JP2003517971A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ここで提案されているのは、自動車用の表示装置であり、これは仮想の画像を自動車のフロントガラスに表示するために使用される。画像表示は画像形成ユニットを介して行われ、これはフロントガラスの上側の領域または自動車ルーフの領域に配置されている。形成された画像は第１非球面鏡と、第２非球面鏡とを介してフロントガラスに導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載された表示装置を出発点とする。ＵＳ５
４１４４３９からすでに自動車の表示装置が公知であり、ここでは赤外線カメラ
によって撮影した画像をインストルメントパネルに配置された表示器から、同様
にインストルメントパネルに配置された非球面鏡を介してフロントガラスに投影
可能である。フロントガラスには仮想的な画像が現れ、自動車内にいるドライバ
はこれを見ることができる。ここではインストルメントパネルに表示器も、非球
面鏡も共に配置しなければならない。さらにこの非球面鏡からフロントガラスに
反射され、かつ画像表示に必要な光ビームのためにこのインストルメントパネル
に開口部を設けなければならない。

【０００２】 発明の利点 請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する本発明の表示装置はこれ
に対して、スペースを節約して仮想的な画像に対する表示装置を自動車に実現で
きるという利点を有する。それは画像形成ユニットを自動車ルーフの領域または
フロントガラスの上側の領域に配置することによって、インストルメントパネル
内での光学的要素の配置を可能な限り回避できるからである。例えばインストル
メントパネル内に光ビーム路を設ける必要がない。これによってインストルメン
トパネルの領域に相応する開口部を回避することができる。この結果、所要スペ
ースが低減されることにより、表示装置を設計する際のコストを低減することが
できる。さらに本発明の表示装置は、作製時にこのような表示装置に対して設計
がなされておらず、かつインストルメントパネルに光ビーム路のためのスペース
が設けられていない自動車に後付けすることができる。さらに画像形成ユニット
をインストルメントパネルに配置する際に発生し得る温度の問題を回避すること
ができる。それはインストルメントパネルは一般に直射日光によって殊に強烈に
加熱され得るからである。

【０００３】 従属請求項に記載した手段によって、請求項１に示した表示装置の有利な発展
形態および改良が可能である。殊に有利であるのは、第２非球面鏡を覆えるよう
にインストルメントパネルに配置することである。これによってこの鏡の汚れお
よび損傷を回避することができる。

【０００４】 さらに第１または第２非球面鏡をモータ駆動で調整可能に実施すると有利であ
る。このような調整によって第１ないしは第２非球面鏡の配向をドライバのシー
ト位置に適合させることができ、これによって仮想的な画像の位置を最適に調整
可能である。

【０００５】 さらにこの調整を操作部を介して行い、鏡への不要な接触ひいてはこれに結び
付き得る汚れを回避できることは有利である。

【０００６】 さらに画像形成ユニットを背面照明を有する液晶セルとして実施することは有
利である。それはこれによってこの画像形成ユニットを殊にコスト的に有利に実
現できるからである。

【０００７】 さらにフロントガラスをくさび形に実施することは有利である。これによって
投影の際に二重の画像を回避することできる。この二重の画像は、安全ガラスか
らなるフロントガラスにおいて多重の屈折がこの安全ガラスの個々のガラス層で
行われることによって発生するものである。くさび形に実施することにより、こ
れらの二重の画像が互いに重なり合って１つの画像だけが観察者に見えるように
することができる。

【０００８】 さらに室内バックミラーモジュールに画像形成ユニットまたは第１非球面鏡を
組み込むことは有利である。これによって取り付けコストをさらに低減すること
ができる。それはこの室内バックミラーモジュールだけをフロントガラスないし
は自動車ルーフに配置すればよいからである。この際にはさらに画像形成ユニッ
トをこの室内バックミラーによってユーザから覆い隠し、画像形成ユニットが見
えることによって発生し得るユーザへの妨害を回避することも可能である。

【０００９】 さらに鏡の可視性を低減するシートでこの鏡を覆うと有利であり、その際にこ
の鏡の反射特性に実質的に変化しないようにする。これにより殊に第２非球面鏡
に当たる、例えば太陽光線によるまぶしさをできる限り回避可能である。

【００１０】 図面 本発明の実施例を図面に示し、以下の実施例の説明において詳しく説明する。
ここで図１は本発明による、自動車の表示装置の第１実施例を示しており、図２
は液晶セルを有する画像形成ユニットの実施例を示しており、図３は本発明によ
る表示装置の別の実施例を示しており、図４は本発明による表示装置の別の実施
例を示している。

【００１１】 実施例の説明 図１には自動車におけるキャビンの前方の領域が長手方向断面図で示されてい
る。この自動車のフロントガラス１には画像形成ユニット２が配置されている。
画像形成ユニット２は、フロントガラスの自動車ルーフ３の近くに配置されてお
り、かつデータ接続路４を介してカメラ５に接続されている。この図ではこの接
続路全体が図示されているのではなく、これは矢印によって示されている。自動
車ルーフ３にはカバー６が配置されている。カバー６は凹部７を有しており、こ
こに第１非球面鏡８が配置されている。フロントガラス１の下側にはインストル
メントパネルがあり、これはその上側１０でフロントガラス１に接続されている
。インストルメントパネルの上側１０には第２非球面鏡１１が設けられている。
第２非球面鏡１１は第１モータ１２および第２モータ１３によりその位置を変え
ることができる。第１モータ１２も第２モータ１３も共に制御ユニット１４によ
って制御される。制御ユニット１４は操作要素１５を介してユーザが操作可能で
ある。操作要素１５は例えば回転つまみおよび／またはプッシュキーを有してい
る。さらに制御ユニット１４はイグニッションキー挿入口１６にも接続されてい
る。この図に示されていないのは例えば、フロントガラス１に表示される仮想の
画像の明るさを制御するための、制御ユニット１４から画像形成ユニット２まで
のデータ接続路である。第２非球面鏡１１の脇には折り返しカバー１７が配置さ
れている。折り返しカバー１７は、第２非球面鏡１１を覆って折り返すことがで
き、かつこのために第３モータ１８によって動かすことができる。このモータも
制御ユニット４によって制御される。第２非球面鏡１１は、ハンドル１９の自動
車のドライバとは反対側の、ハンドル１９の後ろ側に設けられている。イグニッ
ションキー挿入口１６および操作要素１５は有利にはハンドル１９の脇に配置さ
れる。画像形成ユニット２から光ビームは、第１非球面鏡８を介して第２非球面
鏡１１に走行し、そこからフロントガラス１に、さらにこのフロントガラスから
ハンドル１９の前にいる観察者の目に導かれる。ここではこれらの要素間のビー
ム経路２０が示されており、観察者の目はビーム経路２０の矢印２２で示されて
いる。フロントガラス１での反射によって仮想的な画像が得られ、この画像を、
有利にはドライバである観察者が見ることができる。

【００１２】 画像形成ユニット２は、図１に示した実施例ではフロントガラス１の自動車ル
ーフの近くに配置されている。画像形成ユニット２を自動車ルーフ３に組み込む
ことも可能である。画像形成ユニット２における画像の形成は、例えば背面照明
の液晶セルによって行われる。これに対する実施例が図２に示されている。画像
形成ユニット２は開口部３４を有しており、これの後ろに液晶セル３３が配置さ
れている。液晶セル３３はセグメントを有しており、ここでこのセグメントは、
個別に電気的に制御可能であり、かつその光透過率はこの電気的な制御によって
制御可能である。個々のセグメントは図２では示されていない。液晶セル３３は
、有利な実施例では１．３インチのディスプレイ対角を有している。液晶セル３
３に対して開口部３４とは反対側にデフューザ３２が配置されている。デフュー
ザ３２に対して開口部３４とは反対側に発光ダイオード３１の装置が設けられて
おり、これらの発光ダイオードは有利には基板３０に配置されている。発光イオ
ード３１の電圧供給部は図２には示されていない。発光ダイオード３１の代わり
に例えば白熱ランプ、グローランプまたは冷陰極蛍光ランプによる背面照明が可
能である。発光ダイオード３１によって形成された光ビームはデフューザ３２に
当たり、これは当たった光ビームを散乱させ、これによって液晶セル３３の均一
な背面照明が得られる。液晶セル３３のセグメントを個別に制御することにより
画像を形成することができる。この際に発光ダイオード３１の色に依存して種々
異なる画像色が可能であり、赤の発光ダイオードではこの画像は種々異なる赤の
スケールからなり、白の発光ダイオードでは画像はグレイスケールでの表示が行
われる。

【００１３】 液晶セル３３によって形成された画像の光ビームは、図１に示したように開口
部３４から出射し、ビーム経路２０に沿って走行し、まず第１非球面鏡８に当た
る。第１非球面鏡８は、画像形成ユニット２を向いた側が凹状に曲げられており
、かつ５０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲にある焦点距離を有する。有利な実施例では
第１非球面鏡８は９０ｍｍの焦点距離を有する。第１非球面鏡８は例えば、球面
、回転楕円面または円柱面の一部の形態で凹状に実施される。第１非球面鏡８は
支持部２１を介して自動車ルーフ３のカバー６の凹部７に配置されている。第１
非球面鏡８の調整は、表示装置をこの自動車に組み込む際に行われ、ここでは凹
部７における第１非球面鏡８の位置を適合させて、画像がフロントガラス１に最
適な表示されるようにする。しかしながら図面に示していない実施例では、再調
整を可能にするモータ制御部またはマニュアルの調整装置を第１非球面鏡８に設
けることも可能である。光ビームはビーム経路２０に沿って第２非球面鏡１１に
導かれる。第２非球面鏡１１も第１非球面鏡と同様に凹状に実施されており、か
つ３００ｍｍ〜８００ｍｍの焦点距離を有する。有利な実施例では焦点距離は４
３０ｍｍである。第２非球面鏡１１は調整可能に支承されているため、第１モー
タ１２および第２モータ１３によってこの鏡を１ミラープレーン（Spiegelebene
）に延在する互いに直交する２つの軸の周りに調整可能である。図示していない
実施例では、例えば第２非球面鏡１１を、インストルメントパネルの上側１０の
回転軸に支承し、かつ第１モータ１２を一方の軸に、また第２モータ１３を他方
の軸に接続することができる。第２非球面鏡１１を調整することによって、第２
非球面鏡１１からフロントガラスまでを走行するビーム経路２０が変更される。
これによって観察者に見えるフロントガラス１の仮想の画像の位置を変更可能で
ある。このようにして例えば、画像の位置をドライバのシート位置およびその身
体サイズに適合させることができる。このためにドライバは、第１モータ１２お
よび第２モータ１３に接続されている制御ユニット１４に接続された操作要素１
５を介して、第１モータ１２および第２モータ１３を起動することができ、ひい
てはこれによって第２非球面鏡１１の調整を行うことができる。第２非球面鏡１
１の脇には折り返しカバー１７が配置されており、これは第１状態では第２非球
面鏡１１を覆い、第２状態ではこれを見えるようにする。このために折り返しカ
バー１７は、同様に制御ユニット１４に接続されている第３モータ１８により、
第１の実施例では第２非球面鏡１１を覆うように折り返される。ここでこの折り
返しカバーは軸に支承されている。さらに別の実施例では、第３モータ１８によ
って第２非球面鏡１１を覆うように折り返しカバー１７をずらすことも可能であ
る。

【００１４】 この表示装置は例えば自動車の停車時には不要になる。このために制御ユニッ
ト１４はイグニッションキー挿入口１６に接続されている。この自動車が駐車さ
れる場合、第３モータ１８が起動され、第２非球面鏡１１は折り返しカバー１７
によって覆われる。この自動車を新たに始動する際に制御ユニット１４によって
、イグニッションキー挿入口１６の操作が検出されて第３モータが起動され、こ
れにより第２非球面鏡１１は折り返しカバー１７によって再度見えるようにされ
る。

【００１５】 カメラ５は、有利には赤外線カメラとして実施されており、かつ視界状況が悪
い場合、例えば霧の場合に道路の続き方の画像を検出して、これを元にビデオ情
報を作成するために使用される。このビデオ情報はデータ線路４を介して画像形
成ユニット２に転送されてフロントガラス１に表示される。カメラ５はこのため
に有利には自動車の前方領域、例えばラジエータグリルまたはヘッドライトの領
域に配置される。

【００１６】 図３には本発明による表示装置の別の実施例が示されている。ここおよび以降
では同じ参照符号は同じ要素を表す。画像形成ユニット２は室内バックミラー４
０に配置されている。室内バックミラー４０はホルダ４１を介してケーシング４
３に接続されている。室内バックミラー４０，ホルダ４１およびケーシング４３
は、室内バックミラーモジュールを構成する。画像形成ユニット２への電気的接
続路は、ホルダ４１を介して導かれる。ケーシング４３は自動車ルーフ３、有利
にはＵ字形プロフィールに組み込まれている。ここでこのＵ字形プロフィールは
、ボディ技術上の理由から数多くの自動車においてそこに設けられており、この
ためケーシング４３にスペースが提供され、その際にケーシング４３がキャビン
に突き出ることもない。第１非球面鏡８はケーシング４３の外側に配置される。
室内バックミラー４０は、できる限り画像形成ユニット２をハンドル１９の前に
いる観察者から隠す。画像形成ユニット２へのデータ接続路４は、例えば、フロ
ントガラスとサイドウィンドウ４６との間に配置されているピラー４４に沿って
延在する。第２非球面鏡１１はこの実施例では矩形に実施されている。有利な実
施例では水平方向のサイズは、すなわちフロントガラスに平行に約２５０ｍｍで
あり、フロントガラスに垂直な延長方向では９０ｍｍである。第１非球面鏡８は
１００ｍｍ×４０ｍｍの面積を有する。折り返しカバー１７は第２非球面鏡１１
を覆うように折り返すことができる。

【００１７】 図４には別の実施例が示されている。この実施例には第２非球面鏡５０が示さ
れている。第２非球面鏡５０はそれ自体折り返し可能に実施されており、ここで
は回転軸が、２非球面鏡５０の長手側５２に沿って延在している。第２非球面鏡
５０の脇にはくぼみ５１が配置されており、この中に第２非球面鏡５０を折り返
すことが可能である。第２非球面鏡５０の裏側、すなわち鏡側とは反対の側はプ
ラスチックによって覆われており、ここでこのプラスチックは有利には、インス
トルメントパネルの上側１０と同じ材料から成り、これによって第２非球面鏡の
裏側がインストルメントパネルの上側１０に対してできるだけ目立たないように
する。この実施例では第２非球面鏡５０の調整は、フロントガラス１の仮想的な
画像の位置について、長手側５２に沿って延在する軸の周りに行うことができる
。さらにこの軸それ自体を、軸方向に対して垂直方向に傾けられるように実施す
ることができる。

【００１８】 発生し得るドライバのまぶしさは付加的なカバーによって回避可能であり、こ
れは有利には第２非球面鏡１１ないしは５０に配置されたカバーシートによって
行われる。このために例えば、偏光子シートを第２非球面鏡１１ないしは５０に
配置する。殊に液晶セルまたはコヒーレントな光源、例えばレーザーを画像形成
ユニット２に使用する際には、第１非球面鏡８を介して第２非球面鏡１１ないし
は５０に当たる光ビームは偏光している。画像形成ユニット２の光ビームに対し
て最小の吸収率を有するように配置されている偏光子が第２非球面鏡１１，５０
に配置されていれば、反射の際に最小の明るさ損失しか発生しない。この際に有
利には付加的に反射防止層を偏光子に被着する。これによって一般的にすべての
偏光方向にわたって均一な分散を有する周囲光は少なくとも半分吸収されて発生
し得るまぶしさの影響が低減され、この際にこれによってフロントガラス１に投
影される仮想的な画像の明るさは実質的に損なわれることはない。さらに第２非
球面鏡１１にブラインドシート、すなわち光ビームの入射ないしは出射を有利な
入射ないしは出射角にだけ許容するシートを配置することも可能であり、ここで
この効果は例えばこのシートに組み込まれたマスク構造によって達成される。こ
のことによっても第２非球面鏡１１，５０から、ハンドル１９の前にいる観察者
への光ビーム入射は大いに低減される。

【００１９】 操作要素１５はさらに画像の明るさを調整するために使用される。これは例え
ば、画像形成ユニット２に設けられている発光ダイオード３１に対する動作電圧
を増大または減少させ、これにより発光ダイオード３１の輝度を増大ないしは減
少させることによって行われる。背面照明を有する液晶セル３３として画像形成
ユニット２を上記のように実施することの他に、この画像形成ユニット２をレー
ザディスプレイ、マイクロミラーディスプレイ、真空蛍光ディスプレイまたはプ
ラズマディスプレイとして実施することができる。真空蛍光ディスプレイおよび
プラズマディスプレイは、背面照明が不要な、それ自体が発光するディスプレイ
であるのに対して、別の２つの実施形態、すなわちレーザディスプレイおよびマ
イクロミラーディスプレイでは、有利にはコヒーレントな光源、例えばレーザユ
ニットを画像形成ユニット２に配置する。この場合、画像はレーザユニットの制
御か、またはマイクロミラーの制御によって形成される。

【００２０】 フロントガラス１は有利にはくさび形に実施される。これはフロントガラスを
、自動車ルーフ３に向いている上方の領域を比較的厚く実施し、インストルメン
トパネルの上側１０の方向に向かってテーパー状にすることによって行われる。
このテーパーは、フロントガラスの安全ガラスを形成する２つのガラス板を完全
に平行にではなく、フロントガラスの上側の領域が比較的大きな間隔を有するよ
うにはめ込むことによって達成される。第２非球面鏡１１，５０から出射する光
ビームがフロントガラス１で反射する際には、フロントガラス１の２つのガラス
板で反射が行われる。くさび形に実施することにより、観察者に対する反射によ
って生じた仮想の画像は重なる。例えばガラスでの反射を阻止するフロントガラ
スの蒸着はここではもはや不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による、自動車の表示装置の第１実施例を示す図である。

【図２】 液晶セルを有する画像形成ユニットの実施例を示す図である。

【図３】 本発明による表示装置の別の実施例を示す図である。

【図４】 本発明による表示装置のさらに別の実施例を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3D020 BA04 BA20 BC03 BC04 BC10 BD03 BE03 3D044 BA21 BA27 BB01 BC25 BC27

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像形成ユニット（２）を有する、自動車の表示装置におい
   て、 前記画像形成ユニット（２）は、自動車ルーフ（３）の領域または自動車のフ
   ロントガラス（１）の上側の領域に配置されており、 前記表示装置は、第１非球面鏡（８）と、第２非球面鏡（１１，５０）とを有
   しており、 前記画像形成ユニット（２）から放射される光ビームは第１非球面鏡（８）に
   導かれ、 第１非球面鏡（８）は自動車ルーフの領域（３，７）に配置されており、 第１非球面鏡（８）からの光ビームは第２非球面鏡（１１，５０）に投影され
   、 第２非球面鏡（１１，５０）は自動車のインストルメントパネルの領域に配置
   されており、 第２非球面鏡（１１）からの光ビームはフロントガラス（１）に投影され、 仮想的な画像がフロントガラス（１）に形成されることを特徴とする、 自動車の表示装置。
2. 【請求項２】 前記第２非球面鏡（１１，５０）は、覆えるようにインスト
   ルメントパネル、有利には上側（１０）に配置されている 請求項１に記載の表示装置。
3. 【請求項３】 前記の第１および／または第２非球面鏡（８，１１，５０）
   は、少なくとも１つのモータ（１２，１３）によってモータ駆動で調整される 請求項１または２に記載の表示装置。
4. 【請求項４】 自動車に操作要素（１５）が配置されており、 該操作要素（１５）によって第１非球面鏡（８）、および／または第２非球面
   鏡（１１，５０）、および／またはフロントガラス（１）に投影される仮想的な
   画像の画像の明るさが調整される 請求項１から３までのいずれか１項に記載の表示装置。
5. 【請求項５】 前記第１非球面鏡（８）は、５０ｍｍ〜１２０ｍｍの範囲の
   焦点距離を有し、 前記第２非球面鏡（１１）は、３００ｍｍ〜８００ｍｍの範囲の焦点距離を有
   する 請求項１から４までのいずれか１項の表示装置。
6. 【請求項６】 前記画像形成ユニット（２）は、背面照明される液晶セル（
   ３３）か、またはレーザディスプレイか、またはマイクロミラーディスプレイか
   、または真空蛍光ディスプレイか、またはプラズマディスプレイである 請求項１から５までのいずれか１項の表示装置。
7. 【請求項７】 前記フロントガラス（１）はくさび形に実施される 請求項１から６までのいずれか１項の表示装置。
8. 【請求項８】 前記画像形成ユニット（２）は室内バックミラーモジュール
   （４０，４１，４３）に配置されている 請求項１から７までのいずれか１項に記載の表示装置。
9. 【請求項９】 前記第１非球面鏡（８）は室内バックミラーモジュール（４
   ０，４１）に配置されている 請求項１から８までのいずれか１項の表示装置。
10. 【請求項１０】 前記第１非球面鏡（８）は自動車ルーフ（３）のケーシン
    グ（４３）に配置されている 請求項１から９までのいずれか１項の表示装置。
11. 【請求項１１】 前記自動車にカメラ（５）、有利には赤外線カメラが配置
    されており、 該カメラ（５）によって検出した画像が仮想的な画像としてフロントガラス（
    １）に投影される 請求項１から１０までのいずれか１項の表示装置。
12. 【請求項１２】 前記第２非球面鏡（１１）はシートによって覆われており
    、 該シートは第２非球面鏡（１１）の可視性を低減するように実施されている 請求項１から１１までのいずれか１項の表示装置。