JP2012103331A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、ユーザーが偏光サングラスをかけている時とそれ以外の時との双方で、高い視認性を確保できるようにする。
【解決手段】液晶ディスプレイ２の表示面から出射された出射光の、ウインドシールド面に至るまでの経路上に、当該出射光を、ウインドシールド面に対し水平方向に振動する成分の比率を増ずる形で偏光出射させる第一偏光モードと、ウインドシールド面に対し垂直方向に振動する成分の比率を保持又は増ずる形で偏光出射させる第二偏光モードとの間で偏光モードを切り替え可能な偏光変換手段４を設け、ユーザー操作に基づいて主制御部５がそれら偏光モードを切り替え可能とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）は、液晶ディスプレイの表示面から出射された光を、車両のフロントガラス等のウインドシールド面に反射させ、その反射像をユーザーに視認させるものであり、近年では、車両のフロントガラスに各種の車両情報を画像表示するものがある（特許文献１）。

こうした従来のヘッドアップディスプレイでは、液晶ディスプレイにＴＮ（Twisted Nematic）モードが多用されるが、この場合、液晶ディスプレイからの出射偏光がその水平面に対して４５°の角をなす、いわゆる４５°偏光であることが多い。

特開２００８−２８００２６号公報

しかしながら、液晶ディスプレイの表示面から出射された光のうち、該フロントガラスに対して垂直方向に振動する成分：P波は、その反射率が減衰し易く、他方、フロントガラスに対して水平方向に振動する成分：Ｓ波は、その反射率が比較的高い。このため、液晶ディスプレイの表示面から出射された光をＳ波を主とする偏光とすれば、高い反射率が確保されて、ユーザーが反射像を視認し易くなる。しかしながら、これは裸眼等のユーザーに限った話であり、車両運転時に比較的使用されている偏光サングラス（Ｓ波を吸収するように偏光板が設置されている）をかけたユーザーには、Ｓ波が遮断されるため、かえって視認性が悪くなってしまう。逆に、Ｐ波を主とする偏光とすれば、今度はＰ波の反射時の減衰によって反射像そのものが視認し難くなってしまう。

本発明の課題は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置において、ユーザーが偏光サングラスをかけている時とそれ以外の時との双方で、高い視認性を確保できるようにすることにある。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、液晶ディスプレイの表示面から出射された光を、車両の水平方向に対し傾斜配置されるウインドシールド面に反射させ、その反射像をユーザーに視認させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
液晶ディスプレイの表示面から出射された出射光の、ウインドシールド面に至るまでの経路上に設けられ、当該出射光を、ウインドシールド面に対して水平方向に振動する成分の比率を増ずる形で偏光して出射させる第一偏光モードと、ウインドシールド面に対して垂直方向に振動する成分の比率を保持又は増ずる形で偏光して出射させる第二偏光モードとの間で偏光モードを切り替え可能な偏光変換手段と、
偏光変換手段の偏光モードを切り替える偏光モード切替手段と、
を備えることを特徴とする。

なお、本発明において、ウインドシールド面に対する水平方向に振動する光（波）とは、車両の水平方向に対し傾斜配置されるウインドシールド面（傾斜面）に当該光が入射するときの入射方向に対して垂直な平面上に、当該ウインドシールド面を投影し、その投影面上におけるウインドシールド面の傾斜方向に対し垂直な方向に振動する光と定め、他方、ウインドシールド面に対して垂直方向に振動する光（波）とは、当該投影面上におけるウインドシールド面の傾斜方向と同方向に振動する光と定めるものとする。

上記本発明の構成によれば、液晶ディスプレイの表示面から出射されて偏光変換手段に入射された光は、ウインドシールド面に対して水平方向に振動するＳ波成分を増ずる形で偏光して出射させる第一偏光モードと、ウインドシールド面に対して垂直方向に振動するＰ波成分を保持又は増ずる形で偏光して出射させる第二偏光モードとの間で切り替えることができる。第一偏光モードが設定されれば、ユーザーの裸眼時における視認性を従来よりも増すことができるし、第二偏光モードが設定されれば、ユーザーが偏光サングラスをかけている時の視認性も確保される。

上記本発明においては、偏光モードを切り替えるためのユーザー操作入力を受け付けるモード切替操作部を備えて構成でき、この場合、偏光モード切替手段は、ユーザー操作入力に基づいて、偏光変換手段に設定される偏光モードを、第一偏光モードと第二偏光モードとの間で切り替えるように構成できる。この構成によると、ユーザー自身が、自身の状況に合わせて偏光モードを変更できる。

上記本発明における偏光変換手段は、液晶の位相差を用いて入射光を他の偏光に変換可能な素子であり、所定電圧の印加の有無に基づいて、第一偏光モードと第二偏光モードとの間で切り替えられるものとすることができる。この構成によると、印加電圧によるスイッチングにより、偏光モードを容易に切り替えることができる。

上記本発明において、第一偏光モードの設定時には、液晶ディスプレイの表示面から出射された出射光が、偏光変換手段において、ウインドシールド面に対して水平方向に振動する偏光に変換されて出射されるように構成できる。この構成によると、第一偏光モードの設定時には、偏光変換手段において、ウインドシールド面するＳ波偏光が出射されるため、ウインドシールド面での反射率が増し、ユーザーの裸眼時における視認性が一層増す。

上記本発明において、第二偏光モードの設定時には、液晶ディスプレイの表示面から出射された出射光が、偏光変換手段において、偏光されることなくそのまま出射される用に構成できる。この構成によると、第二偏光モードの設定時には、偏光変換手段において偏光をしないため、構成を簡素化できる。偏光変換手段において偏光されなければ、偏光変換手段から出射される光にはＰ波が含まれるため、ユーザーが偏光サングラスをかけている時の視認性を確保できる。

上記本発明において、第二偏光モードにおけるウインドシールド面での相対反射率が、第一偏光モードにおけるウインドシールド面での相対反射率の約半分となるように定めることができる。出射光のＰ波成分を増ずることは、ユーザーが偏光サングラスをかけている時の視認性を増すことにつながるが、全体としての視認性が下がるので、上記のように構成することで適切なバランスをとることができる。なお、ここでいう約半分とは、基準値に対する４割以上６割以下の範囲と定めるものとする。

上記本発明において、液晶ディスプレイの表示面から出射される出射光は、ウインドシールド面に対する３０°以上６０°以下の偏光（１５０°以下１２０°以上の偏光も含む）とすることができる。ここでは、例えばウインドシールド面に対する４５°の偏光（１３５°偏光も含む）とすることができる。これにより、近年の４５°偏光出射の液晶ディスプレイに対応可能となる。

なお、本発明において、ウインドシールド面に対する特定の角度の偏光とは、ウインドシールド面（傾斜面）に当該偏光が入射するときの入射方向に対して垂直な平面上に、当該ウインドシールド面を投影し、その投影面上において、当該ウインドシールド面の傾斜方向に垂直な方向に対し、入射する光の振動方向が上記の特定の角度をなす光のことと定めるものとする。

本発明の一実施形態である車両用ヘッドアップディスプレイ装置の車室内の配置を簡略的に示す模式図。 ヘッドアップディスプレイ装置の基本構成を概略的に示す模式図。 図１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の構成を簡略的に示すブロック図。 図１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の構成を簡略的に示す模式図。 ウインドシールド面への入射角と、相対反射率との関係を示すグラフ。 第一偏光モードと第二偏光モードによる偏光の一例を説明する図。 偏光モード切替処理の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の液晶表示装置の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態である車両用ヘッドアップディスプレイ装置の車室内の配置を簡略的に示す模式図であり、図２は、ヘッドアップディスプレイ装置を概略的に示す模式図であり、図３は、図１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置の構成を簡略的に示すブロック図である。

図１の車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射された光を、車両１００の水平方向に対し傾斜配置されるウインドシールドＷＳの内面ＷＳａに反射させ、その反射像をユーザーに視認させる構成を有する。本実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置１の本体部１０が、ウインドシールドＷＳの下側から車両の内側へ延出するインストルメントパネルＩＰの内部に配設されており、表示画像を映し出した液晶ディスプレイ２に対し光源であるバックライト２１から光を照射すると、液晶ディスプレイ２を透過した光がウインドシールドＷＳに入射し、運転席に着座した運転者ＤＲの目に向けて反射されることで表示画像が虚像２Ｖとしてユーザーである運転者ＤＲに捕らえられる。

液晶ディスプレイ２は、液晶層２０ａの両主面を透明電極２０ｂ，２０ｂによって挟み、さらにそれらを偏光板２０ｃ，２０ｃによって挟みこんだ周知の構成を有する液晶パネルであり、電極２０ｂによって液晶層２０ａに電圧を印加することにより液晶分子による偏光が生じ、これにより各画素の階調表示が可能とされる。

なお、液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射される出射光は、Ｓ偏光とＰ偏光の両成分を含む光であり、本実施形態においては、偏光板２０ｃによって表示面２ａからウインドシールド面ＷＳａに対する３０°以上６０°以下の偏光（１５０°以下１２０°以上の偏光も含むものとする）が出射される。具体的にいえば、ここでは図６に示すような、ウインドシールド面ＷＳａに対する４５°の偏光が出射される。

なお、図６に示すように、ウインドシールド面ＷＳａに対する特定の角度の偏光（例えば４５°の偏光）とは、ウインドシールド面（傾斜方向Ｄの傾斜面）ＷＳａに当該偏光が入射するときの入射方向Ｐに対して垂直な平面Ｓ上に、当該ウインドシールド面ＷＳａを投影し、その投影面ＷＳｂ上において、当該ウインドシールド面ＷＳａの傾斜方向Ｃに垂直な方向Ｘに対し、入射する光の振動方向Ｂが上記の特定の角度をなす光のことである。

また、本実施形態において、ヘッドアップディスプレイ装置１の本体部１０は、液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射された出射光の、ウインドシールド面ＷＳａに至るまでの経路３上に、当該経路３を屈曲させるために配置され、入射する光を所定角度で全反射する形で下流に出射する平面鏡（経路変更手段）２２を備える。また、本体部１０は、当該経路３上に、ウインドシールド面ＷＳａに拡大表示されるよう、入射する光を所定角度で全反射する形で下流側に出射する拡大鏡（表示拡大手段）２３を備える。また、本体部１０は、この拡大鏡２３の出射角度を変更するための可動機構（可動手段）２４を備える。可動機構２４は、周知のモータ等の拡大鏡駆動部及びギア等の減速機構を備えて構成され、拡大鏡２３を所定の回転軸線周りに回動可能に構成されている。なお、拡大鏡２３の回転駆動は、所定の拡大鏡角度変更操作部２４Ａへの操作に基づいて、主制御部１０がモータ等の拡大鏡駆動部２４Ｂを駆動制御する形でなされる。

液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射された出射光の、ウインドシールド面ＷＳａに至るまでの経路３上に設けられた偏光変換手段４が設けられる。偏光変換手段４は、図２に示す経路３上において、区間３Ａ、３Ｂ、３Ｃのいずれかの区間に設けられてもよい。ここでは区間３Ａに配置されている。

偏光変換手段４は、表示面２ａから出射されて入射した光を、ウインドシールド面ＷＳａに対して水平方向に振動する成分（Ｓ波）の比率を増ずる形で偏光して出射させる第一偏光モードと、ウインドシールド面ＷＳａに対して垂直方向に振動する成分（Ｐ波）の比率を保持又は増ずる形で偏光して出射させる第二偏光モードとの間で、偏光モードを切り替えることが可能であり、その切り替え制御が主制御部（偏光モード切替手段）５によって実行される。即ち、偏光変換手段４は、主制御部５からの指令に基づく電圧印加によって第一偏光モードと第二偏光モードとが切り替えられ、入射する光を全て各偏光モードにおいて定められている所定の偏光に変換する、あるいは入射する光に対し各偏光モードに応じた所定の偏光変換の実行および非実行を決定する。

なお、図６に示すように、ウインドシールド面ＷＳａに対する水平方向に振動する光（波）とは、車両１００の水平方向に対し傾斜配置されるウインドシールド面（傾斜方向Ｄの傾斜面）ＷＳａに当該光が入射するときの入射方向Ｐに対して垂直な平面Ｓ上に、当該ウインドシールド面ＷＳａを投影し、その投影面ＷＳｂ上におけるウインドシールド面の傾斜方向Ｃに対し垂直な方向Ｂに振動する光と定め、他方、当該ウインドシールド面ＷＳａに対して垂直方向に振動する光（波）とは、当該投影面ＷＳｂ上におけるウインドシールド面の傾斜方向Ｃと同方向に振動する光と定めるものとする。

本実施形態においては、図４及び図６に示すように、第一偏光モードの設定時には、主制御部５による偏光変換手段４への通電がＯＮとされ、液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射された出射光が、偏光変換手段４においてウインドシールド面ＷＳａに対して水平方向に振動する偏光（Ｓ偏光）に変換されて出射（Ｓ偏光出射）される。他方、第二偏光モードの設定時には、主制御部５による偏光変換手段４への通電がＯＦＦとされ、液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射された出射光が、偏光変換手段４において偏光されることなくそのまま出射される。

本実施形態においては、第二偏光モードにおけるウインドシールド面ＷＳａでの相対反射率が、第一偏光モードにおけるウインドシールド面ＷＳａでの相対反射率の約半分となるように、液晶ディスプレイ２の表示面２ａから出射された出射光のウインドシールド面に対する偏光角度を定めることができる。ここでは、４５°の偏光が出射されており、図５の曲線ａに示すように、ウインドシールドＷＳａにおける反射光の反射角θｒが６０°であるから、ウインドシールド面ＷＳａでの相対反射率は、第一偏光モードにおいて約４２％、第二偏光モードにおいてその約半分の２３％となっており、偏光サングラスをかけた時でも裸眼の時でもバランスよく視認できる。

なお、図５の曲線ｂは、液晶ディスプレイ２の表示面２ａからＳ偏光が出射された場合であり、この場合、反射率は高くなって裸眼時等においては見やすいが、偏光サングラスでは見えない。他方、図５の曲線ｃは、液晶ディスプレイ２の表示面２ａからＰ偏光が出射された場合であり、この場合、全体の反射率そのものが低いため、偏光サングラスをかけたところで視認性は非常に悪い。

なお、本実施形態の偏光変換手段４は、液晶の位相差を用いて入射光を他の偏光に変換可能な素子によって構成され、所定電圧の印加の有無に基づいて、前記第一偏光モードと前記第二偏光モードとの間で切り替えられる。ここでの偏光変換手段４は、液晶層４０ａを透明電極４０ｂ，４０ｂで挟み込んで構成された第二の液晶パネルとされており、周知のＩＰＳモード、ＶＡモード、ＴＮモードなど、偏光を変換できる液晶配向モードを有するものであればよい。

ただし、ここでの偏光変換手段４は、全入射光に対し同一の偏光変換をするため、液晶ディスプレイ２のような細かいアレイ状の電極２０ｂが形成される必要はなく、画素（解像度）という観点でいえば液晶ディスプレイ２よりも圧倒的に少なくてよい。例えば、透明電極４０ｂ，４０ｂは、液晶層４０ａの双方の主表面全体をそれぞれが被覆する単一の電極層として構成されていてもよい。

主制御部５は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有した周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、自身のＲＯＭ等のメモリや図示しない外部記憶装置等の記憶部に記憶されたプログラムを実行する形で、各種の制御を実施する。

また、図３に示すように、主制御部５は、偏光モードを切り替えるためのユーザー操作入力を受け付けるモード切替操作部（モード切替スイッチ）７と、偏光変換手段４とに接続しており、当該切替操作部７へのユーザー操作入力に基づいて、偏光変換手段４の偏光モードを、第一偏光モードと第二偏光モードとの間で切り替える。モード切替操作部７は、車室内において、運転席に着座したユーザー（運転者）ＤＲが着座状態のまま操作可能な位置に設けられている。

また、図３に示すように、主制御部５は、表示制御部６とバックライト２１とに接続しており、ヘッドアップディスプレイ装置１による表示を行う際には、ＬＥＤ等の周知の光源からなるバックライト２１を点灯するとともに、所定の車両情報等の表示すべき表示内容を指示する表示指令を表示制御部６に与える。

表示制御部６は、周知の描画ＩＣとして構成されており、自身と接続する記憶部（図示なし）に、液晶ディスプレイ２に表示される各種画像情報を記憶する画像情報記憶領域（画像情報記憶部）を備え、主制御部５から表示指令が入力された場合に、当該表示指令の内容に対応する画像情報をその記憶部の画像情報記憶領域から読み出して、液晶ディスプレイ２に表示させる。

ここで、主制御部５が実行する表示制御処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。

Ｓ１にて、主制御部５は、表示制御部６に対し表示すべき内容を特定可能な形で表示指令を与え、表示データを特定させる。これにより、液晶ディスプレイ２には、当該表示指令に基づく表示がなされる。ここでは、表示するべき所定の車両情報（ここでは車速センサ（車両情報検出手段）９の検出情報）の入力を受けた主制御部５が、これに応じた車速表示がなされるよう表示制御部６に表示指令を出力する。

Ｓ２では、主制御部５が、変更変換手段４を第一偏光モードとするか第二変更モードとするかを判定する。ここでは、モード切替操作部（モード切替スイッチ）７がＯＮとされているか、ＯＦＦとされているかに基づいて判断され、ＯＮとされていれば第一偏光モードが設定され（Ｓ３）、ＯＦＦとされていれば第二偏光モードが設定される（Ｓ４）ように、モード切替操作部４の操作入力に基づいて偏光変換手段４に対する通電制御がなされる。その上でＳ１にて特定された表示データを液晶ディスプレイ２に表示させる。

なお、この表示制御処理は、所定周期で繰り返し実行される。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

上記実施形態においては、第二偏光モードの設定時には、ウインドシールド面ＷＳａに対して垂直方向に振動する成分の比率を保持する形で偏光して出射させており、結果として４５°の偏光が出射されているが、垂直方向に振動する成分の比率を増して偏光出射してもよい。これにより、偏光サングラスをかけたユーザーによる反射像の視認性が増す。

１ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
１００ 車両
２ 液晶ディスプレイ
２ａ 表示面
２１ バックライト
３ 経路
４ 偏光変換手段
５ 主制御部（偏光モード切替手段）
６ 表示制御部
７ モード切替操作部
ＷＳａ ウインドシールド面
ＤＲ 運転者（ユーザー）
ＩＰ インストルメントパネル

Claims (7)

1. 液晶ディスプレイの表示面から出射された光を、車両のウインドシールド面に反射させ、その反射像をユーザーに視認させる車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記液晶ディスプレイの表示面から出射された出射光の、前記ウインドシールド面に至るまでの経路上に設けられ、当該出射光を、前記ウインドシールド面に対して水平方向に振動する成分の比率を増ずる形で偏光して出射させる第一偏光モードと、前記ウインドシールド面に対して垂直方向に振動する成分の比率を保持又は増ずる形で偏光して出射させる第二偏光モードとの間で偏光モードを切り替え可能な偏光変換手段と、
   前記偏光変換手段の偏光モードを切り替える偏光モード切替手段と、
   を備えることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記偏光モードを切り替えるためのユーザー操作入力を受け付けるモード切替操作部を備え、
   前記偏光モード切替手段は、前記ユーザー操作入力に基づいて、前記偏光変換手段に設定される前記偏光モードを、前記第一偏光モードと前記第二偏光モードとの間で切り替えるものである請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記偏光変換手段は、液晶の位相差を用いて入射光を他の偏光に変換可能な素子であり、前記偏光モード切替手段によって、所定電圧の印加の有無に基づいて、前記第一偏光モードと前記第二偏光モードとの間で切り替えられる請求項１又は請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記第一偏光モードの設定時には、前記液晶ディスプレイの表示面から出射された出射光が、前記偏光変換手段において、前記ウインドシールド面に対して水平方向に振動する偏光に変換されて出射される請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記第二偏光モードの設定時には、前記液晶ディスプレイの表示面から出射された出射光が、前記偏光変換手段において、偏光されることなくそのまま出射される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第二偏光モードにおける前記ウインドシールド面での相対反射率が、前記第一偏光モードにおける前記ウインドシールド面での相対反射率の約半分となるように定められている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記液晶ディスプレイの表示面から出射される出射光が、前記ウインドシールド面に対する４５°偏光である請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。