JP2018180291A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画像の歪みを低減することができる車両用表示装置を提供する。【解決手段】車両用表示装置１Ａは、車両１００のドライバ２００に視認させる表示画像に対応する表示光１１を出射する画像表示デバイス３と、表示光１１を反射して車両１００のウインドシールド１０１の反射部１０２に表示画像を投影する反射ミラー７と、画像表示デバイス３と反射ミラー７との間の光路に配置され、かつ、表示光１１の一部を光路に沿って導光する導光路６１が光路と直交する方向に複数配列されて成る導光体５とを備える。導光体５は、導光された表示光１１を出射する導光体出射面５ｂを有し、導光体出射面５ｂは、反射ミラー７側に向けて凸状に形成された曲面である。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置等の車両用表示装置では、自由曲面形状を有するウインドシールドや光学系により発生する収差を主な要因として、表示画像に歪みが生じる場合がある。この表示画像の歪みを補正する方法として、例えば、特許文献１〜３に記載された技術が提案されている。

特許文献１では、凸面状に形成された結像面を有するスクリーンにより、収差に起因する虚像の三次元的な歪みを低減するヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。

特許文献２では、平凸形状のシリンドリカルレンズを表示器と凹面鏡との間の光路に配置して、凹面鏡によって生じる収差を低減する画像表示装置が開示されている。

特許文献３では、薄板状で可撓性を有するフレキシブル表示デバイスを、湾曲させた状態で利用する車両用投影表示装置が開示されている。

特許第５３７０４２７号公報 特開２０１０−２２４０１６号公報 特開２０１５−２３０３２９号公報

近年、車載システムの進化により運転中に必要な情報が増加し、当該情報をより多く、同時に表示する必要性があることから、車両用表示装置に対して表示画面の大画面化が求められているが、表示画面の大型化に伴って表示画像の歪みが大きくなる傾向があり、改善の余地がある。

本発明は、表示画像の歪みを低減することができる車両用表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、車両のドライバに視認させる表示画像に対応する表示光を出射する画像表示デバイスと、前記表示光を反射して前記車両のウインドシールドの反射部に前記表示画像を投影する反射ミラーと、前記画像表示デバイスと前記反射ミラーとの間の光路に配置され、かつ、前記表示光の一部を前記光路に沿って導光する導光路が前記光路と直交する方向に複数配列されて成る導光体と、を備え、前記導光体は、導光された前記表示光を出射する出射面を有し、前記出射面は、前記反射ミラー側に向けて凸状に形成された曲面であることを特徴とする。

上記車両用表示装置において、前記出射面は、前記画像表示デバイスに表示される表示画像と、表示画像とが一致するように形成された凸状曲面であることが好ましい。

上記車両用表示装置において、前記導光体は、複数の透明な柱状部材を前記光路と直交する方向に互い密着させて形成されることが好ましい。

上記車両用表示装置において、前記反射ミラーは、凹状に形成された曲面を有する球面ミラーを含むことが好ましい。

本発明に係る車両用表示装置によれば、表示画像の歪みを低減することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両用表示装置の配置例を示す図である。 図２は、実施形態に係る表示ユニットの概略構成を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る導光体の概略構成を示す部分斜視図である。 図４は、実施形態に係る画像表示デバイスの概略構成を示す斜視図である。 図５は、実施形態に係る表示ユニットの概略構成を示す斜視図である。 図６は、実施形態の変形例に係る車両用表示装置の配置例を示す図である。

以下に、本発明に係る車両用表示装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

［実施形態］
図１は、実施形態に係る車両用表示装置の配置例を示す図である。図２は、実施形態に係る表示ユニットの概略構成を示す斜視図である。図３は、実施形態に係る導光体の概略構成を示す部分斜視図である。図４は、実施形態に係る画像表示デバイスの概略構成を示す斜視図である。図５は、実施形態に係る表示ユニットの概略構成を示す斜視図である。図６は、実施形態の変形例に係る車両用表示装置の配置例を示す図である。なお、図１および図６は、車両用表示装置を搭載した車両を側方側から視た場合の各要素の位置関係を示す図である。図３は、図２におけるＡ部の拡大図であり、導光体の構成を示す部分透視図である。図４は、表示画像の表示状態にある画像表示デバイスを示す図である。図５は、表示画像の表示状態にある表示ユニットを示す図である。

実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、図１に示すように、例えば、自動車等の車両１００に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置である。車両用表示装置１Ａは、車両１００のダッシュボード（不図示）の内側に配置され、車両１００のウインドシールド１０１に表示画像を投影する。車両用表示装置１Ａは、ウインドシールド１０１の反射部１０２に表示画像を投影して、車両１００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０を表示する。反射部１０２は、アイポイント２０１の前方のウインドシールド１０１上に位置する。反射部１０２は、半透過性を有し、車両用表示装置１Ａから入射する表示光をアイポイント２０１に向けて反射する。アイポイント２０１は、運転席（不図示）に着座したドライバ（運転者）２００の視点位置として予め定められた位置である。ドライバ２００は、ウインドシールド１０１によって反射された画像を虚像１１０として認識する。虚像１１０は、ドライバ２００にとって、ウインドシールド１０１よりも前方に認識される。車両用表示装置１Ａは、表示ユニット２と、反射ミラー７と、筐体９とを含んで構成される。

表示ユニット２は、車両に関する種々の情報を表示するものである。車両に関する種々の情報には、ドライバ２００の運転を支援するための情報が含まれる。表示ユニット２は車両用表示装置１Ａの外気に触れるように筐体９に収容されている。表示ユニット２は、車両１００のドライバ２００に視認させる表示画像に対応する表示光１１を出射する。表示ユニット２は、画像表示デバイス３と、導光体５とで構成される。

画像表示デバイス３は、車両１００のドライバ２００に視認させる表示画像に対応する表示光１１を出射する。画像表示デバイス３は、例えば、表示器、拡散シート、レンズアレイ、ＬＥＤ、バックライト、基板、およびヒートシンクを含んで構成される。表示器は、例えば、透過型または半透過型のＴＦＴ液晶（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等から成る。表示器は、車両１００に搭載された制御部（不図示）からの制御指示に応じて数字や文字、図形等を含む表示画像を表示する。拡散シートは、薄板状に形成されており、表示器とレンズアレイとの間に配置される。拡散シートは、レンズアレイから入射した光を表示器に向けて拡散して出射する。レンズアレイは、例えばマイクロレンズアレイであり、略半球状のレンズが面状に複数個配列された光学素子である。レンズアレイは、各レンズの凸部が表示器に向かって突出し、その反対側の平面がＬＥＤと対向するように配置されている。レンズアレイの各レンズは、ＬＥＤから入射した光を表示器に向けて出射する。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は光源である。複数のＬＥＤは、基板の表面側（表示器側）に実装されている。バックライトは、上述したＬＥＤ、レンズアレイ、および拡散シートによって構成され、表示器を背面側から照明する。ヒートシンクは、放熱部材であり、基板と一体的に構成され、車両用表示装置１Ａの外部の外気と接するように配置されている。ヒートシンクは、基板の裏面側に積層されており、当該基板に蓄積される熱を車両用表示装置１Ａの外部に放出する。

画像表示デバイス３は、図４に示すように、直方体形状を有する筐体３ａと、筐体３ａの一つの面に設けられた表示画面３ｂとを備える。筐体３ａは、表示器等の画像表示デバイス３を構成する種々の部品が組み付けられ、これらを収容するケースを構成するものである。筐体３ａは、絶縁性の樹脂材料等により構成される。本実施形態における筐体３ａは、直方体形状を有する。表示画面３ｂは、画像表示デバイス３内の表示器の表示画面である。表示画面３ｂには、例えば、画像表示デバイス３により表示画像３５が表示される。なお、表示画像３５は、図示例では四角枠で表されているが、これに限定されるものではない。

導光体５は、画像表示デバイス３と反射ミラー７との間の光路に配置され、画像表示デバイス３から出射された表示光１１を反射ミラー７に向けて導光するものである。導光体５は、図２および図３に示すように、画像表示デバイス３から出射された表示光１１を入射する導光体入射面５ａと、導光された表示光１１を出射する導光体出射面５ｂとを有する。導光体入射面５ａは、画像表示デバイス３の表示画面３ｂと対向する位置に形成された平面である。一方、導光体出射面５ｂは、反射ミラー７側に向けて凸状に形成された曲面である。本実施形態における導光体出射面５ｂは、画像表示デバイス３に表示される表示画像３５と、反射ミラー７を介してウインドシールド１０１の反射部１０２で反射され結像した虚像１１０の表示画像とが一致するように形成された凸状曲面である。凸状曲面は、例えば、かまぼこ形状の曲面、球面、自由曲面を含む非球面等が含まれる。

導光体５は、複数の透明な柱状部材５１を光路と直交する方向に互い密着させて形成されるものである。各柱状部材５１は、例えば、グラスファイバ、繊維状の合成樹脂等から成る。各柱状部材５１は、柱状部材入射面５１ａと、柱状部材出射面５１ｂとを有する。柱状部材入射面５１ａおよび柱状部材出射面５１ｂは、それぞれが六角形に近似する略円形状を有する。複数の柱状部材入射面５１ａは、導光体入射面５ａを構成する。導光体入射面５ａは、平面であることから、各柱状部材入射面５１ａは、各柱状部材５１の側面と直交する。一方、複数の柱状部材出射面５１ｂは、導光体出射面５ｂを構成する。導光体出射面５ｂは、凸状に形成された曲面であることから、各柱状部材出射面５１ｂは、各柱状部材５１の側面と必ずしも直交しない。すなわち、複数の柱状部材出射面５１ｂのうち大部分は、各柱状部材入射面５１ａに対して傾斜している。複数の柱状部材出射面５１ｂのうち、凸状曲面を形成する導光体出射面５ｂの頂点部分については、柱状部材５１の側面と略直交する。柱状部材出射面５１ｂの傾斜角度は、導光体出射面５ｂ上における位置に応じて異なる。各柱状部材入射面５１ａから入射した表示光１１の一部は、各柱状部材５１の内部を全反射によってエネルギーを減らすことなく通過し、各柱状部材出射面５１ｂから出射する。つまり、導光体５は、表示光１１の一部を光路に沿って導光する導光路６１が光路と直交する方向に複数配列されて成るものである。

反射ミラー７は、筐体９の内部において、表示ユニット２と略対向する位置に配置されている。反射ミラー７は、例えば、凹状に形成された曲面を有する球面ミラーであり、凹状かつ球面状に形成された合成樹脂の部材の表面に、蒸着等により反射膜を形成したものである。反射ミラー７は、表示光１１を反射して車両１００のウインドシールド１０１の反射部１０２に表示画像を投影する。なお、反射ミラー７は、拡大鏡としての機能を有し、表示ユニット２に表示された表示画像を拡大してウインドシールド１０１の反射部１０２へ投影する。すなわち、ドライバ２００が視認する虚像１１０は、表示ユニット２に表示された表示画像５５が拡大された像が含まれる。

筐体９は、表示ユニット２、反射ミラー７等の車両用表示装置１Ａを構成する種々の部品が組み付けられ、これらを収容するケースを構成するものである。筐体９は、絶縁性の樹脂材料等によって構成される。筐体９は、ウインドシールド１０１に向かう面に透明カバー９ａを有する。反射ミラー７により反射された表示光１１は、透明カバー９ａを介してウインドシールド１０１の反射部１０２に照射される。

上記構成を有する車両用表示装置１Ａは、表示光１１の一部を光路に沿って導光する導光路６１が光路と直交する方向に複数配列されて成る導光体５を有し、導光体５が、画像表示デバイス３と反射ミラー７との間の光路に配置されているので、画像表示デバイス３の表示画面３ｂに結像される表示画像３５が、表示画像５５として導光体５の導光体出射面５ｂに結像される。導光体５に平凸レンズを使用した場合には表示光１１が拡散してしまうが、画像表示デバイス３から出射した表示光１１の一部が柱状部材入射面５１ａから入射し、導光路６１に沿って全反射を繰り返しながら柱状部材出射面５１ｂから出射する。複数の柱状部材出射面５１ｂで構成される導光体出射面５ｂが凸状に形成された曲面であるので、車両用表示装置１Ａの光学系で生じる像面湾曲を導光体出射面５ｂで補正することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、画像表示デバイス３と反射ミラー７との間の光路に配置され、かつ、表示光１１の一部を光路に沿って導光する導光路６１が光路と直交する方向に複数配列されて成る導光体５を備える。導光体５が、導光された表示光１１を出射する導光体出射面５ｂを有し、導光体出射面５ｂが、反射ミラー７側に向けて凸状に形成された曲面である。これにより、自由曲面形状を有するウインドシールド１０１や光学系に起因して生じる像面湾曲を導光体５で補正することが可能となるので、表示画像の歪みを低減することができ、表示品位が向上する。また、導光体出射面５ｂが凸状に形成された曲面であるので、反射ミラー７による表示画像の歪み補正分担を軽減することができる。また、画像表示デバイス３に表示される表示画像３５を拡大することが可能となるので、表示画像の拡大率を上げることができ、表示画面の大型化に対応することが可能となる。

また、本実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、導光体出射面５ｂが、画像表示デバイス３に表示される表示画像３５と、反射部１０２で反射され結像した虚像１１０の表示画像とが一致するように形成された凸状曲面である。例えば、複数の柱状部材出射面５１ｂと反射ミラー７との間の複数の光路の光路長（例えばＬ１，Ｌ２）が略等しく（Ｌ１≒Ｌ２）なることが好ましい。

また、本実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、導光体５が、複数の透明な柱状部材５１を光路と直交する方向に互い密着させて形成されるので、導光体５を安価なグラスファイバや繊維状の合成樹脂等で構成することができ、コスト面の優位性を確保することが可能となる。

また、本実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、反射ミラー７が凹状に形成された曲面を有する球面ミラーを含むので、非球面ミラーを使用する場合よりも低コスト化を図ることができる。

上記実施形態の変形例について図６を参照して説明する。なお、本実施形態の変形例において、上記実施形態と共通しているものについては同一符号を付して、それらの説明を省略する。

本実施形態の変形例に係る車両用表示装置１Ｂは、折り返しミラー１３を有する点で車両用表示装置１Ａと異なる。折り返しミラー１３は、表示ユニット２から出射される表示光１１の光路上に配置されている。折り返しミラー１３は、例えば、表示光１１を反射する平面ミラーまたは球面ミラーで構成される。折り返しミラー１３は、表示ユニット２から出射された表示光１１を反射ミラー７に向けて反射させる。

本実施形態の変形例に係る車両用表示装置１Ｂは、画像表示デバイス３と、反射ミラー７と、表示光１１の光路上に配置され、かつ、画像表示デバイス３から出射された表示光１１を反射ミラー７に向けて反射させる折り返しミラー１３と、画像表示デバイス３と折り返しミラー１３との間の光路に配置された導光体５とを備えるので、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施形態およびその変形例では、導光体５は、グラスファイバ、繊維状の合成樹脂等から成るものとして説明したがこれに限らず、ウレキサイトで構成されていてもよい。ウレキサイトは、一般的にテレビ石と呼ばれる鉱石であり、透明な繊維状結晶が完全に平行に整列した集合体である。これにより、グラスファイバ等と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態およびその変形例では、画像表示デバイス３は、表示器やレンズアレイ、ＬＥＤやヒートシンク等を含んで構成されるものとして説明したが、レーザユニットやＭＥＭＳミラー、スクリーン等を含んで構成されるものであってもよい。

また、上記実施形態およびその変形例では、反射ミラー７および／または折り返しミラー１３を含むものとして説明したがこれに限らず、例えば、画像表示デバイス３からの表示光１１を、反射ミラー７や折り返しミラー１３を介することなく、導光体５を介してウインドシールド１０１に投影する構成であってもよい。

また、上記実施形態およびその変形例では、反射部１０２は、ウインドシールド１０１の一部であったがこれに限らず、例えば、コンバイナ等であってもよい。

また、上記実施形態およびその変形例では、反射ミラー７は、凹状に形成された曲面を有する球面ミラーであるがこれに限定されず、放物面を有する放物面ミラーであってもよいし、平面ミラーであってもよい。また、反射ミラー７が非球面ミラーであってもよい。

また、上記実施形態およびその変形例では、柱状部材入射面５１ａおよび柱状部材出射面５１ｂは、六角形に近似する略円形状を有するものであるがこれに限定されず、正六角形状であってもよいし、正方形状であってもよい。すなわち、導光体５がハニカム構造を有していてもよいし、格子構造を有していてもよい。

１Ａ，１Ｂ 車両用表示装置
２ 表示ユニット
３ 画像表示デバイス
３ａ 筐体
３ｂ 表示画面
５ 導光体
５ａ 導光体入射面
５ｂ 導光体出射面
７ 反射ミラー
９ 筐体
９ａ 透明カバー
１１ 表示光
１３ 折り返しミラー
３５，５５ 表示画像
５１ 柱状部材
５１ａ 柱状部材入射面
５１ｂ 柱状部材出射面
６１ 導光路
１００ 車両
１０１ ウインドシールド
１０２ 反射部
１１０ 虚像
２００ ドライバ
２０１ アイポイント

Claims (4)

1. 車両のドライバに視認させる表示画像に対応する表示光を出射する画像表示デバイスと、
   前記表示光を反射して前記車両のウインドシールドの反射部に前記表示画像を投影する反射ミラーと、
   前記画像表示デバイスと前記反射ミラーとの間の光路に配置され、かつ、前記表示光の一部を前記光路に沿って導光する導光路が前記光路と直交する方向に複数配列されて成る導光体と、を備え、
   前記導光体は、導光された前記表示光を出射する出射面を有し、
   前記出射面は、前記反射ミラー側に向けて凸状に形成された曲面である
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記出射面は、前記画像表示デバイスに表示される表示画像と、表示画像とが一致するように形成された凸状曲面である
   請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記導光体は、複数の透明な柱状部材を前記光路と直交する方向に互い密着させて形成される
   請求項１または２に記載の車両用表示装置。
4. 前記反射ミラーは、凹状に形成された曲面を有する球面ミラーを含む
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用表示装置。

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