JP2008195194A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウインドシールドに表示源からの表示光を投射するに当たり、車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる車両用表示装置を提供する。
【解決手段】車両のインストルメントパネル２内に設けられた表示源１１を有し、前記表示源１１に表示された画像の表示光Ｌが前記インストルメントパネル２の開口部２１から前記車両のウインドシールド３の投射エリアＥ上に投射された前記画像の虚像Ｓと、前記車両のアイポイントＥＰから前記ウインドシールド３を透して視認される前記車両の前景とを重畳視認させる車両用表示装置１０において、前記表示源１１と前記開口部２１との間の光路上に介在し且つ前記投射エリアＥの予め定められた投射位置Ｐ１に向けて前記表示光Ｌを屈折させる形状に形成されたプリズム１３を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のウインドシールドの投射エリアに、表示源に表示された画像を反射ミラーによって反射させて、前記投射エリアに投射される前記画像の虚像と車両のアイポイントからウインドシールドを通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装置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、より視認性を向上させるために、ウインドシールドに虚像表示させ、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の車両用表示装置が採用されている（特許文献１〜６等参照）。

図４において、車両用表示装置１０は、その装置本体１０ａ内に表示源１１と反射部材１２とを収容してユニット化されている。そして、車両用表示装置１０は、運転者のアイポイントＥＰの位置や虚像Ｓの表示位置（距離）及び、ウインドシールド３の車両に対する取り付け位置や角度などの条件により、車両用表示装置１０の最適な配置が定められる。

しかしながら、車両においてはボディ、ダクト、補強部材などにより車両用表示装置１０の周辺のスペースに余裕がない場合があり、前記最適な配置に設置しようとすると、図４に示すように装置本体１０ａの一部がボディ（特にカウル）４に干渉してしまい、物理的に配置することが困難な場合があった。

そのような場合、図５（ａ）に示すように、必然的に装置本体１０ａを図中の矢印Ｘで示す車両の後方など車両のスペースに余裕がある場所に移動させれば良いが、反射部材１２から反射された表示源１１からの表示光が本来のウインドシールド３における反射ポイントＰ１からずれてしまうため、虚像Ｓは最適な表示位置Ｐ１０から表示位置Ｐ１１にズレ量ΔＰでずれてしまう。そして、このズレ量ΔＰが大きいと、アイポイントＥＰから視認できなくなるため、そのような位置に装置本体１０ａを配置することはできない。

また、図５（ｂ）に示すように、装置本体１０ａを光軸Ａに沿って車両上方Ｙへ移動させると、表示光が本来のウインドシールド３における反射ポイントＰ１からずれるという問題を解消することはできるが、車両条件によっては前方視界を妨げる畏れがあるという新たな問題が生じていた。そして、このような問題を解消するために、反射部材１２で反射した光を反射ポイントＰ１に向けて調整するプリズム等を車両用表示装置に設けると、太陽光等の外光がプリズムで反射してウインドシールドに移ってしまうという新たな問題が生じてしまう。

また、特許文献３，６等に示すＨＵＤ装置では、ウインドシールドではなく、コンバイナで表示光をアイポイントに向けて反射するようにしているため、装置の配置によって反射ポイントからずれるという問題は発生しない。しかしながら、このＨＵＤ装置については、コンバイナを配置する位置が限られてくるため、ＨＵＤ装置の取り付け位置も変更することができないことから、車両の取り付け制約条件によっては最悪な場合、車両に搭載することができないという問題が発生する。
特開平２−１６４６２１号公報 特開平３−２０９２１０号公報 特開平８−８５３６３号公報 特開２０００−１８７１８１号公報 特開２００４−２１９８５９号公報 特開２００５−１５６６７８号公報

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、ウインドシールドに表示源からの表示光を投射するに当たり、車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる車両用表示装置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記載の車両用表示装置は、車両のインストルメントパネル２内に設けられた表示源と、前記表示源に表示された画像の表示光を前記車両の上方へ向けて反射させる反射部材と、前記反射部材からの表示光を車両後方側へ屈折させるためのプリズムと、を有し、前記プリズムからの表示光を前記車両のウインドシールドの投射エリア上に投射された前記画像の虚像と、前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景とを重畳視認させる車両用表示装置において、前記プリズムの前方対向位置に設けられた遮光壁を有し、前記プリズムは、その上面及び下面で反射した外光が前記遮光壁に向かうように、車両後方に向かって上方に傾斜した形状に形成されていることを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明の車両用表示装置によれば、プリズムはウインドシールドにおける投射エリアの予め定められた投射位置に向けて表示源からの表示光を屈折させることができる。つまり、プリズムを表示源のインストルメントパネルに対する相対位置に対応した形状に形成することで、車両の取り付け制約条件に応じて車両用表示装置の取り付け位置を変更することができる。また、プリズムは、外光をその上面及び下面で遮光壁に向かうように外光を反射させることができる。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１に記載の車両用表示装置において、前記インストルメントパネル内に設けられ且つ前記表示源からの表示光を前記投射エリアに向けて反射する反射部材を有し、前記プリズムは、前記反射部材と前記開口部との間の光路上に介在し且つ前記表示光を前記投射位置に向けて屈折させる形状に形成されていることを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明の車両用表示装置によれば、反射部材で反射した表示光を、インストルメントパネルの開口部と反射部材との間の光路上に設けられたプリズムによって投射エリアの予め定められた投射位置に屈折させることができる。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の車両用表示装置において、前記プリズムは、前記開口部を塞ぐように設けられたことを特徴とする。

上記請求項３に記載した本発明の車両用表示装置によれば、プリズムによってインストルメントパネルの開口部を塞ぐことから、インストルメントパネル内及び車両用表示装置内に塵等の侵入を防止することができる。

上記課題を解決するためになされた請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用表示装置において、前記プリズムは、前記ウインドシールドを透過した外光が前記アイポイントから外れる方向に反射するように形成された外光反射面を有することを特徴とする。

上記請求項４に記載した本発明の車両用表示装置によれば、ウインドシールドを透過した外光は、プリズムの外面でアイポイントから外れる方向に反射されるので、外光がアイポイントに向かって反射することを確実に防止することができる。

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装置によれば、表示源からの表示光をウインドシールドにおける投射エリアの予め定められた投射位置に向けて屈折させるプリズムを、表示源とインストルメントパネルの開口部との間の光路上に設けるようにしたことから、プリズムを表示源のインストルメントパネルに対する相対位置に対応した形状に形成することで、車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる。また、プリズムの上面と下面で反射、屈折した外光を車両前方側に反射するため、遮光壁を高くしなくても遮光できる。つまり、車両用表示装置をインストルメントパネル内等における車両後方側へ移動させることができるため、プリズムを有する車両用表示装置であっても、太陽光等の外光がプリズムで反射してウインドシールドに移ってしまうことを防止できる。さらに、車両用表示装置を車両後方寄りに移動して配置できるため、設計の自由度及び車両への搭載性を向上させることができる。よって、インストルメントパネルの形状が異なる複数種類の車両に車両用表示装置を容易に搭載することができる。

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、反射部材で反射した表示光を、インストルメントパネルの開口部と反射部材との間の光路上に設けられたプリズムによって投射エリアの予め定められた投射位置に屈折させるようにしたことから、反射部材を有する車両用表示装置を車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる。

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、プリズムによってインストルメントパネルの開口部を塞ぐようにしたことから、従来の表ガラス等を用いる必要がなくなり且つ車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の発明の効果に加え、ウインドシールドを透過した外光を、プリズムでアイポイントから外れる方向に反射するように形成したことから、外光によるゴースト像の発生も防止することができるため、運転者の眩惑をより確実に防止することができる。

以下、本発明に係る投射型の車両用表示装置の一実施の形態を、図１〜図３の図面を参照して説明する。なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１において、車両用表示装置１０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内に設けられている。車両用表示装置１０は、表示源１１と、反射部材１２と、プリズム１３と、遮光壁２３と、を有しており、それらは図示しない収容ケース等に収容されている。

表示源１１は、自発光デバイス（例えば、ＦＥ〔フィールドエミッション〕ディスプレイ、蛍光表示管、ＥＬ〔エレクトロルミネッセンス〕ディスプレイ等）や、バックライト付きの液晶ディスプレイ等の表示デバイスが用いられる。

反射部材１２は、反射ミラー、拡大ミラー等が用いられ、表示源１１に表示された画像の表示光Ｌを、車両の上方へ向けて反射させることで、ウインドシールド３の投射エリアＥに向けて反射する。このように、表示源１１と反射部材１２とは、前記収容ケース内で対向するように配置されている。反射部材１２は、運転者のアイポイントＥＰが移動しても虚像Ｓの視認が可能な範囲を示すアイレンジＥＲ内の任意のポイントに向けて表示源１１が表示する画像の表示光Ｌを反射する反射角度の調整が可能なように、図示しない規制部材等によって予め定められた回動範囲内にて回動可能に軸支されている。

なお、本最良の形態では、説明を簡単化するために、１つの反射部材１２を設け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、複数の反射部材１２を設けて表示光Ｌを複数回反射させる、反射部材１２を用いずに表示光Ｌをウインドシールド３に直接投射するなど種々異なる実施形態とすることができる。

実施例１のプリズム１３は、その上面１３ａ及び下面１３ｂで反射した太陽光、街灯の光等の外光が遮光壁２３に向かうように、車両後方に向かって上方に傾斜した形状に形成されている。プリズム１３は、表示源１１とインパネ２の開口部２１との間の光路Ｌ上に介在し且つインパネ２の開口部２１を塞ぐ透光性の表ガラス２２と対向するように設けられている。プリズム１３と表ガラス２２の配置は、上面１３ａと表ガラス２２との間で光が反射を繰り返してアイポイントＥＰに向かい、視認性を悪化させない配置とする。そして、プリズム１３は、透過する表示光Ｌを投射エリアＥの予め定められた投射位置Ｐ１に向けて屈折させるように、表示源１１のインパネ２内における取付位置に対応して、後方の厚さが前方の厚さよりも厚くなるようにテーパを持たせた略楔状のプリズムとして形成されている。

なお、実施例１では、プリズム１３を開口２１と反射部材１２との間に介在させているが、本発明はこれに限定するものではなく、プリズム１３で表示光Ｌが屈折することを考慮して図１に示す表示源１１と反射部材１２との配置を変更して、その間に介在させる実施形態とすることもできる。

プリズム１３は、表示光Ｌを投射位置Ｐ１に向かって屈折する。具体的には、プリズム１３から出射される出射光の方向が、プリズム１３へ入射される入射光の入射方向よりも車両後方側へ向かうように屈折させる。これにより、車両における本来の虚像位置であるＡ点から車両後方側に位置するＡ’点まで移動させることを可能としている。つまり、車種等によるインパネ２の形状の差を吸収することから、インパネ２内の利用者寄り等の最適な位置に車両用表示装置１０を配置することができるため、様々な車種の車両に共通の車両用表示装置１０を搭載することができる。

ここで、プリズム１３の設計方法の一例を図２の図面を参照して説明する。なお、プリズム１３は、上面１３ａと下面１３ｂの交叉角度がなす角θ、屈折率ｎ₂となっている。そして、プリズム１３の周囲は屈折率ｎ₁となっている。

まず、角度αでプリズム１３に入射した光Ｌ１は、その上面１３ａとの法線Ｖ１と屈折した光とのなす角βでプリズム１３内を直進する。その関係式はスネルの法則により、ｎ₁＊ｓｉｎ（９０−α）＝ｎ₂＊ｓｉｎβとなり、式１で表すことができる。
β＝ｓｉｎ^-1｛ｎ₁＊ｓｉｎ（９０−α）／ｎ₂｝ ・・・式１

また、プリズム１３内をなす角βで直進する光は、プリズム１３の下面１３ｂに角度φで入射し、プリズム１３の下面１３ｂとの法線Ｖ２となす角ωで屈折する。その際の関係式はスネルの法則により、ｎ₂＊ｓｉｎ（９０−φ）＝ｎ₁＊ｓｉｎωとなり、式２で表すことができる。
ω＝ｓｉｎ^-1｛ｎ₂＊ｓｉｎ（β−θ）／ｎ₁｝ ・・・式２

それらの式１，式２の関係式により、角度αでプリズム１３に入射し直進した光線Ｌ２と、プリズム１３によって屈折して出射された光Ｌ３とのなす角γの関係式は式３で表すことができる。
γ＝（９０−α−β）＋（β−θ−ω）
＝９０−α−θ−ｓｉｎ^-1｛ｎ₂＊ｓｉｎ（β−θ）／ｎ₁｝ ・・・式３
なお、式３のβの値は式１で置き換えることが可能である。

このように得られた式１〜３の関係式、インパネ２内における車両用表示装置１０の取り付け可能位置により、光Ｌ１が投射エリアＥの投射位置Ｐ１に向かい且つ屈折して出射された光Ｌ３が反射部材１２上の反射位置Ｐ２に向かうように、プリズム１３の形状、大きさ、材質（屈折率ｎ₂）等が設計される。

また、遮光壁２３は、プラスチック又はメタルのフレーム等として形成されており、インパネ２の開口部２１から連なるように、若しくは、ベゼルの一部として、プリズム１３の前方対向位置に設けられている。遮光壁２３は、その表面が黒色等になっており、外光Ｆの反射を防止している。そして、インパネ２の開口部２１は、表ガラス２２と遮光壁２３とによって塞がれる構成となっている。

次に、上述した構成の車両用表示装置１０における本発明の表示光Ｌの投射に関する動作（作用）の一例を、図１，２の図面を参照して以下に説明する。

車両用表示装置１０において、表示源１１に表示された画像の表示光Ｌは、反射部材１２で反射されてプリズム１３に向かう。そして、表示光Ｌは、図２に示すように、プリズム１３になす角γで入射すると、角度φで屈折し、プリズム１３の上面１３ａにおける法線Ｖ１に対してなす角βで入射すると、その法線Ｖ１に対して角度αで屈折して出射する。つまり、表示光Ｌは、図１に示すように、ウインドシールド３の投射エリアＥで定められた投射ポイントＰ１に向かい、そこで反射してアイポイントＥＰに向かうことになる。

以上説明した車両用表示装置１０によれば、表示源１１からの表示光Ｌをウインドシールド３における投射エリアＥの予め定められた投射位置Ｐ１に向けて屈折させるプリズム１３を、表示源１１とインストルメントパネル２の開口部２１との間の光路上に設けるようにしたことから、プリズム１３を表示源１１のインストルメントパネル２に対する相対位置に対応した形状に形成することで、車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる。また、プリズム１３の上面１３ａと下面１３ｂで反射、屈折した外光を車両前方側に反射するため、遮光壁２３を高くしなくても遮光できる。つまり、車両用表示装置１０をインストルメントパネル２内における車両後方側へ移動させることができるため、プリズム１３を有する車両用表示装置１０であっても、太陽光等の外光がプリズム１３で反射してウインドシールドに移ってしまうことを防止できる。よって、インストルメントパネル２の形状が異なる複数種類の車両に車両用表示装置１０を容易に搭載することができる。また、プリズム１３からの出射光Ｌ３が入射光Ｌ１に対して車両後方側へ屈折するため、装置本体をインストルメントパネル２内の後方寄りに設置することができ、装置本体のボディ（例えば、カウル等）との干渉や装置本体が上方に配置されることによる前方視界の悪化を招くこともない。

次に、上述した実施例１では、インストルメントパネル２の開口部２１を表ガラス２２で塞ぐ場合について説明したが、本発明のプリズム１３を前記表ガラス２２として機能させる場合の一例を以下に説明する。なお、実施例１の車両用表示装置１０のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

車両用表示装置１０は、図３に示すように、表示源１１と、反射部材１２と、プリズム１３と、遮光壁２３と、を有している。そして、プリズム１３は、インパネ２の開口部２１と略同一の形状に形成されており、開口部２１を塞いで内部への異物等の進入を阻止している。よって、実施例２の車両用表示装置１０は、実施例１の表ガラス２２を不要とした構成になっている。

プリズム１３の断面形状は、実施例１と同様に、透過する表示光Ｌを投射エリアＥの予め定められた投射位置Ｐ１に向けて屈折させるように、表示源１１のインパネ２内における取付位置に対応し、後方の厚さが前方の厚さよりも厚くなるようにテーパを持たせた略楔状で、且つ、上面１３ｃと下面１３ｂが車両後方に向かって上方に傾斜した凹形状に形成されている。

さらに、その上面１３ｃは、ウインドシールド３を透過した外光ＦをアイポイントＥＰから外れる方向（図３中の左側）に反射する。また、上面１３ｃから内部に入射した外光Ｆが内部反射して上面１３ｃから出射する場合も、遮光壁２３に向かう形状にプリズム１３は形成されている。つまり、プリズム１３は、インパネ２内の遮光壁２３に向けて外光Ｆを集光させる曲面状の上面１３ｃが外光反射面として機能している。そして、遮光壁２３は、その表面が黒色等になっており、外光Ｆの反射を防止している。

このようにプリズム１３を、その表面１１ｃで反射した外光Ｆが遮光壁２３に集光する曲面となるように形成すれば、外光Ｆによるゴースト像の発生を防止することができるため、運転者の眩惑を確実に防止することができる。

また、ウインドシールド３の形状によって虚像Ｓの表示の歪みや縮みが発生して視認性を低下させる場合は、プリズム１３の形状を非球面化させることで、それらの問題を解消することができる。

次に、上述した構成の車両用表示装置１０における本発明の表示光Ｌの投射に関する動作（作用）の一例を、図３の図面を参照して以下に説明する。

車両用表示装置１０において、表示源１１に表示された画像の表示光Ｌは、反射部材１２で反射されてプリズム１３に向かう。そして、表示光Ｌは、プリズム１３になす角γで入射すると、上述した角度φで屈折するため、プリズム１３から出射される出射光の方向が、プリズム１３へ入射される入射光の入射方向よりも車両後方側へ向かうように屈折することになる。その結果、表示光Ｌはプリズム１３の表面１３ａからウインドシールド３の投射エリアＥで定められた投射ポイントＰ１に向かって出射し、その投射ポイントＰ１で反射してアイポイントＥＰに向かうことになる。

また、ウインドシールド３を透過した外光Ｆの一部は、プリズム１３の上面１３ｃによって反射して車両前方側の遮光壁２３へ向かうと共に、プリズム１３内に入射した外光Ｆは、下面１３ｂで内部反射し、内部反射された光を上面１３ｃで車両前方側へ屈折させて遮光壁２３に向かって出射される。このように外光ＦがアイポイントＥＰに向かうことを防止している。

以上説明した車両用表示装置１０によれば、表示源１１からの表示光Ｌをウインドシールド３における投射エリアＥの予め定められた投射位置Ｐ１に向けて屈折させるプリズム１３を、インストルメントパネル２の開口部２１を塞ぐように光路上に設けるようにしたことから、プリズム１３を表示源１１のインストルメントパネル２に対する相対位置に対応した形状に形成することで、車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる。よって、インストルメントパネル２の形状が異なる複数種類の車両に車両用表示装置１０を容易に搭載することができる。また、実施例１と同様に、プリズム１３からの出射光Ｌ３が入射光Ｌ１に対して車両後方側へ屈折するため、装置本体をインストルメントパネル２内の後方寄りに設置することができ、装置本体のボディ（例えば、カウル等）との干渉や装置本体が上方に配置されることによる前方視界の悪化を招くこともない。

また、プリズム１３によってインストルメントパネル２の開口部２１を塞ぐようにしたことから、実施例１中の表ガラス２２等を用いる必要がなくなり且つ車両の取り付け制約条件に応じて装置本体の取り付け位置を変更することができる。

さらに、ウインドシールド３を透過した外光Ｆを、プリズム１３でアイポイントＥＰから外れる方向に反射するように形成したことから、外光Ｆによるゴースト像の発生も防止することができるため、運転者の眩惑をより確実に防止することができる。

なお、上述した本最良の形態では、車両用表示装置１０がウインドシールド３上の投射エリアＥに表示光Ｌを直接投射する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、コンバイナ等の投射部材に投射する車両用表示装置１０に適用しても、上述した作用効果を得ることができる。

また、上述した本最良の形態では、車両用表示装置１０が反射部材１２を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、構成から反射部材１２を削除し、そして、表示源１１の表示光Ｌをプリズム１３に直接入射させる構成とすることもできる。

このように上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。

本発明の実施例１に係る車両用表示装置の概略構成を示す構成図である。 図１中のプリズムの設計方法の一例を説明するための図である。 本発明の実施例２に係る車両用表示装置の概略構成を示す構成図である。 従来の車両用表示装置の概略構成の一例を示す構成図である。 従来の車両用表示装置における問題点を説明するための図であり、（ａ）は反射ポイントのズレ、（ｂ）は前方視界の妨げをそれぞれ示している。

符号の説明

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 車両用表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
１１ 表示源
１２ 反射部材
１３ プリズム
２１ 開口部
２２ 表ガラス
Ｅ 投射エリア
ＥＰ アイポイント
ＥＲ アイレンジ
Ｌ 表示光
Ｐ１ 反射ポイント
Ｓ 虚像

Claims (4)

1. 車両のインストルメントパネル内に設けられた表示源と、前記表示源に表示された画像の表示光を前記車両の上方へ向けて反射させる反射部材と、前記反射部材からの表示光を車両後方側へ屈折させるためのプリズムと、を有し、前記プリズムからの表示光を前記車両のウインドシールドの投射エリア上に投射された前記画像の虚像と、前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景とを重畳視認させる車両用表示装置において、
   前記プリズムの前方対向位置に設けられた遮光壁を有し、
   前記プリズムは、その上面及び下面で反射した外光が前記遮光壁に向かうように、車両後方に向かって上方に傾斜した形状に形成されていることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記インストルメントパネル内に設けられ且つ前記表示源からの表示光を前記投射エリアに向けて反射する反射部材を有し、
   前記プリズムは、前記反射部材と前記開口部との間の光路上に介在し且つ前記表示光を前記投射位置に向けて屈折させる形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記プリズムは、前記開口部を塞ぐように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用表示装置。
4. 前記プリズムは、前記ウインドシールドを透過した外光が前記アイポイントから外れる方向に反射するように形成された外光反射面を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の車両用表示装置。

Images