(57)【要約】【課題】表示装置が経年劣化しても所望の輝度の画像を投影することを可能とする。【解決手段】発光体２１を有し、画像光を出射する出射部１１と、出射部１１から出射された画像光を外部の表示面５に投影する光学系と、外部からの光と、発光体２１からの光とを検出するカメラ１２と、カメラ１２によって検出された、外部からの光の明るさおよび発光体２１からの光の明るさに基づいて、発光体２１を制御する制御部１５と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像光を出射して外部の表示面に画像を投影する表示装置であって、
発光体を有し、前記画像光を出射する出射部と、
前記出射部から出射された画像光を外部の表示面に投影する光学系と、
外部からの光と、前記発光体からの光とを検出するカメラと、
前記カメラによって検出された、前記外部からの光の明るさおよび前記発光体からの光の明るさに基づいて、前記発光体を制御する制御部と、
を備える表示装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記外部からの光の明るさに基づいて決定される、前記発光体からの光が有すべき明るさと、前記カメラによって検出された、前記発光体からの光の明るさとに基づいて、前記発光体を制御する請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記カメラによって撮像された、前記発光体からの光の明るさに応じた画像の輝度が、前記発光体からの光が有すべき輝度に応じた画像の輝度よりも所定の値以上低い場合、前記制御部は、前記発光体が出射する光の明るさを明るくするよう制御する請求項２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記カメラに入射する前記発光体からの光の明るさを低減する減光フィルタを備える請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記カメラは１つの撮像素子を備え、前記発光体からの光と、前記外部からの光とを、前記１つの撮像素子の異なる領域にそれぞれ結像させる請求項１乃至４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記外部からの光が前記カメラに入射する光路に、前記表示面に対するＰ偏光のみを透過させる偏光フィルタを備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記外部からの光が前記カメラに入射する光学系と、前記発光体からの光が前記カメラに入射する光学系とは異なる請求項１乃至６のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
画像光を出射して外部の表示面に画像を投影する表示装置であって、発光体を備え、前記画像光を出射する出射部と、前記出射部から出射された画像光を外部の表示面に投影する光学系と、外部からの光と、前記発光体からの光とを検出するカメラと、前記カメラによって検出された、前記外部からの光の明るさおよび前記発光体からの光の明るさに基づいて、前記発光体を制御する制御部と、を含む表示装置
を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像光を出射して外部の表示面に画像を投影する表示装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両、飛行機、医療機器、コンピュータゲーム等の分野で、ガラス等の半透明な光学部材に画像光を投影し、使用者の視野内に画像を虚像として表示する、いわゆるヘッドアップディスプレイの技術が知られている。
【０００３】
この技術では、使用者は、光学部材を透過する周囲からの光と、投影された画像との双方が視野内に入る。そのため、車載用のヘッドアップディスプレイの分野では、画像の表示領域を運転者の目の周辺に限定するとともに、運転者の目の位置に応じて、出射部が画像光を出射する出射位置を切り替えることにより、表示輝度の向上、消費電力の低減、ひいては、光源の長寿命化を図る手法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７２２５４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、上述の方法では、光源の劣化を遅らせることができたとしても、ある程度の時間が経過するとともに、光源が劣化することは避けられない。画像光の出射に用いられる光源が経年劣化すると、周囲の明るさに応じて決定される適切な輝度の画像を出力できないことが考えられる。具体的には、周囲の明るさに応じて投影する画像の輝度を決定し、光源に制御信号（制御電圧）を出力しても、光源の劣化のため同じ制御信号に対して出力される光量が低下してしまい、決定された輝度よりも低い輝度の画像が表示されることが懸念される。
【０００６】
したがって、これらの点に着目してなされた本発明の目的は、画像光の出射部の特性が変化しても所望の輝度の画像を表示することを可能とする表示装置および車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成する表示装置は、画像光を出射して外部の表示面に画像を投影する表示装置であって、発光体を有し、前記画像光を出射する出射部と、前記出射部から出射された画像光を外部の表示面に投影する光学系と、外部からの光と、前記発光体からの光とを検出するカメラと、前記カメラによって検出された、前記外部からの光の明るさおよび前記発光体からの光の明るさに基づいて、前記発光体を制御する制御部と、を備える。
【０００８】
上記目的を達成する車両は、画像光を出射して外部の表示面に画像を投影する表示装置であって、発光体を備え、前記画像光を出射する出射部と、前記出射部から出射された画像光を外部の表示面に投影する光学系と、外部からの光と、前記発光体からの光とを検出するカメラと、前記カメラによって撮像された、前記外部からの光の明るさおよび前記発光体からの光の明るさに基づいて、前記発光体を制御する制御部と、を含む表示装置を備える。
【０００９】
なお、本願において「発光体」とは、透過型ＬＣＤ（透過型液晶ディスプレイ）やＤＭＤ（Digital Micromirror Device）素子を用いた表示装置の光源、および有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッサンス）等の自発光型の素子等の、光を発する素子を意味する。また「発光体からの光」とは、直接的にまたは間接的に発光体から出射された光を意味する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態によれば、画像光の出射部の特性が変化しても所望の輝度の画像を表示することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】表示装置を搭載した車両を簡略化して示す図である。
【図２】図１に示す表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示すカメラが撮像した画像における第１の領域および第２の領域を示す模式図である。
【図４】図１に示す表示装置の他の例の概略構成を示すブロック図である。
【図５】図１に示す表示装置の他の例の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に示すように、表示装置１０は車両１に搭載され、車両１のインストルメントパネル２に埋め込まれて設置されるヘッドアップディスプレイ装置である。
【００１４】
図２に示すように、表示装置１０は、出射部１１、カメラ１２、反射鏡（光学系）１３、偏光フィルタ１４、制御部１５、表示輝度記憶部１６等を含んで構成され、画像光を出射して外部の表示面５に画像を投影する。図２においては、車両１の進行方向をｘ軸方向、鉛直方向をｙ軸方向とし、運転者３は、フロントガラス４越しに車両１の主に進行方向を見ながら運転する。
【００１５】
また、表示装置１０は、少なくとも出射部１１、カメラ１２および反射鏡１３を内部に位置決めして保持する筺体１７を備える。筺体１７には、表示装置１０の外部からの光を筺体１７内に透過させ、出射部１１から出射した画像光をフロントガラス４の方へ透過させるための孔部１７ａを備える。孔部１７ａには部材が何も配置されなくてもよいし、ガラス等の光透過部材を配置してもよい。
【００１６】
出射部１１は、光源（発光体）２１、照明光学系２２、透過型ＬＣＤ（透過型液晶ディスプレイ）２３等を含んで構成される。
【００１７】
光源２１は、光を出射する部材である。光源２１は、例えば、単数または複数のＬＥＤ（発光ダイオード）、半導体レーザー、有機ＥＬ（有機エレクトロルミネッサンス）光源等を用いることができる。光源２１は、表示する画像に応じて赤や緑などの単色の光源としても良いし、透過型ＬＣＤ２３にカラー液晶素子を用いる場合は、白色光源を使用しても良い。
【００１８】
照明光学系２２は、光源２１から出射した光を拡大して均一な平行光に変換して透過型ＬＣＤ２３に入射させる光学系である。照明光学系２２は、例えば、光源２１からの光をコリメートするレンズ、拡散板等によって構成される。図２では、照明光学系２２を代表してレンズのみを図示している。
【００１９】
透過型ＬＣＤ２３は、照明光学系２２によって平行に変換された光を透過または遮断することによって、表示された画像の画像光を出射する。透過型ＬＣＤ２３は、例えば、偏向フィルタ、ガラス基板、電極、配光膜、液晶表示素子、カラーフィルタ等を備える。
【００２０】
これにより、出射部１１は画像光を、反射鏡１３に向けて出射する。
【００２１】
反射鏡１３は、例えば、凹面鏡であり、出射部１１から出射された画像光を外部のフロントガラス４の表示面５に投影する光学系である。図２の破線の矢印で示すように、出射部１１から出射した画像光は反射鏡１３で反射されてフロントガラス４に入射する。また、反射鏡１３は、フロントガラス４上の表示面５を介して透過型ＬＣＤ２３に表示された画像の正立虚像を表示面５から所定の距離にある点ＩＰに結像させる。
【００２２】
フロントガラス４の表示面５は、半透過面となっており、反射鏡１３で反射された画像光の一部を運転者３の視線の方向に向けて反射する。これにより、運転者３は、フロントガラス４上の表示面５を介して透過型ＬＣＤに表示された画像の正立虚像を視線の方向（図２の一点鎖線の矢印を参照）の、表示面５から所定の距離にある点ＩＰに観察することができる。なお、表示面５はフロントガラス４上ではなく別途設けられたコンバイナに設けても良い。
【００２３】
カメラ１２は、表示装置１０の内部に設置されている出射部１１から出射された画像光、および表示装置１０の外部からの光を検出する。例えば、図２に示すように、カメラ１２は、光軸ＯＸ方向をｙ軸方向とし、出射部１１から出射された画像光の一部と、車両１の外部からフロントガラス４および表示装置１０の孔部１７ａを通り入射した光とを検出するように配置される。例えば、図３に示すように、カメラ１２によって撮像された−ｘ方向（ｘ軸の負の方向）に当たる画像ＩＭの右側の領域（第１の領域ＩＭ１）には、出射部１１の透過型ＬＣＤ２３の表示面が検出され、＋ｘ方向（ｘ軸の正の方向）に当たる画像ＩＭの左側の領域（第２の領域ＩＭ２）には、フロントガラス４および孔部１７ａを介して車両１外の被写体が検出されるように配置される。
【００２４】
図２に示すように、カメラ１２は、撮像光学系１８および撮像素子１９等を含んで構成される。
【００２５】
撮像光学系１８は、１つ以上のレンズであり、撮像素子１９に光が結像するようにカメラ１２の入射面２０に入射した光を集光する。
【００２６】
撮像素子１９は、好ましくは、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像光学系１８を通って集光された光が結像すると、結像した像の光を光電変換して電気信号を出力する。
【００２７】
偏光フィルタ１４は、表示装置１０から出射した画像光が表示装置１０の外部であって車両１の内部にある物体（運転者等）によって反射し、フロントガラス４に反射してカメラ１２の入射面２０に入射するのを妨げる。具体的には、偏光フィルタ１４は、フロントガラス４上の表示面５で反射したＳ偏光を遮断し、車両１の外側からフロントガラス４上の表示面５を透過したＰ偏光を透過させるＰ偏光フィルタである。
【００２８】
偏光フィルタ１４は、フロントガラス４上の表示面５で反射した光がカメラ１２に到達するまでの光路のいずれかの位置に配置される。例えば、図２に示すように、偏光フィルタ１４は、カメラ１２の入射面２０の被写体側に配置される。
【００２９】
制御部１５は、制御プログラムに基づいて表示装置１０全体を制御する汎用のＣＰＵまたは専用のマイクロプロセッサである。制御部１５は、外部から入力される映像信号に従って、出射部１１の透過型ＬＣＤを制御して画像を表示させる。また、カメラ１２の撮像素子１９から出力される電気信号、および、表示輝度記憶部１６に記憶されたデータに基づいて、出射部１１の光源２１を制御する。
【００３０】
表示輝度記憶部１６は、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ等の記憶素子であり、光源２１の光量の制御のために、後述する第２の領域ＩＭ２の輝度（外部からの光の明るさ）に関連付けて、第１の領域ＩＭ１が有すべき輝度（発光体からの光が有すべき明るさ）、および、光源２１に印加する電圧をテーブルとして記憶する。
【００３１】
制御部１５は、出射部１１から出射し、撮像素子１９の第１の部分に入射した画像光の明るさに応じた画像ＩＭの第１の領域ＩＭ１の輝度と、表示装置１０の外部から入射し、第２の部分に入射した、外部からの光の明るさに応じた第２の領域ＩＭ２の輝度とに基づいて、光源２１を制御する。
【００３２】
具体的には、制御部１５は、第１の領域ＩＭ１の輝度を算出する。このとき、制御部１５は、第１の領域ＩＭ１の各画素の輝度を統計処理した統計値を第１の領域ＩＭ１の輝度（発光体からの光の明るさ）とする。統計値とは、例えば、第１の領域ＩＭ１を構成する画素の輝度の最頻値、中央値、平均値等の任意の統計的な処理によって算出される値である。同様にして、制御部１５は、画像ＩＭにおける第２の領域ＩＭ２の輝度を算出する。
【００３３】
さらに、制御部１５は、外部からの光の明るさに基づいて光源２１からの光が有すべき明るさを決定する。具体的には、制御部１５は、表示輝度記憶部１６が、第２の領域ＩＭ２の輝度に関連付けて記憶している表示輝度を読み出す。表示輝度とは、表示装置１０の出射部１１とカメラ１２との配置状態において、光源２１からカメラ１２に入射する光が有すべき明るさに応じた、第１の領域ＩＭ１の画像の輝度として記憶している表示輝度である。次に、制御部１５は現在の第２の領域ＩＭ２の輝度に関連付けられた電圧を表示輝度記憶部１６から読み出して、表示装置１０の光源２３に印加し、カメラ１２が画像ＩＭを撮像する。次に、制御部１５は、カメラ１２により取得した第１の領域ＩＭ１の輝度と、表示輝度記憶部１６から読み出した表示輝度を比較する。そして、第１の領域ＩＭ１の輝度が表示輝度よりも所定の値以上低くない場合、制御部１５は、光源２１が出射する光の明るさを変更しないよう、光源２１に印加する電圧を変えずに制御する。第１の領域ＩＭ１の輝度が表示輝度よりも所定の値以上低い場合、制御部１５は、光源２１が出射する光を明るくするよう光源２３に印加する電圧を制御する。
【００３４】
制御部１５によって光源２１からの光を明るくするように制御すると、再び上述のようにカメラ１２が外部からの光、および光源２１からの光を検出し、制御部１５が検出した光の明るさに基づいて光源２１を制御する。
【００３５】
上述のように、カメラ１２から取得される第１の領域ＩＭ１の輝度が表示輝度よりも所定の値以上低い場合、表示輝度記憶部１６は、第２の領域ＩＭ２の輝度に関連付けられた、電圧を印加しても第１の領域ＩＭ１が有すべき輝度が得られなくなったものとして、テーブルの電圧の値を更新する。これによって、外部からの明るさに応じて表示される画像の輝度を適正な値に維持する。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、カメラ１２によって撮像された、筺体１７の外部からの光の明るさと光源２１からの光の明るさとに基づいて光源２１を制御するため、表示装置１０の光源２１が経年劣化等により特性が変化しても所望の輝度の画像を表示することができる。
【００３７】
また、カメラ１２は１つの撮像素子１９を備え、光源２１からの光と、表示装置１０の外部からの光とを、１つの撮像素子１９の異なる領域にそれぞれ結像させるため、１つの撮像素子１９のみを備えるカメラ１２を１台のみ備えればよく、このため、表示装置１０を小型化することができる。
【００３８】
また、表示装置１０は、外部からの光がカメラ１２に入射する光路に、表示面５に対するＰ偏光のみを透過させる偏光フィルタ１４を備える。そのため、筺体１７の外部であって車両１内に存在する運転者３等がカメラ１２によって撮像され、ノイズとなるのを防ぐことができ、表示装置１０が適切な表示を行うのに要する輝度の測定の精度が下がるのを低減することができる。
【００３９】
本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、表示装置１０は、図４に示すように、透過型ＬＣＤ２３と反射鏡１３との間にビームスプリッタ２４を備えてもよい。光源２１からの光は透過型ＬＣＤ２３を通り、ビームスプリッタ２４に到達すると、光の一部分（例えば１％）が反射してカメラ１２に入射し、残りの部分がビームスプリッタ２４を透過して反射鏡１３に反射されて表示面５に到達する。すなわち、光源２１からの光がカメラ１２に入射する光学系は、ビームスプリッタ２４が設けられるという点において、外部からの光がカメラ１２に入射する光学系とは異なる。制御部１５は、一部分の光を撮像した画像の輝度に基づいて、光源２１からの光の明るさを検出し、検出した明るさに基づいて光源２１を制御する。この場合、カメラ１２に撮像された画像ＩＭの第１の領域ＩＭ１には、光源２１からの光以外のものが検出されることが少なくなり、そのため、光源２１からの光の明るさを正確に検出することができる。したがって、外部からの光に応じた光源２１の制御を正確に行うことが可能となる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、表示装置１０は、図４に示すように、出射部１１から出力されてカメラ１２に入射する光の明るさを低減する減光フィルタ２５を備えてもよい。同様にして、図２及び５に示す実施形態においても、出射部１１から出力されてカメラ１２に入射する光の明るさを低減する減光フィルタを備えてもよい。表示装置１０が画像を表示するために、光源２１はカメラ１２のダイナミックレンジの範囲を超える高い輝度に至る明るい光を出射することがある。その場合、光源２１からの光を撮像した画像ＩＭの輝度が飽和して正確な輝度を計測しにくい。したがって、表示装置１０は、減光フィルタ２５を備え、減光フィルタ２５が光源２１からの光の明るさを低減することが好ましい。
【００４１】
この場合、制御部１５は、減光フィルタ２５を透過してからカメラ１２が撮像した光の明るさに基づいて、減光フィルタ２５を透過する前の光の明るさを算出する。そして、制御部１５は、透過する前の光の明るさに基づいて、上述のように光源２１を制御する。
【００４２】
また、上記実施形態においては、図２に示すように、光源２１からの光は照明光学系２２および透過型ＬＣＤ２３を透過して出射部１１から出射されてカメラ１２に入射するが、この限りではない。例えば、図５に示すように、表示装置１０は光ファイバ２６を備え、出射部１１の照明光学系２２の途中で光源２１から出射した光の一部を抽出して、光ファイバ２６内を伝搬させてカメラ１２に入射させてもよい。この場合、カメラ１２に撮像された画像ＩＭの第１の領域ＩＭ１には、光源２１からの光以外のものが検出されることがより少なくなり、そのため、光源２１からの光の輝度をより正確に算出することができる。したがって、外部からの光に応じた光源２１の制御を正確に行うことが可能となる。また、光源２１からの光は光ファイバ２６を導光するため、より出射部１１およびカメラ１２の配置の自由度が高まる。
【００４３】
また、上記実施形態においては、図２に示すように、カメラ１２は、表示装置１０の外部を直接、撮像するが、この限りではない。表示装置１０の外部からの光を反射部材で反射し、反射部材によって反射された光を撮像してもよい。
【００４４】
また、上記実施形態においては、制御部１５は、第２の領域ＩＭ２の輝度に関連付けて表示輝度記憶部１６が記憶している表示輝度と、カメラ１２によって検出された第１の領域ＩＭ１の輝度との差に基づいて、出射部１１が出力する光の輝度を制御するが、この限りではない。例えば、制御部１５は、第２の領域ＩＭ２の輝度に所定の演算を施して表示輝度を算出し、該表示輝度と第１の領域ＩＭ１の輝度との差に基づいて、出射部１１が出力する光の輝度を制御してもよい。
【００４５】
また、上記実施形態においては、図３に示すように、カメラ１２によって撮像された画像ＩＭを２つの領域に分割し、それぞれ第１の領域ＩＭ１、第２の領域ＩＭ２としたが、この限りではない。例えば、カメラ１２の撮像範囲内に反射鏡１３が設置される場合、画像ＩＭ内の反射鏡１３が表される領域を除いた領域内で第１の領域ＩＭ１および第２の領域ＩＭ２を設けてもよい。
【００４６】
上記実施の形態において、出射部１１は透過型ＬＣＤ２３を用いたものとしたが、これに限られない。本発明は、ヘッドアップディスプレイにおいて公知な種々の描画方式に適用することが可能である。例えば、透過型ＬＣＤ２３に代えて、反射型液晶（ＬＣＯＳ）を用いても良い。また、出射部１１を有機ＥＬ素子のような自発光型の表示素子で構成してもよい。その場合、発光体は自発光型の表示素子そのものとなる。さらに、出射部１１としてはＬＥＤ光源にＤＭＤ素子を組み合わせたものでも良い。その場合は、ＤＭＤ素子の一部のマイクロミラーを光源２１からの光をカメラ１２に向けて偏向するように固定し、表示画像に寄与しない一部の光をカメラ１２により検出されるようにすればよい。また、出射部１１は、レーザー光源とＭＥＭＳミラーを用いたラスタースキャン方式の出射部でも良い。その場合も、一周期の走査のごとにレーザー光源からの光をカメラ１２に向けて短時間偏向するようにＭＥＭＳミラーを構成すれば良い。ここで、カメラ１２に向けて偏向するとは、ミラーや光ファイバを介してカメラ１２に入射させることも含む。
【００４７】
光学系としては、凹面鏡の反射鏡１３を用いたが、表示装置１０の光学系はこれに限られない。例えば、画像光を表示面５に投影する光路上に、平面鏡と凸レンズを配置する構成も可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１      車両
２      インストルメントパネル
３      運転者
４      フロントガラス
５      表示面
１０    表示装置
１１    出射部
１２    カメラ
１３    反射鏡
１４    偏光フィルタ
１５    制御部
１６    表示輝度記憶部
１７    筺体
１７ａ  孔部
１８    撮像光学系
１９    撮像素子
２０    入射面
２１    光源（発光体）
２２    照明光学系
２３    透過型ＬＣＤ
２４    ビームスプリッタ
２５    減光フィルタ
２６    光ファイバ
【図１】
2017134226.tif 000003
【図２】
2017134226.tif 000004
【図３】
2017134226.tif 000005
【図４】
2017134226.tif 000006
【図５】
2017134226.tif 000007