(57)【要約】【課題】視覚的快適性が改善されたヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイは、行及び列に配列された表示画素アレイを有する表示画面を備えており、同一行の隣接してオンされた表示画素群が水平方向又は垂直方向に方向付けられていると見える位置に対して、表示画面は、10乃至80度の傾斜角にて、表示画面に垂直な軸回りに回転させられる。【選択図】図５
2014132332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行及び列に配列された表示画素アレイを有する表示画面を備えており、
同一行の隣接してオンされた表示画素群が水平方向又は垂直方向に方向付けられていると見える位置に対して、前記表示画面は、10乃至80度の傾斜角にて、前記表示画面に垂直な軸回りに回転させられることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
前記表示画面は発光ダイオードを備えた画面であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
前記表示画面は有機発光ダイオードを備えた画面であることを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
前記表示画面は液晶表示画面であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
画像画素アレイを有する第１のデジタル画像を決定し、前記傾斜角と同一の角度にて、前記第１のデジタル画像を反対方向に回転することにより前記第１のデジタル画像から第２のデジタル画像を決定し、前記表示画面での前記第２のデジタル画像の表示を制御することが可能な前記表示画面の制御部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
前記表示画面は、前記表示画素をオンするためのオン回路を有しており、
前記ヘッドアップディスプレイは、画像画素アレイを有する第１のデジタル画像を決定し、前記第１のデジタル画像を表示するために前記オン回路に制御信号を与えることが可能な前記表示画面の制御部を更に備えており、
前記オン回路は、前記傾斜角と同一の角度にて、前記第１のデジタル画像を反対方向に回転することにより得られる第２のデジタル画像を表示するために、前記制御信号を調整することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
前記傾斜角は、水平方向又は垂直方向に対して15乃至40度の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項８】
前記傾斜角は、水平方向又は垂直方向に対して20乃至30度の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項９】
前記表示画面によって与えられる画像が投射されるビームスプリッタを更に備えていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項１０】
前記表示画面に表示される画像を無限遠に平行にすることができる光学システムを更に備えていることを特徴とする請求項１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】
本発明は、画素アレイを有する表示画面を備えたヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘッドアップディスプレイ、又はHUD は、観察者によって見られる実際の場面に関する視覚情報の一体化を可能にする拡張現実ディスプレイシステムである。実際、このようなシステムは、ヘルメットのバイザー、飛行機のコックピット、又は車輌の内部に置かれてもよい。従って、システムは、ユーザの目から近距離に、例えば数センチメートル又は数十センチメートルの場所に位置付けられる。
【０００３】
視覚情報は、表示画面によって与えられる。従来、表示画面は、一般的にはベクトルディスプレイシステムを備えたブラウン管画面である。現在の傾向は、ヘッドアップディスプレイのブラウン管画面を、画素アレイを有する液晶表示画面又は発光ダイオード表示画面に置き換えることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2009−109798号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ほとんど水平ではあるが完全に水平ではない線が、画素アレイを有する表示画面に表示されると、観察者は、まさに千鳥状の破線をはっきりと見ることになり、これは不快である。更に、特には有機発光ダイオードアレイを備えたあるタイプのディスプレイでは、画面に垂直線を表示すると、著しい突入電流が引き起こされる場合がある。このため、画素アレイを有する表示画面をヘッドアップディスプレイに使用することが困難になり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、実施形態は、行及び列に配列された表示画素アレイを有する表示画面を備えており、同一行の隣接してオンされた表示画素群が水平方向又は垂直方向に方向付けられていると見える位置に対して、前記表示画面は、10乃至80度の傾斜角にて、前記表示画面に垂直な軸回りに回転させられることを特徴とするヘッドアップディスプレイを提供する。
【０００７】
実施形態によれば、前記表示画面は発光ダイオードを備えた画面である。
【０００８】
実施形態によれば、前記表示画面は有機発光ダイオードを備えた画面である。
【０００９】
実施形態によれば、前記表示画面は液晶表示画面である。
【００１０】
実施形態によれば、前記ヘッドアップディスプレイは、画像画素アレイを有する第１のデジタル画像を決定し、前記傾斜角と同一の角度にて、前記第１のデジタル画像を反対方向に回転することにより前記第１のデジタル画像から第２のデジタル画像を決定し、前記表示画面での前記第２のデジタル画像の表示を制御することが可能な前記表示画面の制御部を更に備えている。
【００１１】
実施形態によれば、前記表示画面は、前記表示画素をオンするためのオン回路を有しており、前記ヘッドアップディスプレイは、画像画素アレイを有する第１のデジタル画像を決定し、前記第１のデジタル画像を表示するために前記オン回路に制御信号を与えることが可能な前記表示画面の制御部を更に備えており、前記オン回路は、前記傾斜角と同一の角度にて、前記第１のデジタル画像を反対方向に回転することにより得られる第２のデジタル画像を表示するために、前記制御信号を調整することが可能である。
【００１２】
実施形態によれば、前記傾斜角は、水平方向又は垂直方向に対して15乃至40度の範囲内である。
【００１３】
実施形態によれば、前記傾斜角は、水平方向又は垂直方向に対して20乃至30度の範囲内である。
【００１４】
実施形態によれば、前記ヘッドアップディスプレイは、前記表示画面によって与えられる画像が投射されるビームスプリッタを更に備えている。
【００１５】
実施形態によれば、前記ヘッドアップディスプレイは、前記表示画面に表示される画像を無限遠に平行にすることができる光学システムを更に備えている。
【００１６】
前述及び他の特徴及び利点を、添付図面を参照して本発明を限定するものではない具体的な実施形態について以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ヘッドアップディスプレイの一例をブロック形式で示す図である。
【図２】水平部分及び垂直部分を有する画素アレイが表示された従来の表示画面を概略的に示す図である。
【図３】疑似水平部分を有する画素アレイが表示された従来の表示画面の一部を示す図である。
【図４】有機発光ダイオードの表示画面の一例を部分的に且つ概略的に示す図である。
【図５】実施形態に係る表示画面の一例を示す図である。
【図６】図１の制御部の実施形態をブロック形式で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
明瞭化のために、同一の要素は異なる図面において同一の参照番号で示されてあり、更に、回路の表示ではよくあるように、様々な図面は正しい縮尺で示されていない。
【００１９】
以下の記載では、別に示されていない限り、用語「ほとんど」、「実質的に」、「略」及び「程度」は「10%以内に」を意味する。
【００２０】
図１は、ヘッドアップディスプレイ5 の動作を概略的に示す。
【００２１】
ビームスプリッタ10が、ユーザ12の目と観察される場面14との間に置かれる。観察される場面14の対象は一般に、観察者12から無限遠に、又は遠い距離に位置付けられる。ビームスプリッタ10は、場面14と観察者12とを結ぶ軸に対して45度の角度に傾けられる。ビームスプリッタ10によって、場面14からの情報を変えることなくこの情報を観察者12に伝えることが可能になる。
【００２２】
投影システム15が、観察者12によって見られた画像を場面14の実像として同一の距離で投射し、画像を実像に重ねるために設けられている。この投影システム15は、光学システム18の主な焦点に位置付けられた表示画面16を有している。表示画面16は、例えばセンサ（不図示）によって与えられる信号から、表示される画像を決定する、表示画面16の制御部20によって制御される。
【００２３】
投影システム15は、場面14と観察者12とを結ぶ軸に対して垂直に置かれ、それ故、光学システム18からのビームがこの軸に垂直にビームスプリッタ10に達する。従って、光学システム18からのビームは、ビームスプリッタ10の面に対して45度の角度でビームスプリッタ10に達し、観察者12に向かって反射される。表示画面16に表示された画像は、光学システム18によって無限遠に平行にされる。観察者12は、調節しようと努力する必要がなく、観察者12の眼疲労が抑えられる。ビームスプリッタ10は、場面14の画像と投影システム15からの画像とを組み合わせるため、観察者12は、場面14の画像に重ねられた投影画像を有する画像を見る。
【００２４】
表示画面16は画素アレイを有する表示画面であってもよい。表示画面16は、モノクロ画面であってもよく、又はカラー画面であってもよい。表示画面16によって表示され得るデジタル画像の最も小さな要素が、画像画素と呼ばれる。画像を表示する表示画面16の最も小さな要素が表示画素と呼ばれる。カラー画面では、画像画素の表示は、複数の表示画素、例えば赤、緑、青の画素を必要とする場合がある。表示画面の表示画素は、複数の行及び複数の列に規則的に配列されている。モノクロの表示画面16は、例えば300 乃至1,000 の行及び300 乃至1,000 の列を有している。一般に環状の画像を表示するために、同数の行及び列を実質的に有する画面の使用が有利である。表示画面16は、例えば液晶表示画面、つまりLCD 画面である。表示画面16は更に、発光ダイオード表示画面、例えば有機発光ダイオード表示画面、つまりOLED表示画面であってもよい。
【００２５】
図２は、16行及び16列に配列された表示画素22の表示画素アレイを有する表示画面16の一例を示す。オンされた表示画素、すなわち、光信号を投射した表示画素が、黒い四角として概略的に示されており、オンされていない表示画素、すなわち、光信号を投射していない表示画素が、白い四角として概略的に示されている。一般に、ヘッドアップディスプレイの表示画面16によって与えられる画像は、観察者12に役立つ情報、特には搭載された機器によって与えられる情報を有する比較的簡単な画像である。このような画像は、広い範囲に亘って直線の部分から形成されてもよい。一例として、２つの部分24,26 が図２に示されている。部分24は、表示画面16の同一行R 内の隣接した表示画素のオンによって得られた部分であり、部分26は、同一列C 内の隣接した表示画素のオンによって得られる。
【００２６】
表示画面16、光学システム18及びビームスプリッタ10は、互いに対して従来通りに配置されており、それ故、部分24が観察者12によって水平であると認識され、部分26が観察者12によって垂直であると認識される。
【００２７】
既に述べた投影システム15には、以下の欠点がある。ある適用では、特にヘッドアップディスプレイが飛行機のコックピットに備えられているとき、人工水平線を表わす視覚情報が表示される。人工水平線は、一又は複数の直線の部分として一般に表示される。飛行機に横揺れ角がない場合、人工水平線を表す部分は水平であり、図２の部分24に相当してもよい。飛行機の横揺れ角がゼロではない場合、人工水平線を表す部分は、水平方向に関して傾いているように表示される。しかしながら実際には、飛行機が安定した飛行状態にある場合でさえ、横揺れ角は、ゼロ前後で僅かに変動する傾向がある。これは、人工水平線を表わす部分が水平方向に関して僅かに変動していると解釈される。
【００２８】
図３は、水平方向に関して僅かに傾いた人工水平線のレベルが表示された画面の一部を概略的に示す。人工水平線は、異なる隣接した行内の隣接した画素によって形成された複数の隣接した群によって表されており、２つの群28,30 が図３に示されている。２つの群28,30 は多数の画素を有してもよいので、観察者12は、連続的な部分として水平レベルを認識せず、一連の段として認識し、これは不快である。更に、横揺れ角の小さな変動が、オンされた画素の群28,30 の著しいずれを引き起こす場合があり、これもまた不快である。
【００２９】
従って、図２に示されているような表示画面16の使用には、表示画面が発光ダイオード、例えば有機発光ダイオードを備えているとき、以下に述べる別の欠点がある。
【００３０】
図４は、OLED画面の表示画素22の実施形態を部分的に且つ概略的に示す。表示画素22は夫々、有機発光ダイオード32、２つの電界効果トランジスタTFT1，TFT2、例えば薄膜トランジスタ、及びコンデンサCSを備えている。有機発光ダイオード32のカソードが、表示画面の全ての表示画素22に共通であってもよいカソード電極VCに接続されている。表示画面の行毎に、選択線VSELECTIONが、行内の全ての表示画素のトランジスタTFT1のゲートに接続されている。表示画面の列毎に、データ信号の伝送線VDATA が、列内の各表示画素のトランジスタTFT1の伝導端子の内の１つに接続されている。トランジスタTFT1の別の伝導端子が、コンデンサCSの電機子及びトランジスタTFT2のゲートに接続されている。表示画面の各列において、電力供給ラインVDD が、列内の表示画素22毎にコンデンサCSの別の電機子とトランジスタTFT2の伝導端子とに接続されており、トランジスタTFT2の別の伝導端子は、有機発光ダイオード32のアノードに接続されている。
【００３１】
表示画素22のオン中に、有機発光ダイオード32は、電力供給ラインVDD によって伝えられて表示画素の所望の放射に応じた強度を有する電流を伝導する。観察者12が、ヘッドアップディスプレイによって表示された視覚情報を適切に見ることができるために、表示画面16のオンされた表示画素の輝度は、少なくとも40,000カンデラ／m2であることが望ましい。垂直部分、例えば図２に示された部分26を表示するために、同一列内の隣接した表示画素は同時にオンされるべきである。表示画面16の欠点は、電力供給ラインVDD が同一列内の全ての表示画素22に接続されていることである。そのために、同一列内の一群の表示画素を同時にオンすべく、電力供給ラインVDDを流れる合計電流が数ミリアンペアより大きくなる場合がある。このため、電力供給ラインVDD がこのような電流を確実に且つ適切に伝導すべく、電力供給ラインVDDを形成するために使用される金属トラックの大きさに関して表示画面16の設計に重い制約が課される。
【００３２】
従って、実施形態の目的は、現存するシステムの欠点の一部を少なくとも部分的に克服する、画素アレイを有する表示画面を備えたヘッドアップディスプレイを提供することである。
【００３３】
実施形態の別の目的は、ヘッドアップディスプレイによって投影される視覚情報の認識の快適性を改善することである。
【００３４】
実施形態の別の目的は、表示画面の動作中に使用される電流のピーク強度を減少させることである。
【００３５】
実施形態の別の目的は、液晶表示画面、又は特には有機発光ダイオードを有する発光ダイオード表示画面を備えたヘッドアップディスプレイを形成し得ることである。
【００３６】
本発明は、表示画面16の同一行内の隣接した表示画素がオンされるときに、観察者12が水平部分（又は場合によっては垂直部分）を見る表示画面16の従来の位置と比較して、光学システム18及び／又はビームスプリッタ10に対する表示画面16の位置を調整することを目的とする。本発明は、観察者12が、表示画面の行内の表示画素がオンされるときに水平部分（又は垂直部分）を見る代わりに、水平方向に関して傾斜角α分傾いた部分を見るように、光学システム18及びビームスプリッタ10に対して表示画面16を方向付けることを有する。同様に、観察者12は、表示画面の列内の表示画素がオンされるときに垂直部分（又は水平部分）を見る代わりに、垂直方向に関して傾斜角α分傾いた部分を見る。
【００３７】
傾斜角αは、15度乃至60度の範囲内にあることが好ましく、18度乃至45度の範囲内にあることが更に好ましく、20度乃至30度の範囲内にあり、例えば27度程度であることが特に好ましい。
【００３８】
図１に示されているヘッドアップディスプレイ5 の例では、表示画面16の従来の位置から傾斜角αにて、光学システム18の光軸回りに表示画面16を回転することにより、光学システム18及び／又はビームスプリッタ10に対して表示画面16の位置が調整されてもよい。
【００３９】
そのために、観察者12によって認識される要素を水平方向に方向付けられているように表示すべく、異なる行及び列に属する表示画面16の表示画素がオンされる必要がある。このような要素40の一例が図５に示されており、４つの異なる行に属する２つの画素によって形成された４つの群42を有している。
【００４０】
同様に、観察者12によって認識される要素を垂直方向に方向付けられているように表示すべく、異なる行及び列に属する表示画面の表示画素がオンされる必要がある。このような要素44の一例が図５に示されており、４つの異なる列に属する２つの画素によって形成された４つの群46を有している。
【００４１】
表示画面16が従来の位置にある場合の２つの既に述べた欠点が克服された。
【００４２】
実際、完全に水平な要素、又は疑似水平要素の表示が、両方の場合に複数群の表示画素のオンに相当し、例えば、各群は、少なくとも２行及び複数の異なる列に属する５乃至20の表示画素を有している。表示画素の群の数及び位置と、表示画素の群毎の表示画素の数とは、完全に水平な要素の表示と疑似水平要素の表示との切替でほとんど変わらない。そのため、この切替は、観察者12によって更に滑らかに認識され、快適性が増す。
【００４３】
更に、複数の異なる列に属する表示画素がオンされるので、発光ダイオード表示画面の列に関連した導電性トラックによって伝導される電流は、垂直要素の表示に関して減少する。
【００４４】
実施形態によれば、制御部20が、傾斜角α傾いた表示画面に適したデジタル画像を直接与えることが可能である。
【００４５】
別の実施形態によれば、制御部20によって決定されるか又は受け付けられて表示されるデジタル画像は、既に述べた従来の位置に応じて配置された表示画面に適した第１のデジタル画像に相当する。この場合、表示される第１のデジタル画像毎に、制御部20は、例えば、第１のデジタル画像の中心を回転中心として用いることにより、傾斜角αと同一の角度での反対方向への回転に対応する数学的変換を第１のデジタル画像に適用して、第１のデジタル画像に対応する第２のデジタル画像を決定してもよい。その後、制御部20は、第２のデジタル画像を表示すべく表示画面16を制御する。
【００４６】
変形例によれば、制御部20は、適した制御信号を表示画面16に送ることにより、第１のデジタル画像を表示すべく表示画面16を制御し、表示画面16の表示画素22をオンするためのオン回路が、傾斜角αと同一の角度にて、第１のデジタル画像を反対方向に回転することにより得られる第２のデジタル画像を表示すべく、制御信号を調整するための回路を有している。
【００４７】
一般に、表示されるデータは、表示画面の中心を中心とし、表示画面の幅又は高さの半分に相当する半径を有する円の内側に置かれる。それによって、傾斜角αと同一の角度での反対方向への回転に相当する数学的変換を適用した後、表示されるデータは全て最終のデジタル画像内に存在する。従って、失われる情報はない。角度−αの回転は、制御部20によるデジタル処理によって適用されてもよい。変形例として、角度−αの回転は、表示画面の選択回路によって直接デジタル画像に適用されてもよい。
【００４８】
図６は、制御部20を形成すべく使用されてもよい演算装置1000のブロック図である。演算装置1000は、一又は複数のプロセッサ1001と、一又は複数の非一時的なコンピュータ読取り可能な記憶媒体（例えばメモリ1003）とを備えてもよい。メモリ1003は、制御部20によって行われる既に述べた機能を、コンピュータプログラムが実行されたときに実施するコンピュータプログラムの命令を、非一時的なコンピュータ読取り可能な記憶媒体に格納してもよい。一又は複数のプロセッサ1001は、メモリ1003に接続されてもよく、これらの機能を実施すべくこのようなコンピュータプログラムの命令を実行してもよい。
【００４９】
演算装置1000は、演算装置が他の演算装置と（例えばネットワークを介して）通信することができるネットワーク入出力インタフェース1005（一又は複数のネットワークI/O インタフェース）を更に備えてもよく、演算装置がユーザに出力信号を与えて、ユーザから入力信号を受け付けることができる一又は複数のユーザインタフェース1007（一又は複数のユーザI/O インタフェース）を更に備えてもよい。ユーザインタフェースは、キーボード、マウス、マイクロホン、ディスプレイ周辺装置（例えば、モニタ又はタッチ画面）、スピーカ、カメラのような周辺装置、及び／又は様々な他のタイプの入出力周辺装置を有してもよい。
【００５０】
既に述べた実施形態は、複数の方法で実施されてもよい。一例として、実施形態は、専用回線、ソフトウェア又はそれらの組み合わせによって実施されてもよい。実施形態がソフトウェアによって実施されるとき、プロセッサが単一の演算装置に設けられていようとも、複数の演算装置に分散配置されていようとも、ソフトウェアコードは、いずれかの適切なプロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）又は一組のプロセッサで実行され得る。既に述べた機能を行なう要素又は要素の組立体は、既に述べた機能を制御する一又は複数のコントローラとみなされ得ることに特に注目すべきである。一又は複数のコントローラは、例えば、専用の電子回路、又はソフトウェア又はマイクロコードによって上記の方法ステップを実行するようにプログラムされる汎用回路（例えば、一又は複数のプロセッサ）を用いて多くの方法で実施されてもよい。
【００５１】
この点に関して、本明細書に記載された実施形態は、一又は複数のプロセッサで実行されたときに、既に述べた実施形態の機能を行なうコンピュータプログラム（すなわち、複数の実行可能命令）でコード化された少なくとも１つのコンピュータ読取り可能な記憶媒体（RAM 、ROM 、EEPROM、フラッシュメモリ又は別のメモリ技術、CD-ROM 、デジタル多用途ディスク（DVD ）又は別の光ディスク支持体、磁気カセット、磁気テープ、磁気記憶ディスク又は別の磁気記憶装置、又は別の非一時的なコンピュータ読取り可能な記憶支持体）を備えていることに特に注目すべきである。本明細書に記載された技術の態様を実施するために、媒体に記憶されたプログラムがあらゆる演算装置にロードされ得るように、コンピュータ読取り可能な媒体は携帯可能であってもよい。実行されたときに、既に述べた機能の内のいずれかを行なうコンピュータプログラムへの言及は、ホストコンピュータで実行するアプリケーションプログラムに制限されないことに更に注目すべきである。これに反して、用語「コンピュータプログラム」及び「ソフトウェア」は、本明細書に記載された技術の態様を実施すべく一又は複数のプロセッサをプログラムするために使用されてもよいあらゆるタイプのコンピュータコード（例えば、アプリケーションソフト、ファームウェア、マイクロコード又はあらゆる形式のコンピュータ命令）を指すものとして、一般的な意味で本明細書に使用されている。
【００５２】
特定の実施形態を幾つか述べてきたが、様々な変更、調整及び改良が当業者に容易に想起される。特に、自動車分野で適用される場合、ディスプレイのビームスプリッタは自動車の車輌の防風ガラスの一部であってもよい。更に、ヘッドアップディスプレイがヘルメットに備えられる場合、ディスプレイのビームスプリッタはヘルメットのバイザーの一部であってもよい。
【００５３】
このような変更、調整及び改良は、本開示の一部であることを意図しており、本発明の趣旨及び範囲内であることを意図している。従って、前述の記載は、単なる一例であり、本発明を限定することを意図していない。本発明は、以下の特許請求の範囲及びその均等物に定義されているようにのみ制限される。
【符号の説明】
【００５４】
5  ヘッドアップディスプレイ
10  ビームスプリッタ
12  観察者
16  表示画面
18  光学システム
20  制御部
22  表示画素
32  発光ダイオード、有機発光ダイオード
α  傾斜角
【図１】
2014132332.tif 000003
【図２】
2014132332.tif 000004
【図３】
2014132332.tif 000005
【図４】
2014132332.tif 000006
【図５】
2014132332.tif 000007
【図６】
2014132332.tif 000008