JP2009222881A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光輝度が高い時でもフロントガラスに映る画像を見易くしたヘッドアップディスプレイ装置を提案する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示パネル２１に表示された画像を平面ミラー２７と凹面ミラー２８とによって拡大し、拡大された画像を自動車のフロントガラス１５の表示領域に照射し反射させて、前記自動車の運転者に前記画像の虚像を視認させるものであり、表示パネル２１の背面より光を照射する光源装置２２と、採光窓２３を通して得た外光３０を表示パネル２１の背面に照射する照明装置２５と、照明装置２５の発する光を遮断する位置Ａと照明装置２５の光を表示パネル２１に向けて反射させる位置Ｂとに切替え可能に設けられた切替ミラー２６とを備える。光源装置２２及び照明装置２５はそれぞれにＮＤフィルタとカラーフィルタとを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等、移動体用のヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来より、自動車等の運転者に対して走行速度などの情報を表示し伝達する装置として、ヘッドアップディスプレイ装置が知られている。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示する画像の虚像をフロントガラスに映し出して、運転者が視界から目をそらすことなく自動車等の運転に必要な情報を認識することができるものである。

下記特許文献１には、開口部を閉塞するとともに画像を拡大してフロントガラスの表示部に出力するレンズを備えたヘッドアップディスプレイの画像投影機が記載されている。このレンズは、表示器から射出され凹面鏡で反射させた画像光を画像投影機よりフロントガラスの表示部に向けて射出するとともに画像投影機の内部を閉塞して塵埃が進入することを防止する。
特開２００６−０９１１０４号公報

ヘッドアップディスプレイによる投映画像は、画像投影機の内部に設けられた、例えばＬＥＤなどの光源光を液晶パネルに照射して液晶パネルに表示された画像をフロントガラスに反射させ、運転者の視界内に虚像として見えるようにしたものであるから、当然に外光の影響を受け、晴天時のような外光の輝度が非常に高く視界が明るい場合には投映画像が見え難くなってしまう。これを改善するにはＬＥＤの輝度を高くして投映される画像を十分に明るくしなければならないが、そのためには使用するＬＥＤの数を増やすかあるいは輝度が高い大きなＬＥＤを用いるなどスペースとコストがアップする。

本発明は上記問題を解決するために、輝度が高い時の外光を光源として用いることで、外光輝度が高い時でもフロントガラスに映る画像を見え易くしたヘッドアップディスプレイ装置を提案することを目的とする。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、透過型液晶表示パネルに表示された画像が平面ミラーと曲面ミラーとによって拡大され、拡大された画像を移動体のフロントガラスの表示領域に照射し反射させて、前記移動体の乗員に前記画像の虚像を視認させる移動体用のヘッドアップディスプレイ装置であり、前記透過型液晶表示パネルに背面より光を照射する光源装置と、採光窓を通して得た外光を前記透過型液晶表示パネルの背面に照射する照明装置と、前記照明装置の発する光を遮断する位置と前記照明装置の光を前記透過型液晶表示パネルに向けて反射させる位置とに切替え可能に設けられたミラーと、を備える。前記外光の光量を検知する受光センサと、前記受光センサが検知した光量が閾値より大きいか小さいかを判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果によって前記ミラーの切替え駆動を行うモータドライブ機構と、を備える。前記ミラーに替えて、前記光源装置の発する光を透過するとともに前記照明装置からの光を前記透過型液晶表示パネルに向けて反射させるハーフミラーを用いても良い。

前記光源装置及び照明装置はそれぞれに光量を調節する調光手段を備える。前記調光手段は、ＮＤフィルタを用いると良い。あるいは、前記光源装置にＬＥＤを用いて前記ＬＥＤの発光量を調節する発光量調節手段を設けると良い。前記照明装置はカラーフィルタを備え、照明光の色を変更可能とすると良い。前記照明装置は前記外光を集光する集光手段を備える。

本発明によるヘッドアップディスプレイ装置は、晴天時のように外光輝度が非常に高く視界が明るい場合は外光を光源として利用し、夜間など外光輝度が低く視界が明るくない場合は内部光源を用いることで、明るい時でも暗い時でも常に見易い投映画像を映し出すことができる。外光を光源とした時とＬＥＤを光源とした時では光源色が異なるが、カラーフィルタを用いて同じ色に合わせることが可能であり、好みの色や見易い色を選択できるようにすることもできる。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車１２のダッシュボード１３に配置され、スピードメータの値など各種情報に関するの画像を射出しフロントガラス１５で反射させて、運転者１４の前方数メートルのところに虚像１６として前記画像を表示する。運転者１４は虚像１６として表示された前記画像を運転中であっても前方視界から大きく視点を移動させることなく視認することができる。

図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、筐体２０の内部に、画像を表示する透過型液晶表示パネル（以下、表示パネルという。）２１と、表示パネル２１の背面に光を照射する光源装置２２と、前記筐体２０に設けられた採光窓２３に嵌め込まれた集光レンズ（集光手段）２４を備えた照明装置２５と、前記照明装置２５の射出する光を遮断する（Ａで示す）位置と前記照明装置２５の射出する光を前記表示パネル２１に向けて反射させるとともに前記光源装置２２の発する光を遮断する（Ｂで示す）位置とに切替え可能に設けられた切替ミラー２６と、表示パネル２１の射出する前記画像の光線３１を凹面ミラー２８に向けて反射するとともに凹面ミラー２８から反射されてきた前記光線３１を前記筐体２０に設けられた射出窓２９を通してフロントガラス１５に向けて再度反射する平面ミラー２７と、前記凹面ミラー２８と、を備える。

図３に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０の光学系は平面ミラー２７が前記光線３１を２度反射させるように構成することで省スペース化を図っている。図２に戻って説明する。表示パネル２１は、例えば０．８型等、小型の表示パネルであり、スピードメータの他、タコメータ、水温計、燃料計など各種計器類の値が表示される。表示パネル２１が小型であるから表示される画像も小さく、そのために凹面ミラー２８によって画像が拡大されるが、凹面ミラー２８は画像の拡大だけでなく、フロントガラス１５による歪みを補正するので、凹面ミラー２８の反射光による画像はそのままでは歪んだ画像となるが、フロントガラス１５の湾曲面による反射を経て正常な画像として見えるようになる。

図４に示すように、光源装置２２はＬＥＤ３５と光量調節用のＮＤフィルタ３７を備え、前記ＬＥＤ３５から射出された光は前記ＮＤフィルタによって光量を調節されて前記表示パネル２１の背面を一様に照射する。光源装置２２から射出された光は表示パネル２１を透過して前記表示パネル２１から出射される。照明装置２５はカラーフィルタ３８とＮＤフィルタ３９を備える。外光３０は集光レンズ２４によって集光され、前記カラーフィルタ３８によって前記ＬＥＤ３５の色と同じになるように合わせられた後に前記ＮＤフィルタ３９によって光量の調節が行われ、前記切替ミラー２６に向かって射出され前記表示パネル２１の背面を一様に照射する。

図５に示すように、前記照明装置２５には、前述のカラーフィルタ３８とＮＤフィルタ３９の他に、前記外光の輝度を検知するためのフォトダイオード（受光センサ）５１と、前記集光レンズ２４の近傍に設けられ外光を採光して前記フォトダイオード５１を照射する採光レンズ５２と、前記フォトダイオード５１によって検知された外光の光量レベルが閾値より大きいか小さいかを判断する判断回路（判断手段）５３と、前記判断回路５３の判断結果に基いて前記ミラー２６の停止位置を切替えるモータドライブ機構５４を制御するモータ制御回路５５が設けられている。モータドライブ機構５４は、モータ５６とギヤ列５７とから構成される。

次に、上記実施形態の作用について説明する。車外の外光輝度が非常に高く明るい場合は切替ミラー２６を前記Ｂの位置にする。外光３０はダッシュボード１３に設けられた開口から露呈した集光レンズ２４によって集光し、カラーフィルタ３８及びＮＤフィルタ３９を透過した後に照明装置２５から射出され、切替ミラー２６によって反射されて表示パネル２１の背面を一様に照射する。表示パネル２１で画像情報を与えられた光線３１は表示パネル２１から射出され、平面ミラー２７及び凹面ミラー２８で反射され再び平面ミラー２７で反射されて射出窓２９から射出される。射出窓２９から射出された光線３１は、フロントガラス１５で反射して運転者１４の前方数メートルのところに虚像１６として前記画像を表示する。このときの虚像１６は、外光３０を集光し拡大したものであるから、その輝度は周囲の外光に比べて十分に明るいので、像が見え難いことはない。

夜間など車外の外光輝度が低く暗い場合は切替ミラー２６を前記Ａの位置にする。光源装置２２のＬＥＤ３５が発光し、ＮＤフィルタ３７を透過した後に光源装置２２から射出され、直接、表示パネル２１の背面を一様に照射する。表示パネル２１で画像情報を与えられ射出された光線３１は、前述と同様に平面ミラー２７及び凹面ミラー２８で反射されフロントガラス１５で反射して運転者１４の前方数メートルのところに虚像１６として前記画像を表示する。このときの虚像１６は、ＬＥＤ３５を光源としたものであり前記外光３０を光源とした時と比べて輝度は低いが、フロントガラス１５の外はより暗いので画像を表示する輝度として周囲に比べて十分に明るく、像が見え難いことはない。

次に、別の実施形態について説明する。図６に示すように、光源装置６２は、ＬＥＤ３５と、前記ＬＥＤ３５の発光量を調節する発光量調節回路６３と、前記ＬＥＤ３５から射出された光の色を任意に変更可能なカラーフィルタ６４と、を備える。照明装置６５は、カラーフィルタ３８とＮＤフィルタ３９とを備える。外光３０は集光レンズ２４によって集光され、前記カラーフィルタ３８によって前記ＬＥＤ３５の色と同じになるように合わせることができ、その後前記ＮＤフィルタ３９によって光量の調節が行われる。前記光源装置６２の射出する光と、前記照明装置６５の射出する光の交点にハーフミラー４０が配置され、前記光源装置６２の射出する光は前記ハーフミラー４０の背面側より前記ハーフミラー４０を透過して前記表示パネル２１の背面を一様に照射し、前記照明装置６５の射出する光は前記ハーフミラー４０で反射されて前記表示パネル２１の背面を一様に照射する。

図７に示すように、前記照明装置６５には、前述のカラーフィルタ３８とＮＤフィルタ３９の他に、前記外光の輝度を検知するためのフォトダイオード（受光センサ）５１と、前記集光レンズ２４の近傍に設けられ外光を採光して前記フォトダイオード５１を照射する採光レンズ５２と、が設けられている。前記フォトダイオード５１の検知した外光輝度値情報は前記発光量調節回路６３に送られ、前記発光量調節回路６３は前記外光輝度値情報に基いて前記フォトダイオード５１の発光光量を調節する。例えば、前記外光輝度値が十分に高い場合は前記フォトダイオード５１の発光を停止し、前記外光輝度値が低い場合は前記フォトダイオード５１はフル発光させる。前記外光輝度値が中間の値を示した場合は前記フォトダイオード５１の発光をフル発光時の半分の光量とするなどの調整を行う。

この構成によって、車外の外光輝度が非常に高く明るい場合には前記外光３０を光源とし、外光輝度が非常に低く暗い場合には前記ＬＥＤを光源とし、必要に応じて前記ＬＥＤの発光量を調節して前記表示パネル２１の背面を照射する。どのような場合であっても光源として十分の明るさを確保することができ、前記フロントガラス１５に表示される虚像１６は十分に明るく、見え難いことはない。

上記実施形態におけるハーフミラー４０は平面ガラスで構成するものだけでなく、プリズムを用いたものであっても良い。また、光源としてＬＥＤを用いたが、ＬＥＤに限らず、他の周知のランプ等を用いても良い。前記光源装置２２にカラーフィルタ６４を用いても良い。前記集光レンズ２４は、必ずしもレンズでなくても良く、任意の形状としても良い、更に、集光手段を設けず、採光窓２３が開口のままであっても良い。また、採光窓と射出窓が１つの開口であっても良い。

上記実施形態では、判断回路５３の判断結果によって切替ミラー２６の位置を切替えたが、判断回路５３の判断結果によってＮＤフィルタ３９を制御するようにしても良い。

前記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１０を搭載する移動体として自動車１２を用いて説明したが、前記移動体は自動車１２などの車両に限るものではなく、例えば、飛行機などの飛行体であっても良いし、船舶であっても良い。

本発明を実施したヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の運転席の模式図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す図である。 平面ミラーと曲面ミラーの構成を示す図である。 光源装置と照明装置の構成を示す図である。 照明装置による切替えミラーの構成を示す模式図である。 ハーフミラーを用いた別の実施形態の構成を示す図である。 別の実施形態の光源装置と照明装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０ ヘッドアップディスプレイ装置
１２ 自動車（移動体）
１３ ダッシュボード
１４ 運転者（乗員）
１５ フロントガラス
１６ 虚像
２１ 表示パネル（透過型液晶表示パネル）
２２，６２ 光源装置
２３ 採光窓
２４ 集光レンズ（集光手段）
２５，６５ 照明装置
２６ 切替ミラー
２７ 平面ミラー
２８ 凹面ミラー
２９ 射出窓
３０ 外光
３１ 光線
３５ ＬＥＤ
３７，３９ ＮＤフィルタ（調光手段）
３８，６４ カラーフィルタ
４０ ハーフミラー
５１ フォトダイオード（受光センサ）
５２ 採光レンズ
５３ 判断回路（判断手段）
５４ モータドライブ機構
５５ モータ制御回路
５６ モータ
５７ ギヤ列
６３ 発光量調節回路（調光手段）
Ａ 照明装置の光を遮断するミラーの位置
Ｂ 照明装置の光を反射させるミラーの位置

Claims (8)

1. 透過型液晶表示パネルに表示された画像の拡大画像を、移動体のフロントガラスで反射させて、前記移動体の乗員に前記画像の虚像を視認させる移動体用のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記透過型液晶表示パネルに背面より光を照射する光源装置と、
   採光窓を通して得た外光を前記透過型液晶表示パネルの背面に照射する照明装置と、
   前記照明装置の発する光を遮断する位置と、前記照明装置の光を前記透過型液晶表示パネルに向けて反射させる位置とに切替え可能に設けられたミラーと、
   を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記外光の光量を検知する受光センサと、前記受光センサが検知した光量が閾値より大きいか小さいかを判断する判断手段と、前記判断手段の判断結果によって前記ミラーの切替え駆動を行うモータドライブ機構と、を備えたことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 透過型液晶表示パネルに表示された画像の拡大画像を、移動体のフロントガラスで反射させて、前記移動体の乗員に前記画像の虚像を視認させる移動体用のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記透過型液晶表示パネルに背面より光を照射する光源装置と、
   採光窓を通して得た外光を前記透過型液晶表示パネルの背面に照射する照明装置と、
   前記光源装置の発する光を透過するとともに前記照明装置からの光を前記透過型液晶表示パネルに向けて反射させるハーフミラーと、
   を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記光源装置及び照明装置はそれぞれに光量を調節する調光手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記調光手段は、ＮＤフィルタであることを特徴とする請求項４記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記光源装置は、発光光源としてＬＥＤを備え、前記調光手段として前記ＬＥＤの発光量を調節する発光量調節手段を備えたことを特徴とする請求項４または５記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記照明装置はカラーフィルタを備え、照明光の色を変更可能としたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記照明装置は前記外光を集光する集光手段を備えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
   

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