JP2008116766A - 表示器および虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 明るい周囲環境下であっても、高い視認性を保ちつつ情報を表示することができる表示器を提供する。
【解決手段】 基板上１１に配置され個々を独立して発光させることができる複数の光源１２と、基板に対向して配置され光拡散性を有するシート状の透光部材１４と、シンボルの形をした複数の領域をそれぞれシンボル領域として透光部材上に残すようにして透光部材を遮光するマスク手段１５、１６と、基板と透光部材との間の空間に設けられ、各シンボル領域は少なくとも一つの光源からの光が照射されるとともに、不要な光源からの光を遮光する遮光壁１３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、文字、記号、数字、絵柄、模様等のシンボルにより情報を表示する表示器、さらには、この表示器と虚像光学系とを組み合わせた虚像表示装置に関する。
本発明の表示器および虚像表示装置は、例えば自動車・電車において、運転者前方に背景とともに、計器情報、警告情報等のシンボル表示を行うヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）や、ヘルメット等に装着して眼前にシンボル表示を行うヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）等に用いられる。

自動車・電車では、表示器により速度情報や警告情報等を数字や文字として表示させ、表示器から発せられた表示光（画像）をフロントガラスに投影して運転者の方向に反射させることにより、運転者の前方に画像の虚像を形成し、運転者がこの虚像を視認することができるようにした虚像表示装置（ヘッドアップディスプレイ型の虚像表示装置）が使用されている(特許文献１参照)。
また、オートバイ等では、ヘルメットに表示器を取り付け、表示器からの表示光（画像）を運転者の眼前に配置されたコンバイナに投影することにより、画像の虚像を視認することができるようにした表示装置（ヘッドマウントディスプレイ型の虚像表示装置）が検討されている。
特開２００５−１５３８１１号公報

このような虚像表示装置に用いることが可能な表示器としては、一般にＣＲＴ、液晶パネル（ＬＣＤ）、有機ＥＬダイオード（ＯＬＥＤ）がある。このうちＣＲＴを表示器として用いた場合は、表示器が大型化してしまう。
一方、ＬＣＤやＯＬＥＤを用いた場合は、表示器を小型化できるが、表示輝度を高くすることが困難である。そのため、昼間に屋外で使用するときのような明るい使用環境では、周囲の明るさに比べて表示輝度が十分でなくなり、視認が困難になる場合がある。

そこで、本発明は、明るい周囲環境下であっても、高い視認性を保ちつつ情報を表示させることができる虚像表示装置およびそれに用いる表示器を提供することを目的とする。
また、本発明は小型化が容易であり、それでいて表示輝度が十分高く、さらに組み立てが容易な表示器およびそれを用いた虚像表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の表示装置は、基板上に配置され個々を独立して発光させることができる複数の光源と、基板に対向して配置され光拡散性を有するシート状の透光部材と、シンボルの形をした複数の領域をそれぞれシンボル領域として透光部材上に残すようにして透光部材を遮光するマスク手段と、基板と透光部材との間の空間に設けられ、各シンボル領域は少なくとも一つの光源からの光が照射されるとともに、不要な光源からの光を遮光する遮光壁とを備えるようにしている。

本発明によれば、光拡散性を有するシート状の透光部材は、マスク手段によって、各シンボル領域を残して遮光されるようにしてある。また、それぞれのシンボル領域は、遮光壁により、不要な光が回り込まないように分離されており、しかも各シンボル領域に少なくとも１つの光源からの光が照射されるようにしてあるので、特定の光源を発光させることにより、その光源に対応したシンボル領域に光が照射され、照射された光が透光部材で拡散され、シンボル領域全体が明るく照らし出される。

上記発明によれば、各シンボル領域は、シンボル領域全体が明るく照らし出されることにより高輝度で表示させることができ、しかもシンボル領域の部分だけを局所的に照らし出しているので表示されるシンボルと周囲との明暗差が大きく、視認性が高い表示を実現することができる。
また、シート状の透光部材を用いてシンボル領域を形成するので、透光部材に複数のシンボルを形成する際に、個々のシンボル領域ごとに透光部材、拡散素子を取り付ける必要がなくなり、組み立てが容易になる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また、上記発明において、マスク手段はシンボル領域に対応した開口を有する一対のマスク部材からなり、透光部材の両側シート面を挟むように接合されるようにしてもよい。
これによれば、シート状の光拡散性を有する透光部材を用いた場合に、たとえ遮光壁を設けて隣接する光源からの直接光を遮光したとしても、隣接する光源から透光部材に照射された光の一部がこの透光部材の内部を拡散して回り込むことになるが、マスク部材が透光部材の光源側のシート面にも接合してあるので、透光部材に照射される光量を減少させることができ、透光部材内部を経て回り込む光量を減らすことができる。そして、透光部材の反光源側のシート面に接合してあるマスク部材によりシンボル領域から発する光のみを外部に出射することにより、鮮明な像を表示することができる。

このとき、一対のマスク部材のうち、反光源側のマスク部材に形成されるシンボル領域に対応した開口が、光源側のマスク部材に形成されるシンボル領域に対応した開口よりも小さくなるようにすれば、マスク同士を取り付ける際に位置ズレが生じたとしても、位置ずれ部分に影が発生することを防ぐことができる。

さらに、透光部材の光源側のシート面に接合されるマスク部材については、遮光壁と一体に形成されるようにしてもよい。
これによれば、マスク部材と遮光壁とを一部品とすることができるので、部品点数が減らせるとともに、組み立て時の位置合わせ等に要する工数を減らすことができる。

また、上記発明において、マスク手段は、シンボル領域以外が不透明になるように処理された透光部材自体からなるようにしてもよい。
これによれば、透光部材とマスク手段とを一部品にすることができるので、部品点数が減らせるとともに、組み立て時の位置あわせ等に要する工数を減らすことができる。さらには、透光部材の内部を拡散して回りこむ光を完全に遮ることができるので、鮮明な像を表示させることができる。

また、上記発明において、光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）からなるようにしてもよい。
これによれば、高輝度かつ小型の光源を実現することができる。

また、上記発明において、ひとつのシンボル領域に対応して複数の光源が配置され、異なる明るさでシンボル領域が表示されるようにしてもよい。
これによれば、周囲の環境に応じて、表示の明るさを調整することができる。

また、上記発明において、ひとつのシンボル領域に対応して発光色が異なる複数の光源が配置され、異なる表示色でシンボル領域が表示されるようにしてもよい。
これによれば、ひとつのシンボル領域に対し、異なる色を用いて表示することができるので、例えば、情報の緊急度を色の変化で表示する等により、色による付加情報を追加することができる。

また、上記課題を解決するために別の観点からなされた本発明の虚像表示装置は、上述したいずれかの表示器と、表示器に表示されたシンボル表示の虚像を使用者の眼前に導く虚像光学系とを備えるようにしている。
これによれば、上述した表示器に表示されたシンボル表示を虚像にして表示することにより、シンボル表示を拡大して使用者の前に表示することができる。
ここで、自動車や電車の運転者による使用のように虚像表示装置をシースルーでヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）として用いる場合には虚像光学系として例えばフロントガラスが用いられ、パイロットやライダー等が虚像表示装置をヘルメットに搭載してヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）として用いる場合には虚像光学系として例えば眼前に装着されるコンバイナが用いられる。
これら以外に、背景と虚像とを重ねて表示する必要がなく（非シースルー表示）、単に表示器からの表示光だけを拡大表示する用途（例えばバーチャルリアリティ空間を表示するゲーム機等）の場合は、簡易な虚像光学系として、表示器の前に直列に設置するレンズが用いられる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明は、以下に説明するような実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の態様が含まれる。

（虚像表示装置）
まず、虚像表示装置全体の構成について説明する。図１は本発明の一実施形態である虚像表示装置の概略構成を示す図である。この虚像表示装置１は、自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）型の虚像表示装置であり、ダッシュボード上に設置された表示器２と、フロントガラス３（虚像光学系）とからなる。
表示器２は、その内部構造については後に詳述するが、透明部材からなる表示面上に、予め表示することが予定されている文字、記号、数字、絵柄、模様等のシンボルの形状をしたシンボル領域ｚが作ってある。シンボル形状はどのようなものでもよいが、応用例として速度表示を行うときのように、種々の数値をシンボルで表示したい場合には、７つのバーを縦横に配置した７セグメント表示をシンボルとして利用する。すなわち、７セグメント表示の各バーの形状をそれぞれ独立したシンボル領域ｚとして作成する。

そして、表示器２の内部の発光素子から照射される光により、所望のシンボル領域ｚを高輝度で照らし出すようにしてある。照らし出されたシンボル領域ｚからは、各シンボル形状の表示光が出射され、フロントガラス３で反射されて使用者の眼に向けられる。このとき、使用者の眼には、フロントガラス３の前方にシンボルｚを拡大した虚像Ｚが映し出されているように見える。これにより、使用者は、前方風景（背景）に、拡大されたシンボルの虚像Ｚを重ね合わせて見ることができるようになる。

本実施形態は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）型のものであるが、ヘッドマウントディスプレイ(ＨＭＤ)型にするにはフロントガラス３に代えて、ヘルメット等に装着されて眼前に配置されるコンバイナを虚像光学系として用いるようにする。

（表示器）
次に、表示器の構造について説明する。 図２は、本発明の一実施形態である表示器の概略構成を示す断面図である。この表示器１０は、主として基板１１、ＬＥＤ（発光ダイオード）１２、遮光壁１３、光拡散性透光部材１４、内側マスク１５（光源側のマスク）、外側マスク１６（反光源側のマスク）により構成される。

基板１１は絶縁性の樹脂で形成され、基板１１上に各ＬＥＤ１２が固定されるとともに、基板表面には各ＬＥＤ１２をそれぞれ独立に点灯させるためのプリント配線（不図示）が形成してあり、独立に個々のＬＥＤ１２の点灯制御ができるようにしてある。

基板１１上に配置されるＬＥＤ１２は、内側マスク１５、外側マスク１６に形成されたシンボル領域ｚとなる複数の開口のいずれについても、少なくともひとつのＬＥＤ１２からの光が照射されるように各ＬＥＤ１２を配置してある。ＬＥＤ１２は、単色表示とするか多色表示させるかにより単色発光用ＬＥＤ１２ａ、または、複数の単色発光ＬＥＤが組み合わされた多色発光用ＬＥＤ１２ｂ（例えば、日亜化学工業製ＮＥＣＭ００５）が用いられる。
なお、ＬＥＤ１２に代えて、レーザダイオード（ＬＤ）等の高輝度で発光することができる他の光源素子を用いてもよい。

遮光壁１３は、基板１１と光拡散性透光部材１４との間に空間を形成するとともに、各シンボル領域ｚに対し、対応するＬＥＤ１２からの光は照射でき、隣接するＬＥＤ１２からの不要な光は遮光するように仕切っている。すなわち、透光壁１３により仕切られた１つの区画には、少なくとも１つのＬＥＤ１２と、少なくとも１つのシンボル領域ｚが対応して配置されるようにしてある。
例えば、必ず同時に点灯させる２つ以上のシンボル領域ｚがあるときは、これらのシンボル領域を１つの区画に含まれるようにして１つのＬＥＤで照らし出すようにする。また、１つのシンボル領域ｚについての表示輝度を状況に応じて変えたいときは、１つの区画に含まれるＬＥＤ１２を複数にして、同時に点灯するＬＥＤ１２の数を調整することにより輝度を変えることができるようにする。

また、遮光壁１３を、鏡面仕上面を有する金属により形成するようにして光反射率を高くすれば、ＬＥＤ１２の発光光を有効利用することができ、シンボル領域ｚから出射する光量を増やして輝度を高めることができる。

光拡散性透光部材１４は、例えば、拡散フィルムを接合したアクリル板、すりガラス等、光が拡散するように加工されたシート状の透光部材が用いられる。光拡散性透光部材１４の両面は、内側マスク１５、外側マスク１６が接合してある。
図３（ａ）は内側マスク１５の平面図、図３（ｂ）は外側マスク１６の平面図である。これらのマスクは不透光性の金属薄板で形成される。内側マスク１５と外側マスク１６には、シンボルとして表示する形状を開口としたシンボル領域１５ａ〜１５ｄ、１６ａ〜１６ｄが形成されている。したがって、あるＬＥＤ１２を点灯すると、対応するシンボル領域の光拡散性透光部材１４の部分のみが照らし出され、その他の両マスク部材１５、１６で覆われた部分は遮光されるようにしてある。内側マスク１５のシンボル領域１５ａ〜１５ｄと外側マスク１６のシンボル領域１６ａ〜１６ｄとは、形状は同じであるが内側マスク側のシンボル領域１５ａ〜１５ｄの方がわずかに大きく開口してあり、両マスク部材を取り付けた際に位置ずれが発生した場合でも影が生じて輪郭がぼやけるのを防ぐようにしてある。

以上のような構成により、表示器１０は、所望の単色発光用ＬＥＤ１２ａあるいは多色発光用ＬＥＤ１２ｂを個々に独立して発光させると、対応するシンボル領域１５ａ〜１５ｄが単色で、あるいは色を変えて照らし出され、さらにシンボル領域１６ａ〜１６ｄが照らし出されて、明るく表示される。したがって、個々のシンボル領域１６ａ〜１６ｄからはそれぞれのシンボル形状の表示光が出射されるので、これを図１で説明したような虚像光学系に導くことにより、使用者が拡大表示されたシンボルを視認することができる。

図４は、本発明の他の一実施形態である表示器２０の概略構成を示す断面図である。この実施形態では、内側マスクとしての機能を含めた遮光壁２３を用いている。すなわち、遮光壁２３は、壁面部分が占める面積を大きくし、拡散性透光部材１４との接合面近傍の断面（図中Ａ−Ａ’で示す断面）が、図３（ａ）で示したマスク平面と同じ形状になるようにしてある。透光壁３３は例えば不透光性樹脂を用いて作成すればよい。これにより、マスク部材と遮光壁とを一体にすることができるので、部品点数を減らすことができ、組み立ても簡略化することができる。

図５は、本発明の他の一実施形態である表示器３０の概略構成を示す断面図である。この実施形態では、マスク機能を含めた拡散性透光部材３４を用いている。すなわち、拡散性透光部材３４は、シンボル領域３４ａ〜４４ｄを残して他の領域が不透明になるように着色加工等の処理を行うようにしている。これによりマスク部材と拡散性透光部材とを一体にすることができるので、部品点数を減らすことができ、組み立ても簡略化することができる。さらに隣接する区画間の回り込みを減らすことができる。

本発明は、ヘッドアップディスプレイ等として使用される虚像表示装置およびそれに使用する表示器として利用することができる。

本発明の一実施形態である虚像表示装置の概略構成を示す図。 本発明の一実施形態である表示器の概略構成を示す図。 図２の表示器に使用される内側マスク、外側マスクの平面図。 本発明の他の一実施形態である表示器の概略構成を示す図。 本発明の他の一実施形態である表示器の概略構成を示す図。

符号の説明

１ 虚像表示装置
２ 表示器
３ フロントガラス（虚像光学系）
１０、２０、３０ 表示器
１１ 基板
１２ ＬＥＤ（光源）
１３ 遮光壁
１４ 拡散性透光部材
１５ 内側マスク（光源側マスク）
１６ 外側マスク（反光源側マスク）

Claims (9)

1. 基板上に配置され個々を独立して発光させることができる複数の光源と、
   基板に対向して配置され光拡散性を有するシート状の透光部材と、
   シンボルの形をした複数の領域をそれぞれシンボル領域として透光部材上に残すようにして透光部材を遮光するマスク手段と、
   基板と透光部材との間の空間に設けられ、各シンボル領域は少なくとも一つの光源からの光が照射されるとともに、不要な光源からの光を遮光する遮光壁とを備えたことを特徴とする表示器。
2. マスク手段はシンボル領域に対応した開口を有する一対のマスク部材からなり、透光部材の両側シート面を挟むように接合されることを特徴とする請求項１に記載の表示器。
3. 一対のマスク部材のうち、反光源側のマスク部材に形成されるシンボル領域に対応した開口を、光源側のマスク部材に形成されるシンボル領域に対応した開口よりも小さくすることを特徴とする請求項２に記載の表示器。
4. 透光部材の光源側のシート面に接合されるマスク部材は、遮光壁と一体に形成されることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれかに記載の表示器。
5. マスク手段は、シンボル領域以外が不透明になるように処理された透光部材自体からなることを特徴とする請求項１に記載の表示器。
6. 光源は発光ダイオードまたはレーザダイオードからなることを特徴とする請求項１に記載の表示器。
7. ひとつのシンボル領域に対応して複数の光源が配置され、異なる明るさでシンボル領域が表示されることを特徴とする請求項１に記載の表示器。
8. ひとつのシンボル領域に対応して発光色が異なる複数の光源が配置され、異なる表示色でシンボル領域が表示されることを特徴とする請求項１に記載の表示器。
9. 請求項１〜請求項８のいずれかに記載の表示器と、
   前記表示器に表示されたシンボル表示の虚像を使用者の眼前に導く虚像光学系とを備えたことを特徴とする虚像表示装置。

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