JP2012037241A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＦＴを用いない安価な構成で多重色表示を可能にする車両用表示装置を提供する。
【解決手段】筐体１３と、筐体１３内に設けられた二つの第一表示器１５及び第二表示器１７と、第一表示器１５から一方の面に照射される表示光を透過させるとともに第二表示器１７から他方の面に照射される表示光を反射させる光学素子１９と、光学素子１９を透過及び反射した透過表示光２１及び反射表示光２３を拡大して出射させる拡大ミラー２５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードの異なる発光色で液晶素子を照らす車両用表示装置に関する。

車両用表示装置の一つに車速表示、ウォーニング等の各種情報を運転者の視野内へ重ね表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
図８に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５０１は、車両のウインドシールド５０３の投射エリア５０５に表示デバイス５０７から虚像を投射し、運転者のアイポイント５０９からウインドシールド５０３を透して現認される車両の前景と投射した虚像とを重畳現認させる。

図９に示す表示デバイス５０７に液晶素子５１１を用いる場合、バックライトが必要である。表示デバイス５０７は、図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置５０１の筐体５１３内に設けられ、出射されるバックライトからの表示光が光偏向ミラー５１５にて偏向され、拡大ミラー５１７にて投射エリア５０５へ投射されて虚像を得る。

図１１に示すように、表示デバイス５０７は、液晶素子５１１の背面に、複数の発光ダイオード５１９を備える。この例による発光ダイオード５１９は、ハウジング５２１の小室５２３にそれぞれ配置され、それぞれの発光ダイオード５１９が、液晶素子５１１の対応する部分をバックライト照明する。発光ダイオード５１９は、複数色を発光自在であり、発光ダイオード５１９を赤色、緑色及び青色の３原色の発光ダイオード５１９より構成し、任意の色をフルカラーで発光するようになっている。かかるフルカラー発光可能な発光ダイオード５１９としては、赤色、緑色及び青色のチップを一体的にモールドレンズ内に内装した単独でフルカラー発光自在なタイプ、又は単色の発光ダイオード５１９を最適配列して合成色を作るタイプとすることができる。

特開平１０−３５３２４号公報

しかしながら、上記した赤色、緑色及び青色の発光ダイオード５１９を一体的にモールドレンズ内に内装し、任意の色を単独でフルカラー発光自在とする従来のバックライト構成とすればコスト高となる。また、ＴＦＴ液晶素子のように、色フィルタで表示色をつくるアクティブマトリクス型液晶素子を用いれば、光源で色を変えたり、光合成したりしなくてもよいが、液晶素子自体のコスト高を招く。また、アクティブマトリクス型液晶素子の場合、透過率が悪くなるため、バックライトの高輝度化に反することになる。これを解消するために高輝度光源を用いれば、光源自体のコスト高、放熱部品のコスト高となった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その目的は、ＴＦＴを用いない安価な構成で多重色表示を可能にする車両用表示装置を提供することにある。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 筐体と、前記筐体内に設けられた第一表示器及び第二表示器と、前記第一表示器から一方の面に照射される表示光を透過させるとともに前記第二表示器から他方の面に照射される表示光を反射させる光学素子と、前記光学素子を透過及び反射した透過表示光及び反射表示光を拡大して出射させる拡大ミラーと、を備えることを特徴とする車両用表示装置。

この車両用表示装置によれば、第一表示器と第二表示器から出射される表示光が光学素子である例えばハーフミラーによって透過表示光と反射表示光とに分けられ、これら透過表示光と反射表示光が個別に又は光混合されて拡大ミラーに入射されることで、ＴＦＴを用いない安価な構成で多重色表示が可能となる。

（２） （１）の車両用表示装置であって、前記光学素子と前記拡大ミラーとの間に、該光学素子からの透過表示光及び反射表示光を光偏向する光偏向ミラーを備えたことを特徴とする車両用表示装置。

この車両用表示装置によれば、拡大ミラーの光入射側に光偏向ミラーが配置されることで、拡大ミラーへ照射される表示光の光軸に垂直な方向に第一表示器及び第二表示器を配置することができ、車両用表示装置が車両のインストルメントパネルに設置される場合、設置スペースを浅くすることができる。

（３） （１）又は（２）の車両用表示装置であって、少なくとも前記第一表示器又は前記第二表示器のいずれか一方が光軸に沿う方向に移動可能に設けられていることを特徴とする車両用表示装置。

この車両用表示装置によれば、例えば第二表示器が第一表示器よりも光学素子から遠い位置にあると、第一表示器の虚像より、第二表示器の虚像が、運転者から見て遠くに結像される。また、第二表示器が第一表示器よりも表示光に対して近い位置にあると、第一表示器の虚像より、第二表示器の虚像が、運転者から見て近くに結像される。これにより二つの虚像が前後に存在するかに見え、遠近感が生じて、より高い表現力を得ることが可能となる。

本発明に係る車両用表示装置によれば、ＴＦＴを用いない安価な構成で多重色表示を可能にすることができる。

本発明に係る車両用表示装置を概念的に表した構成図である。 色変え用表示器を用い多重表示にて可能となる表示色変えの例を（ａ）〜（ｄ）で表した表示像バリエーション図である。 第二表示器が移動自在となった変形例に係る車両用表示装置の構成図である。 （ａ）は移動手段がラックピニオンである構成図、（ｂ）は移動手段が回転ギア軸である構成図である。 移動による虚像位置の差異を（ａ）（ｂ）（ｃ）で表した模式図である。 光偏向ミラーを用いない構成図である。 光偏向ミラーを用いない構成において第二表示器を移動自在とした車両用表示装置の構成図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の概念図である。 図８に示した表示器の斜視図である。 図９に示した表示器の断面図である。 図１０に示した表示器を模式的に表した斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る車両用表示装置を概念的に表した構成図である。
本実施の形態では、車両用表示装置がヘッドアップディスプレイ装置１１である場合を例に説明するが、車両用表示装置はこの他、カーナビゲーション装置等の表示装置であってもよい。ヘッドアップディスプレイ装置１１は、ウインドシールドの下方のインストルメントパネル、あるいはインストルメントパネル上に設置され、ウインドシールドの投射エリアに表示光を投射し、投射エリアに表示情報の虚像を形成するもので、運転者のアイポイントからウインドシールドを透して車両の前景と虚像とを運転者に重畳視認させる。

ヘッドアップディスプレイ装置１１は、車両のウインドシールドの下方に設けられ、筐体１３と、筐体１３内に設けられた二つの第一表示器１５及び第二表示器１７と、第一表示器１５から一方の面に照射される表示光を透過させるとともに第二表示器１７から他方の面に照射される表示光を反射させる光学素子１９と、光学素子１９を透過及び反射した透過表示光２１及び反射表示光２３を拡大して出射させる拡大ミラー２５と、を備える。また、本実施の形態では、光学素子１９と拡大ミラー２５の間に光偏向ミラー２７が設けられている。第一表示器１５及び第二表示器１７には表示光を照射するバックライト付き液晶素子が用いられている。

第一表示器１５及び第二表示器１７は、その構成の図示は省略するがケースと、基板に実装された発光ダイオードと、発光ダイオードの光を集光して効率よく拡散板に向かわせるレンズアレイと、液晶素子と、を備える。放熱が必要な場合、基板の裏に伝熱シートを貼り付け、ヒートシンクを設けてもよい。このうち基板、発光ダイオード、レンズアレイがバックライトを構成する。

第一表示器１５及び第二表示器１７の液晶素子には単純マトリクスタイプの液晶素子が用いられている。つまり、白黒表示であり、ＴＦＴ液晶素子に代表されるアクティブマトリックスタイプのような高価な液晶素子は使用しない。液晶素子は、基板に設けられる液晶駆動回路に、画像信号が入力されることによって表示が制御される。また、基板には、発光ダイオードを駆動制御する図示しない発光ダイオード駆動回路が設けられている。これら液晶駆動回路と発光ダイオード駆動回路は、表示制御装置によって同期して駆動制御される。ＴＦＴ液晶素子のように液晶素子側に色フィルタがある表示装置での色変えは容易であるが、色フィルタ透過率が悪く、高輝度な発光ダイオードが必要となる。また、ＴＦＴ液晶素子はコストが高いなどの問題がある。これに対し本構成例によれば、ＴＦＴ液晶素子を使用せず、単純マトリクスタイプを使用するので部材コストを安価にできる。

光学素子１９には、ハーフミラー又は波長選択ミラー（ダイクロイックミラー）のいずれか一方が用いられる。ハーフミラーは、ガラス板に金属薄膜または誘電体多層膜を蒸着し、透過光強度と反射光強度が等しくなるようにしている。波長選択ミラーは、波長選択性を有し、入射光を波長ごとに反射と透過に分けるようにしている。その作用により、可視光線から特定色を反射させて取り出し、その他の波長域の光を透過することによって白色光を青、緑、赤に色分解可能とする。

光学素子１９は、第一表示器１５及び第二表示器１７からの表示光を合波するが、第一表示器１５及び第二表示器１７との相対位置変化などにより合波効率が変化する。例えば、第一表示器１５と光学素子１９の位相がずれると、Ｐ偏光がＳ偏光となってしまい、当初予定していた合波ができない場合がある。また、第一表示器１５と第二表示器１７の位相がずれると、射出方向がずれてしまいやはりうまく合波ができない場合がある。このような場合、光学素子１９と第一表示器１５及び第二表示器１７とを一体型の構成とすることにより、合波効率の変化を抑制し、光量や光量分布について安定した照明光を得ることができる。

本実施の形態によるヘッドアップディスプレイ装置１１では、光学素子１９と拡大ミラー２５との間に、光学素子１９からの透過表示光２１及び反射表示光２３を光偏向する光偏向ミラー２７が設けられている。このように拡大ミラー２５の光入射側に光偏向ミラー２７が配置されることで、拡大ミラー２５へ照射される表示光の光軸２９に垂直な方向に第一表示器１５及び第二表示器１７を共に配置することができ、ヘッドアップディスプレイ装置１１が例えば車両のインストルメントパネルに設置される場合、設置スペースを浅くすることが可能となる。

次に、上記構成のヘッドアップディスプレイ装置１１の作用を説明する。
図２は色変え用表示器を用い多重表示にて可能となる表示色変えの例を（ａ）〜（ｄ）で表した表示像バリエーション図である。
ヘッドアップディスプレイ装置１１では、第一表示器１５と第二表示器１７から出射される表示光が光学素子１９によって透過表示光２１と反射表示光２３とに分けられ、これら透過表示光２１と反射表示光２３が個別に又は光混合されて拡大ミラー２５に入射される。この際の光混合パターンを種々に変えることにより、異なる表示画像を表示させることが可能となる。

例えば、図２（ａ）に示すように、第一表示器１５で第一画像を小丸緑表示し、第二表示器１７で全面赤表示を行なう。合成されると、赤表示中に、第一表示器１５の第一画像が小丸アンバー色の表示となる。図２（ｂ）に示すように、第一表示器１５で第一画像を小丸緑表示し、第二表示器１７で第一画像と同じ第二画像を小丸赤表示する。合成されると、小丸アンバー色の表示となる。図２（ｃ）に示すように、第一表示器１５で第一画像を小丸緑表示し、第二表示器１７で第一画像より大きな第二画像を三角赤表示する。合成されると、第二画像の赤画像の中に、第一表示器１５の第一画像が小丸アンバー色の表示となる。図２（ｄ）に示すように、第一表示器１５で第一画像を小丸緑表示し、第二表示器１７で第一画像と重ならないように第二画像を三角赤表示する。合成されると、それぞれの第一画像と第二画像が独立の表示像となる。この他、第一画像と第二画像の一部分を重ねたり、緑、赤以外の青、黄色等を用いたりすることもできる。

このように、第一表示器１５、第二表示器１７に、色変わり機能以外にセグメントやドット表示機能を持たせれば、多重表示が可能となる。

これにより、ＴＦＴを用いない安価な構成で多重色表示が可能となる。

次に、上記構成によるヘッドアップディスプレイ装置の変形例を説明する。
図３は第二表示器１７が移動自在となった変形例に係る車両用表示装置の構成図、図４（ａ）は移動手段３１がラックピニオン３３である構成図、（ｂ）は移動手段３１が回転ギア軸３５である構成図、図５は移動による虚像位置の差異を（ａ）（ｂ）（ｃ）で表した模式図である。
ヘッドアップディスプレイ装置１１Ａは、少なくとも第一表示器１５又は第二表示器１７のいずれか一方がその光軸２９に沿う方向に移動可能に設けられていてもよい。本変形例では、第二表示器１７が図３の破線で示すように光軸２９に沿う方向に移動される。

図４（ａ）に示すように、移動手段３１としてラックピニオン３３が用いられる構成では、ピニオンモーター３７の駆動によりピニオン３９を介してラック４１に固定された第二表示器１７が直線移動される。なお、これとは逆に、ラック４１を筐体１３に固定し、ピニオンモーター３７を第二表示器１７に固定してもよい。移動距離は、ピニオンモーター３７の正逆回転と、回転量で調整可能となる。回転ギア軸３５が用いられた場合、図４（ｂ）に示すように、駆動モーター４３でギア軸４５が回動されると、ギア軸４５に噛合する固定ナット４７がギア軸上を移動し、固定ナット４７が固定された第二表示器１７の移動を可能とする。移動距離は、駆動モーター４３の正逆回転と、回転量とで調整可能となる。

第一表示器１５又は第二表示器１７のいずれかを移動可能とした構成では、例えば第二表示器１７が第一表示器１５よりも光学素子１９から遠い位置にあると、第一表示器１５の虚像より、第二表示器１７の虚像が、運転者から見て遠くに結像される。また、第二表示器１７が第一表示器１５よりも表示光に対して近い位置にあると、第一表示器１５の虚像より、第二表示器１７の虚像が、運転者から見て近くに結像される。これにより二つの虚像が前後に存在するかに見え、遠近感が生じて、より高い表現力を得ることが可能となる。

より具体的には、図３に示す第一表示器１５と第二表示器１７と光学素子１９との間の距離を等しくした場合、図５（ａ）に示すように、第一虚像Ｖ１と第二虚像Ｖ２は同じ位置に結像する。第二表示器１７が図３のＢ位置にある場合、図５（ｂ）に示すように、第一表示器１５の第一虚像Ｖ１より、第二表示器１７の第二虚像Ｖ２が、運転者から見て遠くに結像する。第二表示器１７が図３のＣ位置にある場合、第一表示器１５の第一虚像より、第二表示器１７の第二虚像が、運転者から見て近くに結像される。

このように、第一表示器１５又は第二表示器１７の位置を移動することで、表示を立体的に提供したり、図５（ａ）〜（ｃ）位置に連続的に移動させたりすることで、運転者に表示を見るように促す（アピールする）ことができ、運転者に注意喚起を行なうことができる。

立体表示における所謂奥行き情報方式は、再現空間内の３次元座標情報を全て表示するものでＸ座標とＹ座標で表される２次元情報に奥行きＺ座標が加わるが、情報量が多量となり実用性が低い。これに対し、本構成によれば、焦点を可変することにより、極めて少ない情報量により奥行き方向の画像情報を容易に加えて、遠近表示を得ることができる。

なお、この場合、第一虚像と第二虚像との間に、輝度差をつけることによりさらに奥行き感を生じさせることができる。図示は省略するが、光学素子１９からの第一表示器１５と第二表示器１７の距離を変え、第一表示器１５の虚像と第二表示器１７の虚像を奥行き方向に重ねて配置した状態とする。そして、遠くの虚像を明るくすれば遠くに感じ、近くの虚像を明るくすれば近くに感じる。両方を同じ明るさにすればその中間にあるように感じさせることができる。これにより、一層遠近表示効果を高めることが可能となる。

次に、上記構成によるヘッドアップディスプレイ装置の他の変形例を説明する。
図６は光偏向ミラー２７を用いない構成図、図７は光偏向ミラー２７を用いない構成において第二表示器１７を移動自在とした車両用表示装置の構成図である。
この変形例では、光偏向ミラー２７を省略し、光偏向ミラー２７の代わりに光学素子１９を用いている。すなわち、ヘッドアップディスプレイ装置１１Ｂは、第一表示器１５からの表示光を光学素子１９によって反射表示光２３として拡大ミラー２５に入射させる。一方、第二表示器１７は、光学素子１９を挟んで拡大ミラー２５の反対側に設けている。第二表示器１７からの表示光は光学素子１９を透過させた透過表示光２１として拡大ミラー２５に入射させている。
また、このような構成とした場合にも図７に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１１Ｃは、第二表示器１７を上記した同様の移動手段３１によって光軸２９に沿う方向に移動自在にすることができる。図例では、第二表示器１７を移動自在とするが、第一表示器１５を移動自在に設けても良い。

この変形例によるヘッドアップディスプレイ装置１１Ｂ，１１Ｃによれば、光偏向ミラー２７を省略することができ、部材コストを安価にできる。また、拡大ミラー２５と第二表示器１７との距離をインストルメントパネルの深さ方向で確保するので、第一表示器１５と光学素子１９との距離を短くでき、広い設置面積の確保し難いインストルメントパネルにも設置を可能にすることができる。

したがって、本実施の形態に係る車両用表示装置によれば、ＴＦＴを用いない安価な構成で多重色表示を可能にすることができる。

１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ ヘッドアップディスプレイ装置（車両用表示装置）
１３ 筐体
１５ 第一表示器
１７ 第二表示器
１９ 光学素子
２１ 透過表示光
２３ 反射表示光
２５ 拡大ミラー
２７ 光偏向ミラー
２９ 光軸

Claims (3)

1. 筐体と、
   前記筐体内に設けられた第一表示器及び第二表示器と、
   前記第一表示器から一方の面に照射される表示光を透過させるとともに前記第二表示器から他方の面に照射される表示光を反射させる光学素子と、
   前記光学素子を透過及び反射した透過表示光及び反射表示光を拡大して出射させる拡大ミラーと、
   を備えることを特徴とする車両用表示装置。
2. 請求項１記載の車両用表示装置であって、
   前記光学素子と前記拡大ミラーとの間に、該光学素子からの透過表示光及び反射表示光を光偏向する光偏向ミラーを備えたことを特徴とする車両用表示装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の車両用表示装置であって、
   少なくとも前記第一表示器又は前記第二表示器のいずれか一方が光軸に沿う方向に移動可能に設けられていることを特徴とする車両用表示装置。