JP2017097316A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】反射ユニットを用いてドライバーに情報を認識させる車両用表示装置は、ドライバーの目の位置が大きく動いた場合に、反射ユニットを介して不要な写りこみが発生し、運転時の視界の妨げになるという課題があった。【解決手段】車両用表示装置１は、表示器１００、反射部２００、フロントウィンドウ３００を備える。表示器１００は映像光を出射し、反射部２００で映像光を反射する。フロントウィンドウ３００は反射された表示光をアイボックスに導く。反射部２００は、映像光の取りうる入射角を有する入射光を反射し、それ以外の入射角を有する入射光を反射しない。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の計器板の情報又はカーナビゲーションの情報等の様々な情報を、虚像として車両前方の風景に重畳させて表示するヘッドアップディスプレイ型の車両用表示装置に関するものである。

近年、ドライバーが運転中に小さい視点の動きで情報を閲覧できるヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ、以下ＨＵＤという。）を搭載した車種が増加している。ＨＵＤは、運転に役立つ様々な情報を虚像として、車両前方の風景に重畳させて映し出す装置である。そのため、ドライバーは瞬時に情報を把握できる。また、ＨＵＤは、情報を閲覧する際のドライバーの視線移動と遠近の焦点合わせを大幅に軽減できる。

映像をフロントウィンドウに向け投影するタイプのＨＵＤの表示器は、車両のダッシュボード内に設置されることが多い。しかしながら、ダッシュボード内には計器等の様々な機器が収納されている。そのため、機器同士の空間的な干渉を考慮するとＨＵＤの表示器の設置場所には制約が多く、収納スペースの確保が難しい。

例えば、特許文献１は、ＨＵＤの表示器をダッシュボード内に配置しない車両用表示装置を提案している。表示器は車室内の天井に配置されて、反射ユニットはダッシュボード内に配置されている。車室内の天井の表示器から出射された光は、反射ユニットで反射されて、さらにフロントウィンドウで反射されてドライバーの目に向かう。ドライバーは表示器から出射された光をフロントウィンドウの前方に映し出される虚像として視認する。

フロントウィンドウで反射された光が、運転席の中央に座り、前方に視線を向けた時のドライバーの目に向かうように、反射ユニットは設置される。この状態で、ドライバーが映像を正常に認識できるドライバーの目の位置の範囲をアイボックス（Ｅｙｅ Ｂｏｘ）と言う。

反射ユニットをダッシュボード内に配置した場合には、太陽などの外光が反射ユニットで反射して、直接的または間接的にドライバーの目へ向い、ドライバーの視認性を低下させることがある。そのため、反射ユニットに開口カバーを設け、外光をドライバーの目以外の方向へ反射させている。

実開平４−９６７７８号公報（第５頁〜第８頁、第１図）

しかしながら、右折時または左折時などに、ドライバーは頭を大きく動かすことがある。この場合には、ドライバーの目はアイボックスから外れ、ドライバーは映像を正常に認識できなくなる。このとき、ドライバーがフロントウィンドウの前方の風景を見ると、表示器の周りの天井などの映像が映し出されている。これらの運転に関係のない映像は、運転時の視界の妨げになる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ドライバーの目がアイボックスから外れた場合に、表示される映像以外の映像のフロントウィンドウへの写りこみを低減する車両用表示装置を得ることを目的とする。

この発明に係る車両用表示装置は、映像光を出射する表示器と、前記表示器から入射する前記映像光を反射する反射部と、前記反射部で反射された映像光をアイボックスに導くフロントウィンドウとを備え、前記反射部は前記映像光の取りうる入射角を有する入射光を反射し、前記入射角以外の入射角を有する入射光を反射せず、前記映像光は、外景と重畳されて、虚像としてフロントウィンドウに表示されることを特徴とするものである。

この発明は、アイボックス以外にドライバーの目があった場合に、余計な写り込みを低減する車両用表示装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置を車両に設置した構成図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示器の構成図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の反射部の反射特性の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の反射部の反射特性の他の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る車両用表示装置を車両に設置した構成図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る車両用表示装置の表示器の構成図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係る車両用表示装置の反射部の作用説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置１を車両に設置した構成図である。

なお、車両用表示装置１はレーザースキャン方式のＨＵＤとして説明する。ただし、車両用表示装置１はこの方式のＨＵＤに限るものではない。

車両用表示装置１は、表示器１００、反射部２００及びフロントウィンドウ３００を備える。

表示器１００は映像情報を含む映像光を出射する。表示器１００は車室内の天井６００などに設置される。

反射部２００は表示器１００から出射された映像光を拡大し反射する。反射部２００はダッシュボード７００上などに設置される。反射部２００の表面には誘電体多層膜が形成されている。誘電体多層膜は、光の波長または入射角などによって反射特性が異なる。

フロントウィンドウ３００は、反射部２００で反射した映像光をドライバーの目５００に導く。

図２は表示器１００の構成図である。

表示器１００は、光源部１４０、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）ミラー装置１６０、スクリーン１１０を備える。また表示器１００は、ミラー１５０、光学素子部１７０を備えることができる。

光源部１４０は、３種類の波長の光をそれぞれ出射する。光源部１４０は、半導体レーザー１４１，１４２，１４３を備える。光源部１４０は、合波プリズム１４４，１４５，１４６及びカップリングレンズ１４７，１４８，１４９を備えることができる。

半導体レーザー１４１，１４２，１４３は、それぞれ異なる波長の光源である。半導体レーザー１４１は、赤色のレーザー光を発する。半導体レーザー１４２は、緑色のレーザー光を発する。半導体レーザー１４３は、青色のレーザー光を発する。

カップリングレンズ１４７，１４８，１４９は、各半導体レーザー１４１，１４２，１４３から出射されたレーザー光をそれぞれ収束する。カップリングレンズ１４７は、半導体レーザー１４１から出射されたレーザー光を収束する。カップリングレンズ１４８は、半導体レーザー１４２から出射されたレーザー光を収束する。カップリングレンズ１４９は、半導体レーザー１４３から出射されたレーザー光を収束する。

３つの合波プリズム１４４，１４５，１４６は、カップリングレンズ１４７，１４８，１４９で収束された３種類のレーザー光を透過または反射する。合波プリズム１４４は、カップリングレンズ１４７で収束されたレーザー光を反射する。合波プリズム１４５は、カップリングレンズ１４８で収束されたレーザー光を反射し、カップリングレンズ１４７で収束されたレーザー光を透過する。合波プリズム１４６は、カップリングレンズ１４９で収束されたレーザー光を透過し、カップリングレンズ１４７，１４８で収束されたレーザー光を反射する。

合波プリズム１４４，１４５，１４６で反射されたレーザー光は、合波される。つまり、合波プリズム１４４，１４５，１４６で反射された各々のレーザー光は、同軸上の平行光となる。そして、同軸上の平行光となったレーザー光は、光源部１４０から出射される。

なお、光源部１４０の発光は、車両の映像制御装置（図示せず）から供給される映像の色調情報などに基づいて制御される。

ミラー１５０は光源部１４０から出射されたレーザー光を反射する。光源部１４０から出射されたレーザー光は、ミラー１５０によって、ＭＥＭＳミラー装置の方向に反射される。ＭＥＭＳミラー装置１６０は、ミラー１５０によって反射されたレーザー光に、車両の映像制御装置（図示せず）から供給される映像情報を加える。つまり、ＭＥＭＳミラー装置１６０によって、光源部１４０から出射されたレーザー光は、映像情報を含む映像光となる。

ＭＥＭＳミラー装置１６０は、スクリーン１１０の面上に２次元に走査して映像情報を生成する。ここで、ＭＥＭＳミラー装置１６０によってスクリーン１１０の面上に生成された映像を中間像と呼ぶ。

光学素子部１７０は、映像光の歪みを補正する。光学素子部１７０は、ＭＥＭＳミラー装置１６０とスクリーン１１０との間に設けられている。光学素子部１７０は、スクリーン１１０上の中間像の歪みを補正する。

スクリーン１１０は、映像光が投影されるものである。

表示器１００から出射された映像光は、反射部２００によってフロントウィンドウ３００に向けて反射される。さらに映像光はフロントウィンドウ３００で反射されて、ドライバーの目５００に至る。

ドライバーには、フロントウィンドウ３００に投写された映像が虚像４００として見える。そして、虚像４００は、車両前方の風景に重畳されている。

反射部２００は、ダッシュボード７００上に配置されている。

反射部２００は、スクリーン１１０上の中間像を拡大する。

反射部２００の表面に形成された誘電体多層膜は、光の波長または入射角などによって反射特性が異なる。

図３は反射部２００の反射特性の例を示す説明図である。

図３に示すとおり、反射部２００は、所定の入射角の光に対して高い反射率を有している。しかし、反射部２００は、それ以外の入射角の光をほとんど反射しない。図３では、例として所定の入射角が４５度の場合を示している。また、入射角が３５度以下の光と入射角が５５度以上の光とは、反射部でほとんど反射されない。

図４は反射部２００の反射特性の例を示す説明図である。

図４に示す反射特性は、光の入射角が４５度の場合には、４４０ｎｍから６５０ｎｍまでの波長で、ほぼ１００％の反射率を有している。また、光の入射角が４５度の場合でも、４４０ｎｍ未満または６５０ｎｍより大きい波長では、ほぼ０％の反射率を有している。一方、光の入射角が２０度の場合には、４００ｎｍから７００ｎｍまでの波長で、ほぼ０％の反射率を有している。

例えば、光源部１４０の備えている半導体レーザー１４１は６３８ｎｍの波長帯域（赤色）を有し、半導体レーザー１４２は５１５ｎｍの波長帯域（緑色）を有し、半導体レーザー１４３は４５０ｎｍの波長帯域（青色）を有する。

そのため、図４の反射特性を持つ反射部２００は、表示器１００から入射角４５度で入射する映像光を、効率良く反射することができる。

入射光の角度を変化させた場合には、誘電体多層膜は、透過率および反射率の波長特性が変化する。この誘電体多層膜を表面に形成した反射部２００は所定の入射角の範囲外からの入射光を反射しない。

そのため、例えば、スクリーン１１０中心から出射された光束の中心に位置する光線の反射部２００への入射角が、反射部２００の設計入射角と一致するように、反射部２００を配置する。こうすることで、反射部２００は表示器１００からの映像光の反射率を高くし、それ以外の光の反射率を低くすることができる。

なお、反射部２００は、表示器１００から出射された映像光を拡大する。このために、反射面は凹面鏡状に湾曲している。そのため、反射部２００へ入射する映像光の入射角は、反射面の中心と端部では異なる。

反射部２００に対する映像光の取りうる全ての入射角について、反射率が最大となるように、反射部２００の誘電体多層膜の反射特性を設定する。こうすることで、虚像４００の中心の輝度と端部の輝度とを一様にすることが可能になる。そして、より視認性の高い車両用表示装置１を得ることができる。

＜変形例１＞
また、光源部１４０に含まれる半導体レーザー１４１，１４２，１４３の出射光の振動方向を揃えることで、スクリーン１１０上の中間像を所定の振動方向の偏光のみで描画することができる。

この場合には、反射部２００表面に偏光依存性を持つ誘電体多層膜を形成することで、表示器１００からの映像光の反射率を高くし、それ以外の光の反射率を低くすることができる。

このとき、反射部２００へ入射する映像光の偏光方向をＳ偏光とすることができる。「Ｓ偏光」とは入射面に対し垂直に振動する偏光である。入射面は、ここでは、反射面に垂直で入射光及び反射光を含む面である。Ｓ変更は、Ｐ偏光に対して高い反射率が得られる。このため、車両用表示装置１は、より明るい虚像４００を表示することができる。

反射部２００に様々な反射特性を持たせることで、表示器１００からの映像光の反射率を高くし、それ以外の光の反射率を低くすることができる。また、反射部２００は表示器１００以外からの入射光の反射率が低い。このため、表示器１００からの映像光以外の光による映像が、フロントウィンドウ７０において、前方の風景と重畳されたとしても、ドライバーは映像光以外の光による映像を視認しにくい。

そのため、ドライバーが大きく頭を動かしても、車室内の天井６００等のスクリーン１１０周辺の映像は、虚像４００として視認されにくい。そのため、不要な映像が視認され難く、ドライバーに良好な視界を確保することができる。

以上のように、表示器１００からアイボックスに向かう映像光以外の入射光に対して反射ユニットでの反射光量を低減することで、アイボックスの範囲外での余計な写りこみを低減することができる。

また、反射部２００は、車外からフロントウィンドウ３００を透過して反射部２００に入射した外光の反射率を低減することができる。そのため、車両用表示装置１は、外光によるドライバーの視認性低下を抑えることができる。

なお、実施の形態１では、表示器１００に半導体レーザーとＭＥＭＳミラー装置を含むレーザースキャン方式のＨＵＤについて説明した。しかし、この方法に限定するものではない。中間像の描画方法は、例えば、画素数分のマイクロミラーを配置した表示素子ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）で描画するＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ、ＤＬＰは登録商標）方式またはスクリーン１１０の代わりに液晶パネルとバックライトを用いるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式等を用いてもよい。

また、フロントウィンドウ３００も、反射部２００と同様の反射特性を有するようにしてもよい。反射部２００で完全に反射を阻止できなかった映像光以外の光のフロントウィンドウ３００での反射光量を低減することができる。こうすることで、ドライバーの視認性低下を抑えることができる。

＜変形例２＞
図１に示す車両用表示装置１では、反射部２００で映像光を拡大していた。しかし表示器１００で映像光を拡大することもできる。

図５は、変形例２に係る車両用表示装置１０を車両に設置した構成図である。なお、前述した車両用表示装置１と共通する構成要素には同一符号を付け、説明を省略する。

車両用表示装置１と同様の構成要素は、フロントウィンドウ３００、半導体レーザー１４１，１４２，１４３、合成プリズム１４４，１４５，１４６、カップリングレンズ１４７，１４８，１４９、ミラー１５０、ＭＥＭＳミラー装置１６０、光学素子部１７０及びスクリーン１１０である。

また、車両用表示装置１０は、レーザースキャン方式のＨＵＤとして説明する。ただし、車両用表示装置１０は、この方式のＨＵＤに限るものではない。

車両用表示装置１０は、表示器１０１、反射部２０１、フロントウィンドウ３００を備える。

車両用表示装置１と異なる点は、表示器１０１にレンズ１３０を追加した点である。また車両用表示装置１と異なる点は、反射部２０１の反射面の形状を凹型から平板状に変更した点である。

表示器１０１は、映像情報を含む映像光を出射する。反射部２０１は、表示器１０１から出射された映像光を誘電体多層膜が形成された反射面で反射する。フロントウィンドウ３００は、反射部２０１で反射した映像光をドライバーの目５００に導く。

図６は、表示器１０１の構成図である。

表示器１０１の基本的な構成は、表示器１００と同じである。ただし、表示器１０１は、中間像を生成するスクリーン１１０の後に拡大光学素子１３０を含む。

スクリーン１１０上に形成された映像は、拡大光学素子１３０によって拡大される。表示器１０１から出射された映像光が、反射部２０１及びフロントウィンドウ３００で反射される間でも、映像は拡大される。そしてドライバーからは、スクリーン１１０上の映像情報が拡大されて、虚像４００として車両前方の風景に重畳されて見える。

反射部２０１は、平面状の反射ミラーである。反射部２０１は映像光をフロントウィンドウ３００に向けて反射する。

反射部２０１の表面には、誘電体多層膜が成膜されている。誘電体多層膜は、所定の入射角の光に対して他の入射角の光よりも高い反射率を有する。そのため、ドライバーが大きく頭を動かしても、車室内の天井６００等のスクリーン１１０周辺の映像は虚像４００として視認されにくい。そのため、不要な映像が視認され難く、ドライバーに良好な視界を確保することができる。

図７は反射部２０１での映像光の反射を説明する説明図である。表示器１０１から出射された映像情報を含むレーザー光は、拡大光学素子１３０で広げられて出射されている。このため、反射部２０１に入射する映像光の入射角は、映像中心と端部では異なる。

図７において、フロントウィンドウに３００に最も近い反射部２０１の端部に、入射する映像光の入射角をＳ１とする。同様にフロントウィンドウに３００から最も離れた反射部２０１の端部に入射する映像光の入射角をＳ２とする。入射角Ｓ１は入射角Ｓ２より大きい。反射部２０１に入射する映像光の入射角は、フロントウィンドウに３００に最も近い反射部２０１の端部でＳ１となり、フロントウィンドウ３００から離れるにつれて小さくなる。フロントウィンドウに３００から最も離れた反射部２０１の端部で、最も小さい入射角Ｓ２となる。つまり、反射部２０１に入射する映像光の入射角は、Ｓ２からＳ１の間の様々な値をとる。

反射部２０１は入射角が変化すると反射率が変化する光学特性を持つ。このため、虚像４００の中心と端部とで輝度が異なる可能性がある。反射部２０１に対する映像光の取りうる全ての入射角について、反射率が最大となるように、反射部２０１の誘電体多層膜の反射特性を設定する。こうすることで、虚像４００の中心の輝度と端部の輝度とを一様にすることが可能になる。そして、より視認性の高い車両用表示装置１０を得ることができる。

変形例２では、反射部２０１の表面に誘電体多層膜を成膜した平面ミラーを用いた。しかし、反射部２０１は、プリズム型のビームスプリッターを用いても良い。この場合には、表示器１０１からの映像光は、プリズム型ビームスプリッター表面に入射した際に屈折し、プリズム型ビームスプリッター内部の反射面へ到達する。そのため、スクリーン１１０上の中間像の中心から出射された光線と、中間像の端部から出射されてプリズム型ビームスプリッター内部の反射面へ入射する光線との入射角の差は小さくなる。よって、虚像４００の輝度ムラを低減させることができる。そして、より視認性の高い車両用表示装置１０を得ることができる。

以上のように、ドライバーが大きく頭を動かした場合でも、余計な写り込みを低減することができる。これにより、運転時の良好な視界を確保する視認性の高い車両用表示装置１０を提供することができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その発明の範囲において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜変更、省略したりすることができる。また、本発明では自動車に搭載する車両用表示装置を例に挙げたが、これに限らず、船舶、航空機、工場設備などで使用する各種機器の状態を示す表示部のような映像表示機能を備えた各種装置に適用可能である。

１ １０ 車両用表示装置、１００ １０１ 表示器、１１０ スクリーン、１３０ 拡大光学素子、１４０ 光源部、１４１ １４２ １４３ 半導体レーザー、１４４ １４５ １４６ 合波プリズム、１４７ １４８ １４９ カップリングレンズ、１５０ ミラー、１６０ ＭＥＭＳミラー装置、１７０ 光学素子部、２００ ２０１ 反射部、３００ フロントウィンドウ、４００ 虚像、５００ ドライバーの目、６００ 車室内の天井、７００ ダッシュボード。

Claims (3)

1. 映像光を出射する表示器と、
   前記表示器から入射する前記映像光を反射する反射部と、
   前記反射部で反射された映像光をアイボックスに導くフロントウィンドウと
   を備え、
   前記反射部は、前記映像光の取りうる入射角を有する入射光を反射し、前記入射角以外の入射角を有する入射光を反射せず、
   前記映像光は、外景と重畳されて、虚像として前記フロントウィンドウに表示されることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記表示器は所定の波長帯域の映像光を出射し、
   前記反射部は、前記所定の波長帯域の映像光を反射して、他の波長帯域の光を吸収又は透過す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. 前記表示器は所定の振動方向の偏光である映像光を出射し、
   前記反射部は前記所定の振動方向の偏光を反射し、それ以外の偏光は反射しないことを特徴とする請求項１および請求項２に記載の車両用表示装置。

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