JP2016110142A - 光センシングに基づくヘッドアップディスプレイ（ｈｕｄ）の調節 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の輝度を調節するシステムを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイＨＵＤ３５０が車両に実装されている場合、対数型前方監視光センサ３８０は、フロントガラスを通じて到来する光を視認するように向けられる。前方監視光センサのインタフェーサ３１０は、対数型前方監視光センサ３８０からデータ又はセンシング情報を受信するように構成され、対数スケール上で輝度を受信するため、線形的な受信データセットよりも大きい一定範囲のデータを許容することができる。調節器３２０は、インタフェーサ３１０を介して受信した情報に基づき、ＨＵＤ３５０の輝度を調節する。【選択図】図３

Description

関連出願の相互参照
本出願は、本出願と同じ譲受人に譲渡され、代理人整理番号第４６１０７−０２１３７（Ｖ２１４−００１３）号を有する２０１４年１２月１日に出願された米国特許出願第１４／５５６，９０３号に関するものであり、本出願の全ては、本明細書に完全に記載されるように、その全体が参照によって本明細書に援用される。

ヘッドアップディスプレイ（ｈｅａｄ−ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ：ＨＵＤ）は、ユーザが見ていた領域にユーザの焦点を維持しつつ、なおディスプレイを視認することができるように実装された電子ディスプレイである。ＨＵＤは、透過型ディスプレイ上に実装され、従来から平面的に配置されてきた。

最近では、ＨＵＤは、車両及び他の関係においても実装されている。したがって、ＨＵＤは、電子制御システム及びディスプレイ表示においてますます揺るぎなく、かつ重要なものとなっている。

ある実施態様では、ＨＵＤは、独立型の装置であってよく、ダッシュボード等の表面に配置し、あるいは自動車の天井から吊り下げるようにしてもよい。別の例では、既存の窓面（例えば、車両のフロント窓又は側窓）にＨＵＤを組み込んでもよい。

ＨＵＤの基本的な運用は、表示可能な空間の各画素又は各部を特定量の輝度で点灯するように構成することである。伝達される情報は、電子駆動装置による通信を介して、ＨＵＤと共に実装された様々な電子システムに与えられる。例えば、車両に実装されているＨＵＤに応答して、ＨＵＤは、その車両の速度を表示するように構成される。

しかしながら、電子情報を伝達するのに光を利用するため、その視認体験は、ＨＵＤが実装されている環境によって影響を受ける。例えば、不自然又は不都合な位置に電子ディスプレイがある場合、電子ディスプレイの視認が結局上手くいかない場合がある。

さらに、電子ディスプレイ周囲の環境は動的なものとなり、変動する場合がある。例えば、外側又は外部の光供給源と相互に影響し合う領域内に電子ディスプレイが実装されている場合、照明された素子を介して情報を伝達するＨＵＤの能力が阻害され、あるいは変化する。

ある特定の方向に伝送又は伝搬される光の強度を求めるための測定単位は輝度と呼ばれる。なお、様々な単位（平方メートル毎カンデラ等）を利用して輝度を測定してよい。当業者は、輝度の測定を行うためにいくつかの単位又は種類の測定を利用してもよいことを理解することができる。

例えば、ＨＵＤが車両に実装されている場合、電子ディスプレイは、外部の照明環境と相互に影響し合う場合がある。したがって、外部照明に関していくつかの要因が存在することにより、最適な方法でクリアな表示を提供するディスプレイの能力に影響を及ぼす場合がある。例えば、外部照明は、雲量、天候、道路（例えば、車両がトンネル内にある場合）、時刻等によって影響を受ける。

したがって、外部照明の状況を認識する能力を持つことは、電子ディスプレイにとって非常に有用となる。外部照明の状況を知ることにより、電子ディスプレイは、それに応じてディスプレイ輝度を調節する。

ディスプレイ輝度を調節するシステムのかかる一例を図１に示す。図１は、従来の実施態様に従ってディスプレイ輝度を調節するシステム１００の例を示す図である。なお、システム１００は先行技術において既知であるため、詳細な説明については省略する。システム１００は、線形光システムと呼ばれる。線形光システムは、特定のダイナミックレンジ（６０倍〜８０倍等）を超えると機能することができない。このようなダイナミックレンジを超えると、アナログ−デジタル変換器では不十分となる。

図２は、光がＨＵＤ２００の観察者に影響を及ぼす例示的な事例を示す図である。図２に示したＨＵＤ２００は、車両２５０に実装されている。ＨＵＤ２００は、観察者２２０によって注視されている。外部光源（例えば、太陽又は他の光発生源）から伝搬される光線２１０に応じて、観察者２２０によるＨＵＤ２００の視認が遮られ、その見え方が変わる場合がある。

上述した線形システム１００を利用しても、少なくとも上記の理由のため、光線２１０の影響を打ち消すのに有効ではない可能性がある。したがって、従来のようなＨＵＤ２００の調節技術を利用しても有効なものとはならず、それほどロバストではなくなる恐れがある。

ディスプレイ輝度を調節する方法を理解するために、（提示したいくつかの参考文献で説明されているように）シルバースタインの関係（Ｓｉｌｖｅｒｓｔｅｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）が与えられている。以下で説明する式は、検出されたＤＢＬとディスプレイに用いるべき輝度の関係を記述するものである。
ＥＳＬ＝Ｂ₀（ＤＢＬ）^C
各項は以下のように定義される。
ＥＳＬ＝ｃｄ／ｍ²で表した出力シンボル輝度（Ｅｍｉｔｔｅｄ Ｓｙｍｂｏｌ Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ）
Ｂ₀＝輝度オフセット定数
ＤＢＬ＝ｃｄ／ｍ²で表した様々なディスプレイ背景の輝度
ｃ＝べき乗定数（対数座標におけるべき乗関数の傾き）

ブラウン管（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ：ＣＲＴ）ディスプレイの技術により、リン光体の反射率は、リン光体の光放射に応じて変化することはない。液晶ディスプレイ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）では、各ＬＣＤセルが受ける「オン」と「オフ」の状態に起因して種々の課題が生じる。したがって、ＬＣＤディスプレイ、及びＨＵＤベースの技術に対しては、シルバースタインの関係の変化分を計算する場合がある。しかしながら、上記のＤＢＬの関係を利用することにより、ディスプレイの視認性が大幅に向上する。

しかしながら、既存のＨＵＤ技術において非線形の前方監視光センサ（ｆｏｒｗａｒｄ ｌｏｏｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｓｅｎｓｏｒ）が実装されたことはなく、（上述したシルバースタインの方法論を取り入れて）利用されてきた光センサは線形である。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を調節するシステムが本明細書に開示される。本システムは、前方監視光センサから第１の光情報を対数的に受信する前方監視光センサ用受信機；及び第１の光情報に基づいてＨＵＤの輝度を調節する調節器を含む。同様にして、方法又はプロセスが利用される。調節器は、ルックアップテーブルを利用することによって、又は調節に依存した変換を行うためにアナログ値を利用することによって実装される。

詳細な説明では、以下の図面を参照する。これらの図面において同一の符号は同一の部分を示す。

従来の実施態様によるディスプレイ輝度を調節するシステムの例を示す図である。 光がＨＵＤの観察者に影響を及ぼす例示的な事例を示す図である。 光センシングに基づいてＨＵＤを調節するシステムの実施態様の一例を示す図である。 センサと合わせて図示した調節器の実施態様における例示的なブロックレベル図を示している。 調節器の別の例示的な実施態様を示す図である。 本明細書で説明したシステム３００を実装する車両６００の例を示す図である。

以下、本発明について、添付図面を参照してより完全に説明する。これらの図面においては、本発明の代表的な実施形態が示されている。ただし、本発明は、多数の異なる形態で実施することができ、本明細書に記載された実施形態に限定して解釈されるべきではない。むしろ、これらの代表的な実施形態は、本開示を完全なものとし、かつ本発明の範囲を当業者に十分に伝えるために提供される。本開示の目的のために、「それぞれの少なくとも１つ」は、列挙された複数の要素の組み合わせを含む、それぞれの文言に続いて列挙された要素の任意の組み合わせを意味するように解釈されることを理解されたい。例えば、「Ｘ、Ｙ及びＺのうちの少なくとも１つ」は、Ｘのみ、Ｙのみ、Ｚのみ、又はＸ、Ｙ及びＺのうちの２つ以上の項目の任意の組み合わせ（例えば、ＸＹＺ、ＸＺ、ＹＺ、Ｘ）を意味すると解釈される。図面及び詳細な説明の全体を通じて、別途記載がない限り、図面中の同一の参照番号は、同一の要素、特徴及び構造を指すと理解される。これらの要素の相対的なサイズ及び描写は、明確さ、説明及び便宜のために誇張されている場合がある。

ＨＵＤシステムは、照明を利用して情報を観察者に伝達する。背景技術の部分において説明したように、この照明は、太陽、外部光又は環境条件等の環境条件によって妨げられることが多い。これらの状況においては、環境条件によって視認体験が影響を受ける場合があり、そのために不安定となる。

ところで、照明を調節できるようにする様々な技術が開示されてきた。しかしながら、これらの技術は、これらが提供するレンジ又は動的機能のいずれかによって制限される。

背景技術の部分及び他の技術において説明したように、線形の前方監視光センサを利用した近似法が提案されている。この方法論は、線形の光センシングに関わるレンジが制限されるため、有効に機能するものではない。線形の前方監視光センサはあるレンジを提供するが、このレンジは、電子ディスプレイを調節する技術を適切に実施するのに必要な検出量を十分含むものではない。

本明細書に開示されるのは、光センシングに基づいてＨＵＤを調節する方法、システム及び装置である。本明細書に記載されている態様により、前方監視光センサにおいて対数的な光センシングを利用して、ＨＵＤシステムを効果的に調節することができる。本明細書で述べた様々な方法論及び構成要素により、システムは、電子ディスプレイを容易に表示又は駆動して、ＨＵＤの実施態様に関わる環境的な問題に対して動的に応答できるように光レベルを調節する。

例えば、電子ディスプレイが車両に実装されている場合、（本明細書に記載されているように）調節を行うシステムに接続された前方監視光センサを利用することにより、外部変化に基づいてＨＵＤを動的に調節し、ＨＵＤの視認及びＨＵＤに表示された情報を理解する能力に作用する照明にすることができる。

本明細書に記載されている態様は、説明目的のために車両ディスプレイシステムを利用する。しかしながら、当業者は、本明細書に記載されている態様を、前方監視光センサとＨＵＤを共に利用する他の状況において実施することもできる。

以下で説明する実施態様における前方監視光センサは、対数的なものである。対数型光センサを利用することにより、あるダイナミックレンジを表現することができる。

図３は、光センシングに基づいてＨＵＤ３５０を調節するシステム３００の実施態様の一例を示す図である。図３を参照すると、システム３００は、対数型前方監視光センサのインタフェーサ３１０、及び調節器３２０を含む。調節器３２０は、当業者によって知られる通り、非一時的コンピュータ可読媒体又はプロセッサ上で動作するように構成される。

対数型前方監視光センサのインタフェーサ３１０は、対数型前方監視光センサ３８０からデータ又はセンシング情報を受信するように構成されている。対数スケール上で輝度を受信するため、線形的な受信データセットよりも大きい一定範囲のデータを許容することができる。対数型前方監視光センサ３８０は、前方面（例えば、車両のフロントガラス）を通じて見ている人によって視認されている像又は領域を複製するように設置される。例えば、ＨＵＤ３５０が車両に実装されている場合、対数型前方監視光センサ３８０は、フロントガラスを通じて到来する光を視認するように向けられる。

ＨＵＤ３５０は、駆動回路に取り付けられた任意の種類のＨＵＤ型ディスプレイであってよい。ＨＵＤ３５０は、照明された素子を介して像及び情報を表示する。その照明量は、調節により、本明細書に記載されている態様に従って設定される。

対数型前方監視光センサ３８０は、それぞれが位置している環境に関わる光を監視するように構成されている。そのセンシングは、リアルタイム又は周期的な間隔で生じる。このようなセンシングは、ユーザの操作によって、又はＨＵＤ３５０と通信する電子システムからの外部信号によって有効／無効となるように構成される。

調節器３２０は、インタフェーサ３１０を介して受信した情報に基づき、ＨＵＤ３５０に関わる照明を調節する。この調節は、本明細書に記載されている概念に従って実施される。以下、これについてより詳細に説明する。

図４は、対数型前方監視光センサ３８０と合わせて図示した調節器３２０の実施態様における例示的なブロックレベル図を示している。このブロックレベル図が適用されるこれらの要素は、任意の種類の回路又は符号化ベースの論理（以下に列挙されるもの等）を用いて実装される。

図４を参照すると、対数型前方監視光センサ３８０は、前方監視光センサ（ｆｏｒｗａｒｄ ｌｏｏｋｉｎｇ ｌｉｇｈｔ ｓｅｎｓｏｒ：ＦＬＬＳ）３８１を搭載しており、この前方監視光センサによる光検出を行う。その後、前方監視光センサ３８１は、対数増幅器回路３８２に対して出力する。対数増幅器回路３８２は、検出された光データを変換して、対数スケールによって表せるようにする。

対数増幅器回路３８２によって生成された電圧は、アナログ−デジタル（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ：Ａ／Ｄ）変換器４０１に出力される。このアナログ−デジタル変換器４０１を通じて送られる各データについて、デジタル方式の定数が生成される。所定のルックアップテーブル（図示せず）を追加し、特定のＮ_H値に対応付けるようにしてもよい。以下で説明する様々な関係にＮ_H値を利用して、適切に用いられる調節を行うことにより、ＨＵＤ３５０を介して輝度を調節する。

アナログ−デジタル変換器４０１によって行われる変換は、（本出願の第１段落で参照された）相互参照出願で詳しく述べられている。対数型環境光センサからデータを変換する態様は、本明細書で説明された対数型前方監視光センサ３８０に対して同様に適用することができる。

要素４０２では、求めたＮ_H値にＨＵＤユーザのバイアスＮ_BHを加算する。このようなユーザのバイアスは、ＨＵＤ３５０の操作に関してユーザが変更を加えた好みに関する定数である。したがって、ＨＵＤ３５０を介し、調節器３２０によって行われる任意の種類の調節では、ユーザのバイアス量が補償される。

要素４０２の出力は、要素４０３に示されている式に適用される。要素４０３に表された式の派生形は、本明細書に提示された参考文献の１つにおいて述べられており、したがって、詳細な説明については省略する。

次いで、（Ｒ値によって表されるような）要素４０３の出力が要素４０４に伝えられて、ＨＵＤの出力シンボル輝度（ＥＳＬ_H）値が生成される。このＲ値は輝度比であり、一旦Ｎ_HとＮ_BDの値が既知になると、適切なＲ値を解くことができる。

一旦ＥＳＬ_H値が既知になると、その値がＨＵＤ３５０に送信され、それに応じて被検出光に基づきＨＵＤを調節するのに利用される。

要素４０３及び４０４に示した様々な値は定数であり、これらの定数は、用いられるＨＵＤ３５０及び対数型前方監視光センサ３８０の種類に基づくものである。例えば、以下の値が設定される（これらの値は単に例示であることを留意されたい）。

ＨＵＤ Ｌ_Max＝１０，０００ｃｄ／ｍ２

ＨＵＤ Ｌ_Min＝８０ｃｄ／ｍ２

ＨＵＤ Ｔ＝１０

ＨＵＤ Ｃ_H＝０．２７３

図５は、調節器３２０の別の例示的な実施態様を示す図である。図５の実施態様は、図４に示したものと同様であるが、図５及び以下に説明する一連の数式に示すように、各種の要素が変更されている。図５に示した例では、数学的な計算を利用することにより、任意のルックアップテーブル（要素４０１の出力を変換するのに用いられるルックアップテーブル等）を用意する必要がなくなる。

図５に示すように、要素４０１によって生成される値は、要素５０１（この要素は式を示す）へと伝えられる。要素５０１は、相互参照出願の要素８１０で行われる変換と同様であり、この変換において各定数は、電子ディスプレイではなくＨＵＤ３５０に関連したものである。

要素５０３では、ＨＵＤに関連したユーザのバイアス量を相互参照することによって得られた一定値（要素５０２）と要素５０１の出力とを掛け合わせる。これにより、要素４０４が得られる。さらに、図４の説明と同様にこの要素を利用して、ＨＵＤ３５０を調節する。

図６は、本明細書で説明したシステム３００を実装する車両６００の例を示す図である。このシステム３００は、本明細書に記載されている調節器３２０の任意の実施形態を利用し得る。

具体的には、フロント窓の外を見ている運転者／乗員から見た車両の視界を描いたものである。例示目的のため、車両の他の要素については図示もせず、説明もしない。この車両はＨＵＤ３５０を搭載しているが、これは当業者に知られた任意のＨＵＤ３５０であってよい。また、車両内には対数型前方監視光センサ３８０が位置している。これにより、システム３００によって利用される光センシングが容易に行われる。

図６に示すように、光源６２０が図示されている。この光源６２０は、車両の外部から放射されるものであり、街灯又は太陽等の自然発生現象のいずれかを源とするものであってよい。光源６２０は、光線６２１を生成する。光線６２１は、運転者／乗員がフロントガラス６１０の外を見つつ目にする光を表す。

システム３００は、上述した技術を利用して光線６２１をセンシングし、続けてＨＵＤ３５０を調節する。ＨＵＤ３５０は、対数的な光センシング技術を利用して輝度を調節するため、ＨＵＤの実施態様における既知又は既存の形式において実現されていない技術を利用している。

図６は、システム３００を車両に実装した場合の例を示す図である。しかしながら、当業者は、ＨＵＤ３５０が位置している任意の種類の環境においてシステム３００を実装することができる。

本発明の概念又は範囲を逸脱せずに、本発明において種々の修正及び変形をなし得ることは、当業者にとって明らかであろう。したがって、この発明の修正及び変形が、添付された特許請求の範囲及びその均等物の適用範囲内に収まるのであれば、本発明はそれらを含むことが意図される。

Claims (8)

1. ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）を調節するシステムであって、
   第１の光情報を前方監視光センサから対数的に受信する前方監視光センサ用受信機と、
   上記第１の光情報に基づいて上記ＨＵＤの輝度を調節する調節器と、
   を有することを特徴とするシステム。
2. 上記第１の光情報は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換によって変換される請求項１記載のシステム。
3. 上記第１の光情報は、上記Ａ／Ｄ変換を経た後、ディスプレイユーザのバイアスと合成されて出力を生成する請求項２記載のシステム。
4. 上記第１の光情報は、上記Ａ／Ｄ変換を経た後、ルックアップテーブルを用いて相互参照されて定数を検索する請求項３記載のシステム。
5. 上記出力は、変換によって上記ＨＵＤの上記調節を行うために利用される請求項３記載のシステム。
6. 上記定数は、変換によって上記ＨＵＤの上記調節を行うために利用される請求項４記載のシステム。
7. 上記変換は、シルバースタインの関係に基づく請求項５記載のシステム。
8. 上記変換は、シルバースタインの関係に基づく請求項６記載のシステム。

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