JP2015025715A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スクリーンの裏側に構造物を配置することを容易に実現できるようにした、車両用表示装置を提供する。
【解決手段】車両用表示装置は、プロジェクタ２０およびスクリーン３０を備える。プロジェクタ２０は、車両情報を表した画像の表示光Ｐ１を射出する。スクリーン３０は、表示光Ｐ１が投射されることにより画像を表示するものであり、画像が視認される方向に凹凸した形状に形成されている。そして、表示光Ｐ１は、スクリーン３０に対して視認される側から該スクリーンへ投射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクタから射出された表示光をスクリーンに投射することで、車両情報を表した画像をスクリーンに表示させる車両用表示装置に関する。

特許文献１には、車速等の車両情報を表した画像の表示光を射出するプロジェクタと、射出された表示光が投射されて上記画像を表示するスクリーンと、を備える表示装置が開示されている。詳細には、スクリーンに対して視認者の反対側（裏側）にプロジェクタが配置され、表示光をスクリーンに透過させて投射表示させるように表示装置は構成されている。そして、スクリーンは、画像が視認される方向に凹凸した形状に形成され、これにより、画像を立体的に視認させるようにしている。

特開２００７−３２６４１９号公報

しかしながら、上述の如くスクリーンの裏側から表示光を透過させる構造では、スクリーンの裏側にプリント配線板等の構造物を配置しようとすると、構造物が表示光を遮ることとなる。よって、表示光を遮らないように構造物をスクリーンの裏側に配置することは、実現困難である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、スクリーンの裏側に構造物を配置することを容易に実現できるようにした、車両用表示装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示された発明のひとつは、車両情報を表した画像の表示光を射出するプロジェクタ（２０）と、表示光が投射されることにより画像を表示するスクリーン（３０）と、を備え、スクリーンは、画像が視認される方向に凹凸した形状に形成されており、表示光は、スクリーンに対して視認される側から該スクリーンへ投射されることを特徴とする。

これによれば、表示光は、スクリーンに対して視認される側（表側）から投射されるので、表示光の光路がスクリーンの裏側に位置しないようにできる。よって、表示光を遮ることのないようにスクリーンの裏側に構造物を配置することを、容易に実現できる。

本発明の第１実施形態において、車両用表示装置の全体構成を模式的に示す断面図。 図１に示すスクリーンの断面図。 第１実施形態において、メータ画像の一態様を示す正面図。 本発明の第２実施形態において、車両用表示装置の全体構成を模式的に示す断面図。 本発明の第３実施形態において、車両用表示装置の全体構成を模式的に示す断面図。

以下に、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
図１に示すインストルメントパネル１０は、車両の室内のうちフロントウインドシールドの下方に配置されている。インストルメントパネル１０には、後に詳述する車両用表示装置が設置される。なお、図１中の上下前後方向を示す矢印は、車両用表示装置がインストルメントパネル１０に設置された状態における、車両の上下前後方向を示す。

車両用表示装置は、以下に説明するプロジェクタ２０、スクリーン３０、指針４１等を備える。プロジェクタ２０は、車両情報を表した画像の表示光Ｐ１を射出する。上記画像により表される「車両情報」の具体例としては、車速、エンジン回転速度、自動変速機のシフトレンジ、燃料残量、エンジン冷却水温度、各種警告情報等が挙げられる。

スクリーン３０は光の反射面３０ａを有する樹脂製の板であり、視認方向（図中の矢印Ｐ２に示す方向）に凹凸した形状に形成されている。なお、反射面３０ａは、スクリーン３０の視認される側（視認者Ｍ側）の面全体である。スクリーン３０は、凸部３２が形成された肉厚均一の板形状である。凸部３２は、視認者Ｍ側に隆起した形状、かつ、視認者Ｍ側から見て円環状の形状である（図３参照）。

図２に示すように、スクリーン３０は、上記凸部３２に加え、以下に説明する中央部３１および外周部３３を有した形状である。中央部３１は、スクリーン３０の中央部分を構成し、円環状の凸部３２の内周側に位置する。外周部３３は、円環状の凸部３２の外周側に位置する。中央部３１および外周部３３は、視認方向に対して垂直に拡がる平坦形状である。中央部３１および外周部３３は、凸部３２よりも視認者Ｍから離れて位置するので、凹部であるとも言える。なお、本実施形態では、スクリーン３０に対して垂直な方向が上記「視認方向」である。

凸部３２は、以下に説明する頂部３２ａ、内側傾斜部３２ｂおよび外側傾斜部３２ｃを有する。内側傾斜部３２ｂは、中央部３１の外周端から視認者Ｍ側に向けて徐々に隆起するように傾斜した形状である。頂部３２ａは、内側傾斜部３２ｂの外周端から径方向に拡がる平坦形状である。外側傾斜部３２ｃは、外周部３３の内周端から視認者Ｍ側に向けて徐々に隆起するように傾斜した形状である。

図１の説明に戻り、プロジェクタ２０から射出された表示光Ｐ１は、スクリーン３０の視認者Ｍ側から反射面３０ａに入射し、該反射面３０ａにより視認者Ｍ側へ反射される。反射面３０ａで反射された表示光Ｐ２は、視認者Ｍであるユーザの目に入る。つまり、スクリーン３０への表示光Ｐ１の投射により、スクリーン３０に表示された画像がユーザにより視認される。なお、インストルメントパネル１０の開口部１０ａに透光性を有するカバー１１が取り付けられており、このカバー１１を透過して表示光Ｐ２は視認者Ｍの目に入る。

プロジェクタ２０は、以下に説明する光学歪レンズ２１、表示光生成装置２２および図示しない光源を備える。表示光生成装置２２は、光源の光を液晶パネルに透過させて、所望の画像を表した表示光を生成する。或いは、高速回転するカラーフィルタに光源の光を透過させて、所望の画像を表した表示光を生成する。

表示光生成装置２２により生成された画像には歪みが生じていない。このような画像に歪みを生じさせるのが光学歪レンズ２１である。ここで、スクリーン３０へ投射される表示光Ｐ１は、視認方向に対して平行にはならない。よって、画像の歪みのない表示光をスクリーン３０へ投射すると、歪んだ画像が視認されることになる。これに対し本実施形態では、上記光学歪レンズ２１により画像を歪ませておくので、スクリーン３０で反射した表示光Ｐ２の画像には歪みが含まれないようにできる。

また、スクリーン３０に形成された凹凸により、表示光Ｐ１による凸部３２の影がスクリーン３０上に生じないように、表示光Ｐ１の投射角度およびスクリーン３０の凹凸形状は設定されている。例えば、図２中の符号Ｐａに示す角度で凸部３２に表示光Ｐ１が投射されると、スクリーン３０のうち符号Ｑに示す部分に凸部３２の影が生じてしまう。一方、符号Ｐｂに示す角度で凸部３２に表示光Ｐ１が投射されれば、スクリーン３０に影が生じることはない。このように、凸部３２への投射角度と凸部３２の形状は、上記影が生じないように設定されている。

なお、スクリーン３０のうち視認方向に垂直な方向、つまり図２の例では中央部３１および外周部３３の反射面３０ａに沿う方向Ｐｓに対する、凸部３２への表示光Ｐ１の投射角度が、特許請求の範囲に記載の「投射角度」に相当する。また、図１中の点線に示す範囲で表示光Ｐ１がスクリーン３０に投射されるように、表示光Ｐ１の出射角度θは設定されている。

スクリーン３０の視認者Ｍ側（表側）には指針４１が配置されている。指針４１の回転中心側の端部はボス４２に取り付けられている。これらの指針４１およびボス４２は画像ではなく、樹脂成形された実物である。ボス４２には回転軸４３が取り付けられている。回転軸４３は、スクリーン３０の中央部３１に形成された貫通穴３１ａに挿入され、スクリーン３０の表側から裏側（視認者Ｍ側の反対側）にかけて配置されている。回転軸４３は電動のモータ４４により回転する。

スクリーン３０の裏側には、回路基板４５が配置されている。スクリーン３０および回路基板４５は、所定間隔を空けて平行に並べて配置されている。回路基板４５には、先述したモータ４４、発光ダイオード等の光源４７、およびマイクロコンピュータ（マイコン４６）が実装されている。光源４７は複数実装されており、スクリーン３０の所定部分（図３の符号３１ｂに示す部分）に対向する位置に配置されている。したがって、各々の光源４７は、スクリーン３０に設けられた上記所定部分を透過照明することができる。モータ４４および光源４７はマイコン４６により駆動制御される。なお、特許請求の範囲に記載の「駆動装置」がモータ４４に相当し、「照明装置」が光源４７に相当する。

図３に示すように、スクリーン３０に表示される画像は、複数の部品が組み合わさって構成されたメータ装置を表した画像（メータ画像Ｄ）である。上記「複数の部品」とは、以下に説明する目盛り板Ｄ１０（目盛り板画像）およびダイヤルＤ２０（ダイヤル画像）である。これらの目盛り板Ｄ１０およびダイヤルＤ２０は、実在する部品ではなく画像（部品画像）である。

目盛り板Ｄ１０の表示領域には、複数の目盛りＤ１１（目盛り画像）および数字Ｄ１２（数字画像）が表示されている。これらの目盛りＤ１１および数字Ｄ１２についても、実在する印刷物ではなく画像であり、以下の説明では、これらを単に目盛りＤ１１および数字Ｄ１２と記載する。そして、指針４１は、回転して目盛りＤ１１を指示する。

ダイヤルＤ２０は、複数の目盛りＤ１１および指針４１を取り囲む環状の形状である。目盛り板Ｄ１０は、スクリーン３０の中央部３１および外周部３３に表示される。したがって、ダイヤルＤ２０は目盛り板Ｄ１０よりも表側に存在するように視認される。外側傾斜部３２ｃと外周部３３との境界線がダイヤルＤ２０の外周側の外形線に位置し、内側傾斜部３２ｂと中央部３１との境界線がダイヤルＤ２０の内周側の外形線に位置する。要するに、中央部３１および外周部３３と凸部３２との境界線は、部品画像同士の境界線と一致する。

そして、スクリーン３０の中央部３１および外周部３３は同一の色で表示されており、その色とは異なる色で頂部３２ａおよび傾斜部３２ｂ、３２ｃは表示される。これにより、ダイヤルＤ２０を径方向に跨ぐように目盛り板Ｄ１０が存在すると視認させ、かつ、目盛り板Ｄ１０の表側にダイヤルＤ２０が存在するように視認させることができる。なお、内側傾斜部３２ｂおよび外側傾斜部３２ｃは、中央部３１および外周部３３の色から頂部３２ａの色まで徐々に変化するようにグラデーション表示されている。

目盛り板Ｄ１０の表示領域、つまりスクリーン３０の中央部３１には、警告内容を表した記号または文字が、印刷により表されている。具体的には、透光性を有した材質でスクリーン３０は形成され、スクリーン３０の裏側の面には遮光性の塗料が印刷されている。この印刷は、警告表示部３１ｂ以外の部分に施す。したがって、光源４７を点灯させると警告表示部３１ｂが透過照明される。その結果、目盛り板Ｄ１０の表示領域の中に、印刷されていない警告表示部３１ｂの形状が視認されるようになる。

但し、光源４７の消灯時には、警告表示部３１ｂが視認されないように、警告表示部３１ｂに投射される表示光の輝度、明度、色相、彩度等が設定されている。なお、図２は、プロジェクタ２０から表示光Ｐ１を出射させつつ、全ての光源４７を点灯させている時の表示態様を示す。

車両に搭載された内燃機関の作動を制御する電子制御装置等、マイコン４６とは別の電子制御装置（図示せず）が、各種センサの検出値に基づき車両情報を算出する。マイコン４６は、その電子制御装置から車両情報を取得し、取得した車両情報に応じてモータ４４および光源４７の駆動を制御する。例えば、マイコン４６は、車両情報として取得した車速に応じて、その車速を表す目盛りＤ１１を指示する位置に指針４１を回転させる。また、取得した車両情報に、車両に異常が生じている旨を示す異常信号が含まれている場合には、マイコン４６は光源４７を点灯させる。

以上に説明した本実施形態の車両用表示装置は、要するに、以下に列挙する特徴を備える。そして、それらの各特徴により以下に説明する作用効果が発揮される。

＜特徴１＞
本実施形態によれば、スクリーン３０は視認方向に凹凸した形状であるため、スクリーン３０に表示されるメータ画像Ｄを立体的に視認させるようにできる。つまり、メータ画像Ｄにより表現されている仮想のメータ装置が、実在しているかのようにユーザに錯覚させることができる。詳細には、スクリーン３０の凸部３２にダイヤルＤ２０を表示させ、中央部３１および外周部３３に目盛り板Ｄ１０を表示させる。そのため、ダイヤルＤ２０が目盛り板Ｄ１０より手前側に突出した立体部品であるかのように錯覚させることを促進できる。

その上で、さらに本実施形態では、プロジェクタ２０をスクリーン３０の表側に配置し、スクリーン３０の表側から表示光を投射するので、表示光Ｐ１の光路がスクリーン３０の裏側には位置しなくなる。よって、スクリーン３０の裏側に構造物を配置しても、その構造物により表示光Ｐ１が遮られることはない。そのため、スクリーン３０の裏側にモータ４４、光源４７および回路基板４５等の構造物をスクリーン３０の裏側に配置できるようになる。

＜特徴２＞
本実施形態では、上記構造物としての駆動装置（モータ４４）がスクリーン３０の裏側に配置され、そのモータ４４により回転駆動される指針４１がスクリーン３０の表側に配置されている。

これによれば、仮想の目盛り板Ｄ１０およびダイヤルＤ２０と、実物の指針４１とが組み合わさってメータ画像Ｄが表現される。よって、目盛り板Ｄ１０およびダイヤルＤ２０が実物であるかのように錯覚させることを促進できる。特に、表示光Ｐ１による指針４１の影が視認されやすいように目盛り板Ｄ１０の表示光を設定（例えば高明度または高輝度に設定）すれば、メータ画像Ｄをより一層リアルに視認させることができる。それでいて、プロジェクタ２０から出射させる表示光Ｐ１を変更するだけで、メータ画像Ｄの表示態様を容易に変更できる。

＜特徴３＞
本実施形態では、上記構造物としての照明装置（光源４７）がスクリーン３０の裏側に配置され、その光源４７により、スクリーン３０の所定部分（警告表示部３１ｂ）が透過照明される。これによれば、プロジェクタ２０による表示光Ｐ１と光源４７による透過照明光とが組み合わさって、メータ画像Ｄが表現される。よって、表現の多様性を向上できる。

＜特徴４＞
本実施形態に係る照明装置（光源４７）は、車両に異常が生じた場合に透過照明する。これによれば、プロジェクタ２０が故障して表示光Ｐ１を投射できなくなった場合であっても、車両に異常が生じた旨を光源４７による透過照明で、視認者Ｍに報知することができる。

＜特徴５＞
本実施形態では、スクリーン３０に形成された凹凸の影が生じないように、表示光Ｐ１の投射角度およびスクリーン３０の凹凸形状が設定されている。具体的には、凸部３２への投射角度と凸部３２の形状は、凸部３２の影がスクリーン３０上に生じないように設定されている。そのため、上記影により見栄えが損なわれることを回避しつつ、スクリーン３０に凹凸を形成してメータ画像Ｄの立体視認促進を図ることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、プロジェクタ２０は、インストルメントパネル１０の開口部１０ａの上側に配置されており、スクリーン３０の上側から表示光Ｐ１を投射している。これに対し本実施形態では、図４に示すように、プロジェクタ２０は、開口部１０ａの下側に配置されており、スクリーン３０の下側から表示光Ｐ１を投射している。

プロジェクタ２０の配置以外の構成については、本実施形態に係る車両用表示装置は上記第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が発揮される。

（第３実施形態）
上記第１および第２実施形態では、プロジェクタ２０から出射された表示光Ｐ１を直接スクリーン３０に投射させている。これに対し本実施形態では、図５に示すように、プロジェクタ２０から射出された表示光Ｐ１をスクリーン３０へ向けて反射する反射鏡５０を備えている。反射鏡５０で反射された表示光Ｐ１’は、上記第２実施形態に係る表示光Ｐ１と同様にしてスクリーン３０に投射される。

なお、反射鏡５０には拡大鏡が採用されている。また、上記第１および第２実施形態では、プロジェクタ２０の全体がスクリーン３０の表側に位置しているが、本実施形態では、プロジェクタ２０の一部がスクリーン３０の裏側に位置している。プロジェクタ２０の位置および反射鏡５０以外の構成については、本実施形態に係る車両用表示装置は上記第２実施形態と同様である。

以上により、本実施形態では反射鏡５０を備えるので、プロジェクタ２０からスクリーン３０までの光路距離を長くできる。そのため、表示光Ｐ１の出射角度θを小さくできるので、光学歪レンズ２１により歪ませた画像をスクリーン３０に投射して、歪みのない画像を表示することを高精度で実現できるようになる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記各実施形態では、プロジェクタ２０は、表示光Ｐ１を変化させずに出射し続けており、静止画像を表示させている。これに対し、表示光Ｐ１を変化させて動画を表示させてもよい。また、静止画像および動画のいずれを表示させる場合においても、異なるデザインのメータ画像Ｄを切り替えて表示するようにしてもよい。例えば、目盛り板Ｄ１０やダイヤルＤ２０の色を徐々に変化させたり、切り替えて変化させたりしてもよい。また、ダイヤルＤ２０を消灯させたり、点滅させたりしてもよい。

・警告表示部３１ｂを表示させている時と非表示の時とで、目盛り板Ｄ１０やダイヤルＤ２０の表示態様を変化させてもよい。例えば、警告表示部３１ｂを表示させていない時には目盛り板Ｄ１０やダイヤルＤ２０を青色で表示する。一方、警告表示部３１ｂを表示させている時には、目盛り板Ｄ１０やダイヤルＤ２０を赤色で表示したり、点滅させたりする。

・上記第１実施形態では、複数の目盛りＤ１１は目盛り板Ｄ１０の表示領域に表示されているが、ダイヤルＤ２０の表示領域に表示されていてもよい。

・上記各実施形態では、車両用表示装置により表示される画像をメータ画像Ｄとしている。これに対し、本発明に係る画像はメータ画像Ｄに限定されるものではなく、例えば、ナビゲーション装置による地図の画像であってもよい。この場合、例えば、地図上における自車両の位置が車両情報に相当する。

・上記第１実施形態では、スクリーン３０のうちダイヤルＤ２０を表示させる部分を、スクリーン３０の表側に突出させているが、この部分を裏側に凹ませるように構成してもよい。つまり、スクリーン３０の凹凸を逆向きにしてもよい。

・上記各実施形態では、スクリーン３０のうち凹凸が形成されていない部分（平坦部分）が拡がる方向（図２中の符号Ｐｓ参照）に対して垂直な方向が、視認方向として想定されている。そして、スクリーン３０が視認方向に凹凸した形状であることの一例として、上記各実施形態では、視認方向のうち視認者Ｍ側へ隆起した凸部３２を有した形状を挙げている。これに対し、平坦部分が拡がる方向Ｐｓに対して鋭角または鈍角となる方向が視認方向であってもよい。この場合、平坦部分が拡がる方向Ｐｓに対して鋭角または鈍角となる方向に凸部が隆起する。

・上記第１実施形態では、光源４７により透過照明される所定部分を除き、スクリーン３０の裏側の面には遮光性塗料が印刷されている。これに対し、このような印刷を廃止して、スクリーン３０の裏側の面に、以下に説明する意匠シートを配置してもよい。意匠シートは、透光性の樹脂製シートにより形成され、上記所定部分に対向する部分を除き遮光性塗料が印刷されたものである。

・上記各実施形態では、実物の指針４１およびモータ４４を備えているが、これらの指針４１およびモータ４４を廃止して、表示光Ｐ１により指針をスクリーン３０に表示させてもよい。

・上記各実施形態では、警告表示部３１ｂを光源４７により透過照明しているが、この光源４７を廃止して、表示光Ｐ１により警告画像をスクリーン３０に表示させてもよい。

・図５に示す例では、反射鏡５０は、表示光Ｐ１を拡大して反射する拡大鏡である。これに対し、反射面が平面形状であり拡大させない反射鏡５０を採用してもよい。

２０…プロジェクタ、３０…スクリーン、４１…指針、４４…モータ（駆動装置）、４７…光源（照明装置）、５０…反射鏡。

Claims (6)

1. 車両情報を表した画像の表示光を射出するプロジェクタ（２０）と、
   前記表示光が投射されることにより前記画像を表示するスクリーン（３０）と、
   を備え、
   前記スクリーンは、前記画像が視認される方向に凹凸した形状に形成されており、
   前記表示光は、前記スクリーンに対して視認される側から該スクリーンへ投射されることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記スクリーンに対して視認される側に配置される指針（４１）と、
   前記スクリーンに対して視認される側の反対側に配置され、前記指針を回転駆動させる駆動装置（４４）と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記スクリーンに対して視認される側の反対側に配置され、前記スクリーンの所定部分を透過照明する照明装置（４７）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用表示装置。
4. 前記照明装置は、車両に異常が生じた場合に透過照明することを特徴とする請求項３に記載の車両用表示装置。
5. 前記プロジェクタから射出された表示光を、前記スクリーンへ向けて反射する反射鏡（５０）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用表示装置。
6. 前記スクリーンに形成された凹凸の影が生じないように、前記表示光の投射角度および前記スクリーンの凹凸形状が設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の車両用表示装置。

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