JP7480709B2 - 表示装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1に記載の表示装置は、複数の光源と、光源に電流が供給される際に電荷が蓄えられるインダクタ等の電荷部と、次の光源を点灯する前にインダクタに蓄えられる電荷をグランドに放出する例えばFET(Field Effect Transistor)により構成される電荷放出部と、を備える。この電荷放出部により、次の光源の点灯開始時に、光源に供給される電流にノイズとしてリップルが重畳することが抑制され、光源を低輝度時であっても所望の輝度で点灯させることができる。
図2に示すように、HUD装置1は、照明装置10と、光強度検出部500と、光源温度検出部600と、照明光学系20と、表示素子30と、光源駆動装置5と、投射光学系40と、スクリーン50と、平面鏡61と、凹面鏡62と、凹面鏡駆動部65と、筐体70と、透光部71と、備える。
透光部71は、アクリル等の透光性樹脂からなる湾曲板状により形成され、筐体70の開口部70aを塞ぐように設けられている。
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、輝度ムラ低減部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500に向けて反射させる。
光源温度検出部600は、各光源11r,11g,11bの温度を検出し、その検出結果を光源温度信号STとして光源駆動装置5の後述する第2の制御部200に出力する。なお、光源温度検出部600は、3つの光源11r,11g,11bに対して1つ設けられていてもよいし、3つの光源11r,11g,11bそれぞれに計3つ設けられていてもよい。
スクリーン50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40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。
図4に示すように、光源駆動装置5は、光源群11に定電流を供給する定電流供給部300と、インダクタL1と、光源群11を駆動させる光源駆動部43と、表示素子30等を制御する第2の制御部200と、凹面鏡駆動部65等を制御する第1の制御部100と、を備える。第1及び第2の制御部100,200は制御部の一例であり、インダクタL1はエネルギ貯蓄部の一例である。
定電流供給部300は、第2の制御部200から定電流供給部300をオンする旨のイネーブル信号DRV_ENを受けると、第2の制御部200からの電流値調整信号IADJに応じた値の定電流を光源駆動部43に供給する。
定電流供給部300は、第2の制御部200から定電流供給部300をオフする旨のイネーブル信号DRV_ENを受けると、定電流の供給を停止する。
インダクタL1は、定電流供給部300と光源群11の間に接続されている。
スイッチ部Swr,Swg,Swb,Swc,Swa,Swr1は、例えば、n型チャネルのFET(Field Effect Transistor)からなり、第2の制御部200による制御のもと、オン状態(閉状態)とオフ状態(開状態)の間で切り替わる。
スイッチ部Swrは光源11rに直列に光源11rとグランドの間に接続される。スイッチ部Swgは光源11gに直列に光源11gとグランドの間に接続される。スイッチ部Swbは光源11bに直列に光源11bとグランドの間に接続される。スイッチ部SwcとコンデンサC1は直列に接続される。スイッチ部Swr1と抵抗R1は直列に接続される。
スイッチ部Swrと、スイッチ部Swgと、スイッチ部Swbと、コンデンサC1及びスイッチ部Swcと、スイッチ部Swaと、抵抗R1及びスイッチ部Swcとは、互いに並列に接続されている。また、各スイッチ部Swr,Swg,Swb,Swc,Swa,Swr1のゲート端子は第2の制御部200に接続されている。
スイッチ部Swaは、オン状態に切り替わることで、定電流供給部300からインダクタL1に流れるインダクタ電流Iindを目標値に制御する機能を有する。スイッチ部Swr1は、オン状態に切り替わることで、インダクタL1に蓄えられたエネルギを外部に放出する機能を有する。抵抗R1は、インダクタL1に蓄えられたエネルギを外部に放出する際にスイッチ部Swr1に大電流が流れることを抑制する機能と、スイッチ部Swaがオン状態に切り替わった際にインダクタL1に流れるインダクタ電流Iindを調整する機能を有する。
スイッチ部Swcは、オン状態に切り替わることで定電流供給部300からコンデンサC1に電流を流すことにより、後述するパルス波P1,P2,P3,P4の立ち上がり部分の傾きを調整する機能を有する。
電圧検出部49は、グランドとスイッチ部Swr,Swg,Swb,Swc,Swa,Swr1の間に接続され、電圧検出信号SVを検出したうえで第2の制御部200に出力する。
第2の制御部200には、映像信号入力部700から画像Mを表示するための映像信号SE、光源温度検出部600により検出された光源温度信号ST、電圧検出部49により検出された電圧検出信号SV及び光強度検出部500により検出された光強度検出信号SFBが入力される。
第2の制御部200は、光源温度信号STに基づき光源11r,11g,11bに供給する電流と輝度の関係を温度補正し、電圧検出信号SVに基づき光源駆動部43に供給される電流値を認識する。
表示素子制御部202は、映像信号SEに基づき、表示素子30における各ミラー30aをPWM(Pulse Width Modulation)方式によりオン/オフ制御する。
比較部204は、調光信号SLに基づき閾値を決定し、決定した閾値と光強度検出信号SFBを比較し、その比較結果を示す比較信号SBを電流供給制御部203に出力する。
電流値調整信号IADJは、定電流供給部300の出力電流値を目標値に制御するための信号である。イネーブル信号DRV_ENは定電流供給部300のオン及びオフを切り替えるための信号である。
イネーブル信号R_EN,G_EN,B_EN,S_EN1,S_EN2,C_EN2は、スイッチ部Swr,Swg,Swb,Swc,Swa,Swr1をオン状態とするHiとスイッチ部Swr,Swg,Swb,Swc,Swa,Swr1をオフ状態とするLoとの間で変化する。
光源制御部201は、光源11rに対応するイネーブル信号R_ENをスイッチ部Swrに出力し、光源11gに対応するイネーブル信号G_ENをスイッチ部Swgに出力し、光源11bに対応するイネーブル信号B_ENをスイッチ部Swbに出力する。また、光源制御部201は、イネーブル信号S_EN1をスイッチ部Swaに出力し、イネーブル信号S_EN2をスイッチ部Swr1に出力し、イネーブル信号C_EN2をスイッチ部Swcに出力する。
光源制御部201によるスイッチ部Swr,Swg,Swb,Swc,Swa,Swr1の制御態様については後述する。
以下、高輝度モード、中輝度モード及び低輝度モードの動作について順に説明する。
図6のタイミングチャートを参照しつつ、高輝度モードにおける光源駆動装置5の動作について説明する。このタイミングチャートは、HUD装置1の動作電源がオンされたときに開始される。
高輝度モードにおいては、オフ期間Tof→準備期間Tb→点灯可能期間Tdを経て、以降、高輝度モードが継続する限り、準備期間Tb及び点灯可能期間Tdが繰り返される。点灯可能期間Tdとしては、光源11rを点灯可能な点灯可能期間Td、光源11gを点灯可能な点灯可能期間Td及び光源11bを点灯可能な点灯可能期間Tdが順に設定される。
なお、第2の制御部200は、図6には図示しないが、光源11rを点灯可能な点灯可能期間Tdにおいては、イネーブル信号R_ENをHiに維持するとともにイネーブル信号G_EN,B_ENをLoに維持する。また、光源11gを点灯可能な点灯可能期間Tdにおいては、イネーブル信号G_ENをHiに維持するとともにイネーブル信号R_EN,B_ENをLoに維持する。光源11bを点灯可能な点灯可能期間Tdにおいては、イネーブル信号B_ENをHiに維持するとともにイネーブル信号R_EN,G_ENをLoに維持する。
抵抗R1は、準備期間Tbの開始時点でのインダクタ電流Iindを設定することができ、これによりインダクタ電流Iindの制御精度を向上させることができる。
高輝度モードにおいては、点灯可能期間Tdに占める光源11rに電流が供給される期間の割合であるデューティー比は100%である。
一方、電流供給制御部203は、比較部204を通じて光強度検出信号SFBが閾値未満であると判定された場合、すなわち、光強度検出信号SFBがHiとなった場合、定電流供給部300をオンする旨のイネーブル信号DRV_ENを定電流供給部300に出力する。定電流供給部300は、定電流供給部300をオンする旨のイネーブル信号DRV_ENを受けると、光源11rに電流を供給する。これにより、光源11rが点灯し、光強度検出信号SFBが閾値以上、すなわち、比較信号SBがLoとなる。
このように、点灯可能期間Tdにおいて、光強度検出信号SFBが閾値に近づくように、イネーブル信号DRV_ENがHi及びLoの間で周期的に変化し、これにより、矩形波Rwが形成される。
以降、上記と同様に、点灯可能期間Td及び準備期間Tbが交互に繰り返される。高輝度モードは、HUD装置1の動作電源がオフされたとき、又は他のモードに移行されたときに終了となる。
以上で、高輝度モードの説明を終了する。
図7のタイミングチャートを参照しつつ、中輝度モードにおける光源駆動装置5の動作について説明する。
中輝度モードにおいては、点灯可能期間Tdに占める光源11r,11g,11bに電流が供給される期間の割合であるデューティー比は、100%未満、例えば、20%~40%である。以下、高輝度モードとの相違点を中心に説明する。
その後、第2の制御部200は、点灯可能期間Tdにおける光源11r,11g,11bに電流が供給されないオフデューティー期間Tod(例えば時刻t3a)においては、イネーブル信号DRV_ENをHiに維持して、イネーブル信号S_EN1をHiとすることによりスイッチ部Swaをオン状態とする。これにより、図5の矢印Y1に示すように、定電流供給部300からの電流はスイッチ部Swaを介してグランドに流れる。よって、オフデューティー期間Todであっても、インダクタ電流Iindが目標値に維持される。
そして、第2の制御部200は、次の準備期間Tb(例えば、時刻t4)においては、上述した高輝度モードと同様に、スイッチ部Swr1をオン状態に切り替えることにより、インダクタL1に蓄えられたエネルギを電流として抵抗R1及びスイッチ部Swr1を介してグランドに放出する。点灯可能期間Tdのオフデューティー期間Todにおいてインダクタ電流Iindが目標値に維持されることにより、準備期間TbにおいてインダクタL1は蓄えられたエネルギを短時間で放出することができる。
以上で、中輝度モードの説明を終了する。
図8のタイミングチャートを参照しつつ、低輝度モードにおける光源駆動装置5の動作について説明する。このタイミングチャートは、HUD装置1の動作電源がオンされたときに開始される。
低輝度モードにおいては、オフ期間Tof→光源11rを点灯可能な点灯可能期間Tdr→光源11gを点灯可能な点灯可能期間Tdg→オフ期間Tof→光源11bを点灯可能な点灯可能期間Tdbの順で繰り返される。
詳しくは、第2の制御部200は、図9に示すように、点灯可能期間Tdr(例えば、時刻tb)において、イネーブル信号C_EN2をHiとすることによりスイッチ部Swcをオン状態とするとともに、イネーブル信号DRV_ENをHiに切り替え、かつ電流値調整信号IADJを定電流供給部300に出力することにより定電流供給部300から電流を供給する。このとき、スイッチ部Swcがオン状態に切り替えられても、スイッチ部Swaはオン状態に維持されている。このため、図5の矢印Y1に示すように、定電流供給部300から電流はスイッチ部Swaを介してグランドに流れ、コンデンサC1には電流が流れない。このとき、インダクタ電流Iindは目標値に調整され、光源11r,11g,11bは消灯している。
図8に示すように、第2の制御部200は、上述のようにパルス波P1を発生させた後、パルス波P1と同様に、パルス波P2,P3を発生させる。
次に、第2の制御部200は、上述したオフ期間Tofと同様のオフ期間Tofを経て、点灯可能期間Tdbにおいては、本例では、パルス波を発生させない。しかしながら、点灯可能期間Tdbにおいても光源11bに電流をパルス波として供給させてもよい。
以上で、低輝度モードの説明を終了する。
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
この構成によれば、インダクタ電流Iindは、光源11r,11g,11bの点灯前に目標値に制御されるため、その後、光源11r,11g,11bを点灯させる際に所望値に迅速に到達させることができる。これにより、画像Mの輝度が低下することや画像Mのグラデーションが悪化することが抑制され、表示品位を向上させることができる。
この構成によれば、簡易な構成及び制御で、インダクタL1のエネルギを放出した後にインダクタ電流Iindを目標値に制御することができる。
また、インダクタL1のエネルギを放出するためのスイッチ部Swr1とインダクタ電流Iindを目標値に制御するためのスイッチ部Swaが使い分けられることにより、スイッチ部Swa,Swr1の電流による発熱を抑制することができる。
この構成によれば、オフデューティー期間Todにおいてインダクタ電流Iindが目標値に維持される。このため、インダクタL1の性質上、オフデューティー期間Todの後の準備期間Tbにおいて、インダクタL1に蓄えられたエネルギは短時間で放出可能となる。
この構成によれば、スイッチ部Swcがオン状態とされることで、コンデンサC1はパルス波P1,P2,P3,P4の立ち上がり部分の傾きを小さくすることができる。これにより、光源11r,11g,11bに供給される電流値Iがターゲット値Tgtを超えるオーバーシュートが発生することを抑制できる。従って、画像Mの輝度が低下することや画像Mのグラデーションが悪化することが抑制され、表示品位を向上させることができる。
また、スイッチ部Swcがオフ状態とされることで、コンデンサC1には電流が流れないため、コンデンサC1により矩形波Rwの立ち上がりが遅延することが抑制される。
以上のように、スイッチ部SwcによりコンデンサC1を有効としたり無効としたりできる。このため、光源11r,11g,11bを所望の輝度で点灯させることができる。
この構成によれば、高輝度モードにおいてはスイッチ部Swcがオフ状態となるため、コンデンサC1が機能しない。このため、高輝度モードにおいて、コンデンサC1により光源11r,11g,11bに供給される電流値Iの立ち上がりが遅延することが抑制され、高輝度を実現することができる。一方、低輝度モードにおいてはスイッチ部Swcがオン状態となるため、コンデンサC1はパルス波P1,P2,P3,P4の立ち上がり部分の傾きを小さくする。よって、低輝度モードにおいてはオーバーシュートが抑制される。
この構成によれば、電流値Iがターゲット値Tgtに到達したときスイッチ部Swaをオン状態とすることにより、定電流供給部300からの電流は、スイッチ部Swaを介してグランドに流れ込む。このため、迅速にパルス波P1,P2,P3,P4を立ち下げることができ、オーバーシュートを抑制できる。
上記実施形態においては、光源駆動部43は抵抗R1に対応するスイッチ部Swr1を備えていたが、スイッチ部Swr1に代えて、図10に示すように、ツェナーダイオードZD1を備えていてもよい。ツェナーダイオードZD1のカソード端子はインダクタL1に接続され、ツェナーダイオードZD1のアノード端子は抵抗R1に接続されている。
インダクタL1にエネルギが溜まることによりツェナーダイオードZD1に印加される逆方向電圧がツェナーダイオードZD1の降伏電圧を上回ったとき、図10の矢印Yzに示すように、アバランシェ降伏現象により、インダクタL1に蓄えられたエネルギは電流としてツェナーダイオードZD1を介してグランドに放出される。ツェナーダイオードZD1の逆方向電圧は、上記実施形態のイネーブル信号S_EN2をHiとするタイミングにてツェナーダイオードZD1の降伏電圧を上回るように設定される。
これにより、制御的に、かつ構成的に簡単に上記実施形態と同様の作用及び効果を奏することができる。
2 車両
3 ウインドシールド
5 光源駆動装置
7 照度センサ
10 照明装置
11,11b,11g,11r 光源
30 表示素子
30a マイクロミラー
43 光源駆動部
61 平面鏡
62 凹面鏡
65 凹面鏡駆動部
100 第1の制御部
200 第2の制御部
201 光源制御部
202 表示素子制御部
203 電流供給制御部
204 比較部
300 定電流供給部
500 光強度検出部
C1 コンデンサ
L1 インダクタ
P1,P2,P3,P4 パルス波
R1 抵抗
ZD1 ツェナーダイオード
Swr,Swg,Swb,Swr1,Swa,Swc,Swz スイッチ部
Ton オンデューティー期間
Tod オフデューティー期間
Iind インダクタ電流
Claims (3)
- 電流を供給する電流供給部と、
前記電流供給部からの電流を受けて、それぞれ異なる色の光を発する複数の光源と、
前記光源に電流が供給される際にエネルギが蓄えられるエネルギ貯蓄部と、
光の反射する角度を制御する複数の反射部を有する表示素子と、
前記複数の光源のうち何れか一つの光源に前記電流供給部からの電流を供給することで前記光源を発光させ、発光する前記光源を順次切り替えるフィールドシーケンシャル方式にて前記複数の光源から発される光から所望の色の照明光を生成する光源制御部と、
前記反射部を通じて前記照明光のうち画像に対応した光を反射させる表示素子制御部と、
前記エネルギ貯蓄部に蓄えられたエネルギを放出するエネルギ放出部と、
前記電流供給部からの電流に基づき前記エネルギ貯蓄部に流れる電流を制御する電流設定部と、を備え、
前記光源制御部は、前記光源が点灯される前に、前記エネルギ放出部を介して前記エネルギ貯蓄部に蓄えられたエネルギを放出した後、前記電流設定部を介して前記電流供給部からの電流に基づき前記エネルギ貯蓄部に流れる電流を目標値に制御し、
前記電流設定部は、
前記光源に並列で接続され、前記光源制御部による制御のもと、前記エネルギ貯蓄部をグランドに接続するオン状態と前記エネルギ貯蓄部をグランドに接続しないオフ状態の間で切り替わる第1スイッチ部と、
前記電流供給部とグランドの間であって前記光源に並列で接続されるコンデンサと、
前記コンデンサに直列に接続され、前記光源制御部による制御のもとオン状態とオフ状態の間で切り替わる第3スイッチ部と、を備え
前記エネルギ放出部は、
前記第1スイッチ部に並列で接続され、前記光源制御部による制御のもと、前記エネルギ貯蓄部をグランドに接続するオン状態と前記エネルギ貯蓄部をグランドに接続しないオフ状態の間で切り替わる第2スイッチ部と、
前記第2スイッチ部に直列に接続される抵抗と、を備え、
前記光源制御部は、
前記光源が点灯される前に、前記第2スイッチ部をオン状態に切り替えることにより前記エネルギ貯蓄部に蓄えられたエネルギを放出した後、前記第2スイッチ部をオフ状態に切り替えつつ前記電流供給部から電流が供給された状態で前記第1スイッチ部をオン状態に切り替えることにより前記エネルギ貯蓄部に流れる電流を前記目標値に制御し、
前記電流供給部からの電流をパルス波として前記光源に供給する際には前記第3スイッチ部をオン状態とし、前記電流供給部からの電流を矩形波として前記光源に供給する際には前記第3スイッチ部をオフ状態とする
表示装置。 - 前記光源制御部は、
比較的高い輝度で前記光源を発光する高輝度モードと、比較的低い輝度で前記光源を発光する低輝度モードとで動作し、
前記高輝度モードにおいては前記第3スイッチ部をオフ状態に維持しつつ前記第1スイッチ部をオン状態に切り替えることにより前記エネルギ貯蓄部に流れる電流を前記目標値に制御し、
前記低輝度モードにおいては前記第1スイッチ部及び前記第3スイッチ部をオン状態に切り替えることにより前記エネルギ貯蓄部に流れる電流を前記目標値に制御する、
請求項1に記載の表示装置。 - 前記光源制御部は、点灯可能期間のうちオンデューティー期間において前記光源に電流を供給し、前記点灯可能期間のうち前記オンデューティー期間の後のオフデューティー期間において前記第1スイッチ部をオン状態に切り替えることにより前記電流供給部から前記エネルギ貯蓄部を経て前記第1スイッチ部に電流を流し、前記オフデューティー期間の経過後、前記第2スイッチ部をオン状態に切り替えることにより前記エネルギ貯蓄部に蓄えられたエネルギを放出する、
請求項1に記載の表示装置。
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