JP2008189021A - 車両用表示ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を維持し且つ複数種類の車両に搭載することを可能とする。
【解決手段】表示器１１と、表示器１１の背面側に設けられて表示器１１を発光させるための光を発するバックライト１２と、を有し、車両に搭載され且つ表示器１１を透過したバックライト１２からの出射光線Ｒを車両の投射エリアに投射した虚像と、車両のアイポイントから投射エリアを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させる車両用表示ユニット１０において、表示器１１とバックライト１２との間に介在し且つバックライト１２から表示器１１に向かう光の向きを規制する光線規制部材１５と、車両において予め定められた車両用表示ユニット１０から投射エリアまでの表示光路Ｌに、表示器１１を透過した出射光線Ｒが向かうように、光線規制部材１５を表示器１１とバックライト１２との間に位置付けて出射光線Ｒの指向性を調整する指向性調整部材１６と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載され且つ表示器を透過したバックライトからの出射光線を車両の投射エリアに投射した虚像と、車両のアイポイントから前記投射エリアを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させる車両用表示ユニットに関するものである。

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多角化に伴って、メータユニット内ではスペースの関係上表示しきれない情報を、ウインドシールド上に虚像表示させ、それを透して視認させる車両の前景と重畳視認させる、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置と呼ばれる投射型表示ユニットが採用されている。そして、ＨＵＤ装置は、ウインドシールド上に虚像表示させる表示器（表示デバイス）としては、特許文献１に示すように、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や、蛍光表示管（ＶＦＤ）等の自発光デバイスを用いることが知られている。

ＨＵＤ装置に用いる表示器のバックライトは、エッジライト方式と直下方式とに大別される。エッジライト方式は、表示器の背後に設けられた導光板の端部の発光体（ＣＣＴ，ＬＥＤ等）からの光線を導光板で所定領域に透過、反射させる面光源であり、該面光源と表示器との間に設けられた拡散板等を介して均一な面輝度を得ることができる。また、直下方式は、表示器の背後にＬＥＤ等の光源を配置し、拡散板等で拡散した光を透過させて高輝度化に有効な方式である。
特開２００２−２９３１６２号公報

しかしながら、ＨＵＤ装置に用いる各種表示器は、特定視角域で一定の輝度に達していることが、表示像（虚像）の輝度や明暗ムラ等の品位を維持する上で不可欠である。特に、直下方式の場合、ヘッドアップディスプレイの光学設計上必要とされる表示器における視角域の輝度が高くなるように設定することが出射光線の使用効率を向上させる上で望ましいが、光源と表示器とが近い場合は明暗ムラが大きくなり、輝度を均一にすることが難しい。また、輝度を均一にするには、光源と表示器との間隔を大きくする必要があり、装置自体が大型化してしまうという問題が生じる。

さらに、ＨＵＤ装置からウインドシールド、コンバイナ等における投射エリアまでの表示光路は車両の種類によって異なるが、表示器からの出射光線の方向もＨＵＤ装置によって決まっていることから、ＨＵＤ装置の車両における取付位置や取付角度も限定されてしまうため、各車両毎に対応したＨＵＤ装置を設計する必要があり、複数種類の車両に対してＨＵＤ装置を共通化することができないという問題があった。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、表示品位を維持し且つ複数種類の車両に搭載することができる車両用表示ユニットを提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の車両用表示ユニットは、表示器と、前記表示器の背面側に設けられて前記表示器を発光させるための光を発するバックライトと、を有し、車両に搭載され且つ前記表示器を透過した前記バックライトからの出射光線を前記車両の投射エリアに投射した虚像と、前記車両のアイポイントから前記投射エリアを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させる車両用表示ユニットにおいて、前記表示器と前記バックライトとの間に介在し且つ前記バックライトから前記表示器に向かう光の向きを規制する光線規制部材と、前記車両において予め定められた前記車両用表示ユニットから前記投射エリアまでの表示光路に、前記表示器を透過した出射光線が向かうように、前記光線規制部材を前記表示器と前記バックライトとの間に位置付けて前記出射光線の指向性を調整する指向性調整部材と、を有することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の車両用表示ユニットにおいて、前記表示器と前記バックライトとの間に介在し且つ前記バックライトからの光を広角で前記表示器に向けて透過するレンズアレイを有し、前記光線規制部材が、前記表示器と前記レンズアレイの間又は前記レンズアレイと前記バックライトの間に前記指向性調整部材によって位置付けられることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用表示ユニットにおいて、前記光線規制部材は、フレネルレンズであることを特徴とする。

以上説明したように請求項１に記載した本発明の車両用表示ユニットによれば、バックライトから表示器に向かう光の向きを規制する光線規制部材は、車両において予め定められた車両用表示ユニットから車両の投射エリアまでの表示光路に、表示器を透過した出射光線が向かうように、指向性調整部材によって光線規制部材を表示器とバックライトとの間に位置付けて出射光線の指向性を調整するようにしたことから、投射エリアまでの表示光路が車両の種類によって異なっても指向性調整部材を変更するだけで対応することができるため、出射光線の指向特性を調整することができる。また、光線規制部材がバックライトから表示器に向かう光の向きを規制するので、出射光線の視角域を所定の領域に設定することができ且つ高輝度を維持することができる。よって、バックライトの構成部品等を車両の種類に応じて新規設計、製造する必要がなくなり、表示品位を維持し且つ複数種類の車両に搭載することができるため、簡単な構成で車両用表示ユニットの共通化を図ることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、バックライトからの光を広角で前記表示器に向けて透過するレンズアレイを表示器とバックライトの間に介在させ、そして、指向性調整部材が表示器とレンズアレイの間又はレンズアレイとバックライトの間に光線規制部材を位置付けるようにしたことから、バックライトからの光を表示器に向けてより広角に出射し且つ光線規制部材によって指向特性を調整できるため、表示器から出射する出射光線の視角域を所定の領域に設定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、光線規制部材をフレネルレンズとしたことから、表示光路と出射光線のズレに対応した特性を有する既存のフレネルレンズの全体又は一部を用いることができるため、より簡単に車両の種類に対応することができる。また、フレネルレンズのパラメータ（曲率、コーニック定数、多項式非球面係数等）を調整することにより、出射光線の視角域を所定の設定とすることができるため、出射光線の指向特性をより一層正確に調整することができる。

以下、本発明に係る車両用表示ユニットの一実施の形態を、図１〜図５の図面を参照して説明する。

図１において、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１は、車両のインストルメントパネル（以下、インパネともいう）２内に設けられて車両に搭載されている。車両用表示ユニット１は、本発明に係る車両用表示ユニット１０と、反射部材２０と、を有している。そして、車両用表示ユニット１０と反射部材２０は、収容ケース５に収容されている。即ち、車両用表示ユニット１０は、収容ケース５によって車両において予め定められた所定の位置に位置付けられる。

車両用表示ユニット１０は、図２に示すように、表示器１１と、バックライト１２と、レンズアレイ１３と、拡散板１４と、請求項中の光線規制部材であるフレネルレンズ１５と、指向性調整部材１６と、を有しており、それらはハウジング１０Ａに組み付けられている。車両用表示ユニット１０は、表示器１１を透過したバックライト１２からの出射光線Ｒを車両の投射エリアＰに投射した虚像Ｓと、車両のアイポイントＥから投射エリアＰを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させる。そして、本発明では、その出射光線Ｒの光路が、車両において予め定められた車両用表示ユニット１０から投射エリアＰまでの表示光路Ｌと等しくなるように指向性調整部材１６によって調整する。

表示器１１は、背面側からの光が透過可能な周知であるＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、ＴＦＴ液晶（薄膜トランジスタ）、ＤＳＴＮ（Dual-scan Super Twisted Nematic）液晶等が用いられる。表示器１１は、図示しない制御部から要求された数字、文字等を示す画像を表示する。そして、表示器１１は、バックライト１２からの透過光によって発光表示を行う。

バックライト１２は、表示器１１の背面側に対向するように設けられ、表示器１１を発光させるための光、つまり、表示器１１を透過させるための光を発する。バックライト１２は、ＬＥＤ、蛍光管等の各種光源が用いられ、プリント基板１２ａに実装された状態でハウジング１０Ａに組み付けられる。そして、バックライト１２は、表示器１１が表示を行う際に、前記制御部の制御によって点灯する。

レンズアレイ１３は、略半球状のレンズ１３ａが複数個並んでいる光学素子であり、複数のレンズ１３ａを多数並列的に配列するように、透光性部材によって形成されている。レンズアレイ１３は、各レンズ１３ａの凸部が表示器１１に向かい且つその反対側の平面１３ｂがバックライト１２と対向するようにハウジング１０Ａに組み付けられている。そして、レンズアレイ１３のレンズ１３ａは、バックライト１２から入射した光を表示器１１に向けて広角に出射する。

拡散板１４は、薄板状に形成されており、表示器１１とフレネルレンズ１５との間に介在するようにハウジング１０Ａに組み付けられている。拡散板１４は、フレネルレンズ１５から入射した光線を表示器１１に向けて拡散させて出射する。

フレネルレンズ１５は、周知であるように、細い輪状に切断され、扁平構造もしくは平凹レンズ形状に似たレンズである。フレネルレンズ１５は、金型による成形で平板状のプラスチック板に大型のレンズとして作り込まれている。フレネルレンズ１５は、そのサグピッチを細かく（例えば、０．１ｍｍ以下等）することにより、レンズ効果と共に拡散効果も得ることができ、上述したレンズアレイ１３のレンズ１３ａの境界域に生じやすい明暗ムラを低減させることができる。そして、フレネルレンズ１５は、レンズアレイ１３と拡散板１４との間に介在しており、レンズアレイ１３からの光線が入射し且つ該光線を透過して拡散板１４に向けて出射する。

なお、本最良の形態では、図３に示すように、入射する光線Ｒ１に対し、内部を透過した光を屈折させて光線Ｒ２として拡散板１４に向けて反射し、且つ、中心部付近の屈折角は小さく、中心部から離れるにつれて屈折角が徐徐に大きくなるフレネルレンズ１５を用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、表示器１１から出射する出射光線Ｒが車両に対応した表示光路Ｌに向かうように、光線Ｒ２を出射するフレネルレンズ１５であれば種々異なる特性のものを用いることができる。

指向性調整部材１６は、図４に示すように、フレネルレンズ１５よりも大きな略平板状に形成されており、その中央にはフレネルレンズ１５を嵌合する嵌合部１６ａと、該嵌合部１６ａに連なり且つフレネルレンズ１５の側縁部を係止する係止部１６ｂと、を有している。指向性調整部材１６は、フレネルレンズ１５をレンズアレイ１３と拡散板１４との間に位置付けるようにハウジング１０Ａに組み付けられる。よって、指向性調整部材１６は、フレネルレンズ１５を嵌合部１６ａに嵌合した状態でハウジング１０Ａに組み付けられることで、表示光路Ｌに表示器１１からの出射光線Ｒを向かわせることができるため、出射光線Ｒの指向性を調整することができる。

即ち、指向性調整部材１６を車両の種類に応じて形成するだけで、車両メーカから指定された取付位置に車両用表示ユニット１０を取り付けても、指向性調整部材１６によって出射光線Ｒを車両の表示光路Ｌに向かわせることができるため、他の構成部品は共通のものを使用することができる。よって、簡単な構成で車両用表示ユニット１０の共通化を図ることができる。

次に、上述した車両用表示ユニット１０の組み付け方法の一例を説明する。

まず、ハウジング１０Ａの組付部１０Ｂにプリント基板１２ａに実装されたバックライト１２が組み付けられ、それに対向するようにレンズアレイ１３が組み付けられる。そして、車両用表示ユニット１０を搭載する車両に対応した指向性調整部材１６にフレネルレンズ１５が装着され、その指向性調整部材１６がレンズアレイ１３に対向するように取付部１０Ｂに組み付けられる。そして、フレネルレンズ１５の上方に拡散板１４、表示器１１が順次組み付けられることで、車両用表示ユニット１０が完成し、その後車両のインパネ２内において、予め定められた取付位置に固定される。

次に、上述した車両用表示ユニット１０動作（作用）の一例を以下に説明する。

表示源１１に画像が表示されると共にバックライト１２が点灯されると、バックライト１２が発した光線は、レンズアレイ１３の各レンズ１３ａで広角にフレネルレンズ１５に向けて透過される。そして、フレネルレンズ１５は入射した光が出射光源Ｒとして表示器１１から出射されるように、入射した光線を屈折させて出射させる。その光線は、拡散板１４によって拡散された後、表示器１１を透過して、出射光線Ｒとして出射する。その結果、表示器１１はその出射光線Ｒによって自発光する。

表示器１１から出射した出射光線Ｒは、反射部材２０によって反射されてウインドシールド３に投射される。その結果、運転者は、ウインドシールド３上に投射する表示器１１の画像の虚像ＳとアイポイントＥからウインドシールド３を透して視認させる車両の前景とを重畳視認する。

次に、上述した車両用表示ユニット１０の出射光線Ｒと車両の表示光路Ｌとの関係の一例を、図５の図面を参照して以下に説明する。

表示源１１から出射光線ＲＳを出射する車両用表示ユニット１を車両に搭載した場合に、車両の表示光路Ｌと出射光線ＲＳとに角度θのズレが生じる場合、フレネルレンズ１５のハウジング１０Ａに対する組付位置をずらすために、その組付位置にフレネルレンズ１５を位置付けるように、指向性調整部材１６の嵌合部１６ａのレイアウトを新たに設計することになる。そして、その指向性調整部材１６を用いることで、表示源１１からは出射光線Ｒを出射することになり、搭載する車両の種類が異なることによる車両用表示ユニット１０の車両に対する取付位置が変化しても、出射光線Ｒを車両の表示光路Ｌに向かわせることができる。

以上説明した車両用表示ユニット１０によれば、バックライト１２から表示器１１に向かう光の向きを規制するフレネルレンズ（光線規制部材）１５は、車両において予め定められた車両用表示ユニット１０から車両の投射エリアＰまでの表示光路Ｌに、表示器１１を透過した出射光線Ｒが向かうように、指向性調整部材１６によってフレネルレンズ１５を表示器１１とバックライト１２との間に位置付けて出射光線Ｒの指向性を調整するようにしたことから、投射エリアＰまでの表示光路Ｌが車両の種類によって異なっても指向性調整部材１６または指向性調整部材１６とフレネルレンズ１５を変更するだけで対応することができるため、出射光線Ｒの指向特性を調整することができる。また、光線規制部材１６がバックライト１２から表示器１１に向かう光の向きを規制するので、出射光線Ｒの視角域を所定の領域に設定することができ且つ高輝度を維持することができる。よって、バックライト１２の構成部品等を車両の種類に応じて新規設計、製造する必要がなくなり、表示品位を維持し且つ複数種類の車両に搭載することができるため、簡単な構成で車両用表示ユニット１０の共通化を図ることができる。

また、バックライト１２からの光を広角で表示器１１に向けて透過するレンズアレイ１３を表示器１１とバックライト１２の間に介在させ、そして、指向性調整部材１６が表示器１１とレンズアレイ１３の間にフレネルレンズ１５を位置付けるようにしたことから、バックライト１２からの光を表示器１１に向けてより広角に出射し且つフレネルレンズ１５によって指向特性を調整できるため、表示器１１から出射する出射光線Ｒの視角域を所定の領域に設定することができる。

なお、上述した本最良の形態では、請求項中の光線規制部材をフレネルレンズ１５としたことから、表示光路Ｌと出射光線Ｒのズレに対応した特性を有する既存のフレネルレンズの全体又は一部を用いることができるため、より簡単に車両の種類に対応することができる。また、フレネルレンズのパラメータ（曲率、コーニック定数、多項式非球面係数等）を調整することにより、出射光線の視角域を所定の設定とすることができるため、出射光線の指向特性をより一層正確に調整することができる。しかしながら、本発明はこれに限定するものではなく、光線規制部材に例えば非球面レンズ等の各種レンズを用いることができる。

なお、前述した実施例は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の車両用表示ユニットを適用したヘッドアップディスプレイ装置の概略構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の車両用表示ユニットの構成を説明するための断面模式図である。 図２中のフレネルレンズに対する光線の追跡例を示す図である。 フレネルレンズと指向性調整部材の関係を説明するための図である。 車両の表示光路と車両用表示ユニットの出射光線と関係を説明するための図である。

符号の説明

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ インストルメントパネル（インパネ）
３ ウインドシールド
１０ 車両用表示ユニット
１１ 表示器
１２ バックライト
１３ レンズアレイ
１４ 拡散板
１５ 光線規制部材（フレネルレンズ）
１６ 指向性調整部材
Ｅ アイポイント
Ｌ 表示光路
Ｐ 投射エリア
Ｒ 出射光線
Ｓ 虚像

Claims (3)

1. 表示器と、前記表示器の背面側に設けられて前記表示器を発光させるための光を発するバックライトと、を有し、車両に搭載され且つ前記表示器を透過した前記バックライトからの出射光線を前記車両の投射エリアに投射した虚像と、前記車両のアイポイントから前記投射エリアを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させる車両用表示ユニットにおいて、
   前記表示器と前記バックライトとの間に介在し且つ前記バックライトから前記表示器に向かう光の向きを規制する光線規制部材と、
   前記車両において予め定められた前記車両用表示ユニットから前記投射エリアまでの表示光路に、前記表示器を透過した出射光線が向かうように、前記光線規制部材を前記表示器と前記バックライトとの間に位置付けて前記出射光線の指向性を調整する指向性調整部材と、
   を有することを特徴とする車両用表示ユニット。
2. 前記表示器と前記バックライトとの間に介在し且つ前記バックライトからの光を広角で前記表示器に向けて透過するレンズアレイを有し、
   前記光線規制部材が、前記表示器と前記レンズアレイの間又は前記レンズアレイと前記バックライトの間に前記指向性調整部材によって位置付けられることを特徴とする請求項１に記載の車両用表示ユニット。
3. 前記光線規制部材は、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用表示ユニット。

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