しないように設け、例えばＳＦ５に対応した赤色光源１１ｒの照明制御データＪであるビットＲ５をオン（１）した際に、分割されたＳＦ５（期間幅８の４個）において、光源１１ｒが点灯するようにしてもよい。このように期間幅の長いサブフレームＳＦを分割し、この分割したサブフレームをフレームＦ内で連続しないように配置することにより、フレームＦ内の輝度が平坦化され、視認者に違和感を与えない表示をすることができる。

また、上記実施形態において、第１制御部９１が、照明制御データJを生成する照明制御データ生成部、表示制御データKを生成する表示制御データ生成部を。その機能として有していたが、第２制御部９２がこれらの生成部を機能として有してもよい。

１ ＨＵＤ装置
１０ 照明装置
２０ 光強度検出部
３０ 照明光学系
４０ 表示器
６０ 投射光学系
７０ スクリーン
９１ 第１制御部
９２ 第２制御部
９３ 光源駆動部
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 (6)

1. １フレームを時分割したサブフレーム毎に選択的に光輝する光源と、
   入力した信号から前記光源が光輝する前記サブフレームを選択するビットデータである照明制御データを生成する照明制御データ生成部と、
   前記照明制御データに基づいて前記光源から射出される１フレーム内の光強度を階調制御する光源駆動部と、を有する照明装置において、
   前記信号が要求する前記光強度が所定値以下である場合、前記照明制御データの下位ビットを無効化して前記光強度の階調数を減らす低階調制御手段を備えることを特徴とする照明装置。
2. 前記低階調制御手段は、前記照明制御データを下位側に少なくとも１ビット以上シフトさせ、シフトさせた分だけ前記下位ビットを無効化してなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記低階調制御手段は、前記照明制御データのうち複数の前記下位ビットを無効化してなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源は、異なる色の光を前記サブフレーム毎に選択的に光輝するものであり、
   前記照明制御データは前記光源の色毎に設けられ、
   前記低階調制御手段は、各色の前記照明制御データの前記下位ビットを同様に無効化して前記光強度の階調数を減らしてなることを特徴とする請求項１乃至３に記載の照明装置。
5. フィールドシーケンシャルカラー方式で画像を表示する表示装置において、
   請求項１乃至４に記載の照明装置と、
   前記照明装置が射出する光を空間光変調することで画像を生成する空間光変調器と、を備えることを特徴とする表示装置。
6. フィールドシーケンシャルカラー方式で画像を表示する表示装置において、
   １フレームを時分割したサブフレーム毎に選択的に光輝する光源、入力した信号から前記光源が光輝する前記サブフレームを選択するビットデータである照明制御データを生成する照明制御データ生成部、前記照明制御データに基づいて前記光源から射出される１フレーム内の光強度を階調制御する光源駆動部、を有する照明装置と、
   複数の画素を有し、前記サブフレーム毎に前記画素を選択的にオン駆動することで、前記光源からの光を空間光変調して前記画像を生成する表示器と、前記信号から前記画素毎にオン駆動する前記サブフレームを選択するビットデータである表示制御データを生成する表示制御データ生成部と、前記表示制御データに基づいて前記画素が生成する前記画像の輝度を階調制御する表示駆動部と、を備え、
   前記信号が要求する前記画像の輝度が所定値以下である場合、少なくとも前記照明制御データまたは前記表示制御データのどちらか一方の下位ビットを無効化して前記光強度の階調数または前記画像の輝度の階調数を減らす低階調制御手段を備えることを特徴とする表示装置。

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