JP2013011645A

JP2013011645A - 虚像表示装置

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Publication number: JP2013011645A
Application number: JP2011142677A
Authority: JP
Inventors: Kenji Aono; 賢司青野
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2031-06-28
Also published as: JP5741251B2

Abstract

【課題】簡単な機構を用い、乗員の感覚に合わせた奥行きの調整や、表示内容に合わせて最適な虚像の前後関係を保つように変更する。
【解決手段】凹面鏡４０から液晶表示パネル１１までの光路長Ｓ１より、凹面鏡４０から液晶表示パネル２１までの光路長Ｓ２が長くなるように、液晶表示パネル１１，２１が配置されているため、第一の虚像Ｖ１と第二の虚像Ｖ２との間で観察者の目から虚像表示までの表示距離に差が生じることによって、第一の虚像Ｖ１と第二の虚像Ｖ２の合成虚像である第三の虚像Ｖ３が奥行きを有して表示される。
【選択図】図４

Description

本発明は、虚像を表示する虚像表示装置に関するものである。

従来より、虚像を表示する車両用表示装置が種々提案されており、例えば特許文献１，２に開示されている。特許文献１に開示された車両用表示装置は、車両のダッシュボード１に配設された表示装置２が投射する表示光Ｌをフロントガラス３で運転者４の方向に反射させ、虚像Ｖ１，Ｖ２を表示させるものである（図９参照）。表示装置２は、第一の表示器５と、第二の表示器６と、ハーフミラー７とを有しており、これらの第一の表示器５，第二の表示器６，ハーフミラー７はハウジング９に収容されている。

第一の表示器５は、ハーフミラー７から所定間隔ａを有して配置されており、第一の表示器５が発した表示光は、ハーフミラー７を透過し、フロントガラス３に投射される。一方、第二の表示器６は、ハーフミラー７から所定間隔ｂを有して配置されており、第二の表示器６が発した表示光は、ハーフミラー７で反射され、フロントガラス３に投射される。斯かる構成により、表示装置２は、第一の表示器５にて虚像Ｖ１を表示させると共に、第二の表示器６にて虚像Ｖ２を表示させることができる（図９参照）。

一方、特許文献２に開示された車両用表示装置も同様に、第一の表示器１１０が発する第一の表示光Ｌ１と第二の表示光Ｌ２を、透過反射板１３０にて第一の表示光Ｌ１を透過させると共に、第二の表示光Ｌ２を反射させる。第一の表示器１１０は、透過反射板１３０に対して第一の所定角度Ａ１を有して配置された第一の表示パネル１６０を有し、第二の表示器１２０は、透過反射板１３０に対して第二の所定角度Ａ２を有して配置された第二の表示パネル２６０を有する。凹面鏡１７０は、透過反射板１３０を透過した第一の表示光Ｌ１と、透過反射板１３０にて反射された第二の表示光Ｌ２と、を更に反射させる。このような構成により、表示装置１００は虚像Ｖ１、Ｖ２が異なる所定の角度で表示されるため、立体感のある虚像表示をすることができる（図１０参照）。

また、特許文献３には、透過反射板の位置を動かすことで、虚像が表示される位置を調整可能な車両用表示装置が開示されている。

実開昭６３−１６４０３８号公報特開２００７−２６４５２９号公報特開平５−１２４４５７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用表示装置では、表示器が固定されている為に、虚像の表示位置が限定され、乗員が奥側にある虚像に違和感を感じる場合でも、奥行きの度合いを調整できないという問題があった。また、特許文献２に記載の車両用表示装置は、立体感のある虚像表示を可能とするが、水平に表示される虚像と略垂直に表示される虚像とが常に一定の間隔で位置するため、表示内容が限定されてしまうという問題点があった。また、特許文献３に記載の車両用表示装置は、虚像の表示位置を調整する構造であるが、透過反射板を摺動させる機構が複雑であるために、組み立て性やコストの面で改良が必要とされていた。

本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、簡単な機構を用い、乗員の感覚に合わせた奥行きの調整や、表示内容に合わせて最適な虚像の前後関係を保つように変更することができる虚像表示装置を提供するものである。

本発明は、請求項１に記載のように、第一の画面を有し第一の表示光を発する第一の表示器と、
第二の画面を有し第二の表示光を発する第二の表示器と、
前記第一の表示光または前記第二の表示光の一方を透過させると共に前記第一の表示光または前記第二の表示光の他方を反射させる透過反射板と、
前記第一の表示器に第一の画像を表示させ前記第二の表示器に第二の画像を表示させる制御手段と、
前記第一の表示光及び前記第二の表示光を反射させる投影部材と、
前記投影部材の角度を調整する角度調整機構と、を備え、
前記第一の表示光及び前記第二の表示光を第一の虚像及び第二の虚像として表示させる虚像表示装置であって、
前記制御手段は、前記第一の画面における前記第一の画像の位置と、前記第二の画面における前記第二の画像の位置と、に対応して前記角度調整機構を制御して前記投影部材の角度調整を行うものである。

また、本発明は、請求項２に記載のように、前記制御手段は、前記第一の虚像と前記第二の虚像との合成虚像である第三の虚像の表示位置が変化しないように、前記角度調整機構を制御して前記投影部材の角度調整を行うものである。

簡単な機構を用い、乗員の感覚に合わせた奥行きの調整や、表示内容に合わせて最適な虚像の前後関係を保つように変更することができる。

本発明の実施形態を示す光路説明図。同上実施形態を示す概略図。液晶表示器の構成を示す概略図（断面図）。本発明の実施形態を示す虚像の説明図。同上実施形態を示す画像図（ａ）及び虚像図（ｂ）。同上の第１の表示モードを示す構成図。同上の第２の表示モードを示す構成図。同上の第３の表示モードを示す構成図。従来例を示す概略構成図。従来例を示す概略構成図。

以下、本発明を車両用ヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を説明する。車両用表示装置Ａは、液晶表示器（第一の表示器）１０と、液晶表示器（第二の表示器）２０と、ハーフミラー（透過反射板）３０と、凹面鏡（投影部材）４０と、凹面鏡４０の角度を変える角度調整機構５０と、角度調整機構５０を駆動するステッピングモータ６０とを有している。

液晶表示器１０は、液晶表示パネル１１，発光ダイオード１２，導光体１３を有している。液晶表示パネル１１は、ＴＦＴ型液晶セルの前後両面に偏光膜を貼着したものである。発光ダイオード１２は、液晶表示パネル１１を透過照明する。液晶表示器１０は、表示光（第一の表示光）Ｌ１を発する。

液晶表示器２０は、液晶表示パネル２１，発光ダイオード２２，導光体２３を有している。液晶表示パネル２１は、ＴＦＴ型液晶セルの前後両面に偏光膜を貼着したものである。発光ダイオード２２は、液晶表示パネル２１を透過照明する。液晶表示器２０は、表示光（第二の表示光）Ｌ２を発する。

ハーフミラー３０は、ガラス基板に反射膜を蒸着形成したものである。ハーフミラー３０は、傾斜配置されており、このハーフミラー３０の後方に液晶表示器１０が配置され、下方に液晶表示器２０が配置されている。ハーフミラー３０は、表液晶表示器１０が発した表示光Ｌ１を透過させると共に、液晶表示器２０が発した表示光Ｌ２を反射させる。

凹面鏡４０は、ポリカーボネート（ＰＣ）等の樹脂にアルミニウム（Ａｌ）を蒸着させ反射膜を形成したものである。凹面鏡４０は、表示光Ｌ１，Ｌ２を車両運転者Ｄの方向に反射させる。車両運転者Ｄは、ステアリングホイールＢ越しに、車両用表示装置Ａから出射した表示光Ｌ１，Ｌ２からなる虚像Ｖ１，Ｖ２を視認する（図２参照）。

角度調整機構５０は、ＰＢＴ等の樹脂からなるミラーホルダー５１と、歯車部５２と、軸部５３とから構成され、軸部５３はハウジングに設けられた軸受部（図示せず）に軸支されている。

ステッピングモータ６０は、ステッピングモータ６０の回転軸に取付られた歯車部６１が角度調整機構５０の歯車部５２と噛み合うことで、歯車部５２を駆動し、ミラーホルダー５１を回動し、ミラーホルダー５１に設けられた両面粘着テープによって接着されている凹面鏡４０の角度を変えることで、表示光Ｌ１，Ｌ２からなる虚像Ｖ１，Ｖ２の投射方向を調整する。

制御手段７０は、マイクロコンピュータ等からなり、画像Ｐ１，Ｐ２の表示位置によって、変化する虚像Ｖ１，Ｖ２の投影方向を調整するために、ステッピングモータ６０にて、凹面鏡４０の角度調整を行う。

制御手段７０は、液晶表示パネル１１，２１の画面Ｇ１，Ｇ２に画像Ｐ１，Ｐ２を表示させると共に、発光ダイオード１２，２２を駆動する。液晶表示パネル１１に表示される画像Ｐ１は、燃料計，走行距離計，自車両を模式的に表したもの等である。液晶表示パネル２１に表示される画像Ｐ２は、車両速度，道路などを模式的に表したものである。前記道路は、遠くの個所が狭く、近くの個所が広い、遠近法にて描写されている。制御手段７０は、液晶表示器１０，２０の表示制御を行う（図５参照）。

次に、図４から図８に基づいて、第一から第三の表示モードについて説明する。

図４に示すように、液晶表示パネル１１は、光軸に対して垂直に配置され、液晶表示パネル２１は、光軸に対して傾斜を有するように配置されており、虚像Ｖ１，Ｖ２は、側面視で略垂直に表示される。

図６に示す第一の表示モードは、凹面鏡４０の曲率半径Ｒ＝６００ｍｍ、アイポイントセンターから虚像Ｖ１までの距離をＬ＝１５００ｍｍ、アイポイントセンターから凹面鏡までの距離をＬ’＝１０００ｍｍ、液晶表示パネル２１の垂線の光軸に対する傾きを１５°とし、液晶表示器１０から出射される光束が凹面鏡４０で反射する際の光軸の傾きの角度が２８．８°（入射角１４．４°）、液晶表示パネル１１と凹面鏡４０との間の光路長がＳ１＝１８３．８ｍｍ、液晶表示パネル２１と凹面鏡４０との間の光路長がＳ２＝１８８．１ｍｍとなる。

この場合、液晶表示パネル１１，２１は、凹面鏡４０から液晶表示パネル１１までの光路長Ｓ１より、凹面鏡４０から液晶表示パネル２１までの光路長Ｓ２が長くなるように配置されているため、虚像Ｖ１と虚像Ｖ２との間で観察者の目から虚像表示までの表示距離に差が生じることによって、虚像Ｖ１と虚像Ｖ２の合成虚像である虚像Ｖ３が奥行きを有して表示される。

次に図７及び図８に基づいて、運転者の操作又は虚像Ｖ３の表示内容の変更によって、虚像Ｖ３の奥行きが大きくなる場合を第二の表示モード、虚像Ｖ３の奥行きが小さくなる場合を第三の表示モードとして説明する。なお、運転者の操作とは、詳細は省略するが、例えば押しボタンスイッチなどを操作することによって、液晶表示パネル１１，２１の画面Ｇ１，Ｇ２における画像Ｐ１，Ｐ２の位置を移動させた場合などを意味する。

図７に示す第二の表示モードにおける虚像表示装置は、凹面鏡４０の曲率半径をＲ＝６００ｍｍ、アイポイントセンターから虚像Ｖ１までの距離をＬ＝１５００ｍｍ、アイポイントセンターから凹面鏡４０までの距離をＬ’＝１０００ｍｍとしてある。画像Ｐ１，Ｐ２の表示位置が中心よりも約１３ｍｍ上方に移動したことで、液晶表示パネル１１と凹面鏡４０との間の光路長Ｓ１と、液晶表示パネル２１と凹面鏡４０との間の光路長Ｓ２と、の差が第一の表示モードよりも大きくなる（例えば、＋３．６ｍｍ）。

凹面鏡４０に入射する表示光Ｌ１の角度が小さくなると、凹面鏡４０によって運転者側に反射され、さらに運転者側に向う投影光の角度も小さくなるので、第一の表示モードで表示される画像位置よりも下方に表示される。

この場合、液晶表示パネル１１，２１は、凹面鏡４０から液晶表示パネル１１までの光路長Ｓ１より、凹面鏡４０から液晶表示パネル２１までの光路長Ｓ２がより長くなるように配置されているため、虚像Ｖ１と虚像Ｖ２の間で観察者の目から虚像表示までの表示距離に差が生じることによって、虚像Ｖ３がより奥行きを有するように表示することができる。

また、このとき、液晶表示パネル１１，２１に部分的に表示される画像Ｐ１，Ｐ２の表示位置が画面の中心より約１３ｍｍ上方に移動するが、凹面鏡４０の角度が、軸部５３を中心として反時計回りに回転（例えば２°）されることで、合成画像Ｌ３の投射方向は一定に保持され、運転者の方向に向かう虚像Ｖ３の位置は変わらずに運転者が視認できるように調整することも可能である。

図８に示す第三の表示モードにおける虚像表示装置は、凹面鏡４０の曲率半径をＲ＝６００ｍｍ、アイポイントセンターから虚像Ｖ１までの距離をＬ＝１５００ｍｍ、アイポイントセンターから凹面鏡４０までの距離をＬ’＝１０００ｍｍとしてある。画像Ｐ１，Ｐ２の表示位置が中心よりも約１３ｍｍ下方に移動したことで、液晶表示パネル１１と凹面鏡４０との間の光路長Ｓ１と、液晶表示パネル２１と凹面鏡４０との間の光路長Ｓ２との差が第一の表示モードよりも小さくなる（例えば−３．５ｍｍ）。

凹面鏡４０に入射する表示光Ｌ１の角度が大きくなると、凹面鏡４０によって運転者側に反射され、さらに運転者側に向う投影光の角度も大きくなるので、第一の表示モードで表示される画像位置よりも上方に表示される。

この場合、液晶表示パネル１１，２１は、凹面鏡４０から液晶表示パネル１１までの光路長Ｓ１と、凹面鏡４０から液晶表示パネル２１までの光路長Ｓ２との差が短くなるように配置されているため、虚像Ｖ１と虚像Ｖ２の間で観察者の目から虚像表示までの表示距離にほとんど差が生じないために、虚像Ｖ３が奥行きを有さないように表示することができる。

また、このとき、液晶表示パネル１１，２１に部分的に表示される画像Ｐ１，Ｐ２の表示位置が画面の中心より約１３ｍｍ下方に移動するが、凹面鏡４０の角度が、軸部５３を中心として時計回りに回転（例えば２°）されることで、合成画像の投射方向は一定に保持され、運転者の方向に向かう虚像Ｖ３の位置は変わらずに運転者が視認できるように調整することも可能である。

凹面鏡４０から液晶表示パネル１１までの光路長Ｓ１と、凹面鏡４０から液晶表示パネル２１までの光路長Ｓ２との差が短くなるように配置され、液晶表示パネル１１、２１の光軸に対する角度がそれぞれ異なるように構成されているため、第一の画像Ｐ１と第二の画像Ｐ２の表示位置が変化するに伴って、光路長Ｓ１、Ｓ２との差にも変化が生じ、第一の虚像Ｖ１と第二の虚像Ｖ２の合成虚像である第三の虚像Ｖ３の奥行きを変化させることができる。

このように、本発明は、虚像表示の奥行きの調節が困難であることに着目してなされたものであり、本実施形態によれば、簡単な機構を用い、乗員の感覚に合わせた奥行きの調整や、表示内容に合わせて最適な虚像の前後関係を保つように変更することができる。

１０液晶表示器（第一の表示器）
１１液晶表示パネル
２０液晶表示器（第二の表示器）
２１液晶表示パネル
３０ハーフミラー（透過反射板）
４０凹面鏡（投影部材）
５０角度調整機構
６０ステッピングモータ
７０制御部（制御手段）
Ｇ１第一の画面
Ｇ２第二の画面
Ｌ１表示光（第一の表示光）
Ｌ２表示光（第二の表示光）
Ｐ１第一の画像
Ｐ２第二の画像
Ｖ１第一の虚像
Ｖ２第二の虚像
Ｖ３第三の虚像
Ｓ１第一の表示器から凹面鏡までの距離
Ｓ２第二の表示器から凹面鏡までの距離

Claims

第一の画面を有し第一の表示光を発する第一の表示器と、
第二の画面を有し第二の表示光を発する第二の表示器と、
前記第一の表示光または前記第二の表示光の一方を透過させると共に前記第一の表示光または前記第二の表示光の他方を反射させる透過反射板と、
前記第一の表示器に第一の画像を表示させ前記第二の表示器に第二の画像を表示させる制御手段と、
前記第一の表示光及び前記第二の表示光を反射させる投影部材と、
前記投影部材の角度を調整する角度調整機構と、を備え、
前記第一の表示光及び前記第二の表示光を第一の虚像及び第二の虚像として表示させる虚像表示装置であって、
前記制御手段は、前記第一の画面における前記第一の画像の位置と、前記第二の画面における前記第二の画像の位置と、に対応して前記角度調整機構を制御して前記投影部材の角度調整を行うことを特徴とする虚像表示装置。
前記制御手段は、前記第一の虚像と前記第二の虚像との合成虚像である第三の虚像の表示位置が変化しないように、前記角度調整機構を制御して前記投影部材の角度調整を行うことを特徴とする請求項１に記載の虚像表示装置。