JP2017165163A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 視認性の高い表示出力を行う車両用表示装置を提供する。【解決手段】 車両Ａに搭載されるウインドシールドＤに表示光Ｌを照射して虚像Ｖとして表示する車両用表示装置であって、ウインドシールドＤの下部に設けられ表示光Ｌの出射部となる透光性カバー４１と、この透光性カバー４１を覆うようにウインドシールドＤに向けて起立したルーバ５を備え、このルーバ５は、異なる傾斜角度のものが複数設けられる。また、ルーバ５は、ウインドシールドＤからなる投影面を反射して、想定される視認者ＥのアイポイントＥＰに到達するべく傾斜角度に設定される【選択図】図２

Description

本発明は、車両用表示装置に関し、例えば、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイとして好適である。

従来、表示光を反射させる反射ミラーを有するミラーユニットを用いた表示装置としては、ヘッドアップディスプレイがあり、例えば特許文献１に開示されている。かかる特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、車両のインストルメントパネルに取り付けられており、表示装置が発する表示光を車両のウインドシールドに投影し、車両の利用者（運転者）に対し虚像を表示するものが示されている。

前述した表示装置は、太陽光などの外光の入射によって、表示光が見えにくくなることを避けるため、表示光以外の光を妨げることを目的として光路遮断手段となるルーバを設けている。

特開平８−８５３６３号公報

しかしながら、これら車両用表示装置に設けられるルーバ自体が、表示光とともに虚像として利用者に視認されると、表示の邪魔になってしまう可能性があるため、表示（表示光）の視認性を高めるための課題となっていた。

そこで本発明の目的は、前述の課題に着目し、視認性の高い表示出力を行う車両用表示装置を提供することにある。

本発明の車両用表示装置は、
車両に搭載される投影面に表示光を照射して虚像として表示する車両用表示装置であって、
前記投影面の下部に設けられ前記表示光の出射部となる透光性カバーと、この透光性カバーを覆うように前記投影面に向けて起立したルーバを備え、
このルーバは、異なる傾斜角度のものが複数設けられることを特徴とする。

また、前記ルーバは、前記投影面を反射して、想定される視認者のアイポイントに到達するべく傾斜角度に設定されることを特徴とする。

また、前記ルーバを各々異なる傾斜角度に調整可能な駆動手段と、この駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記アイポイントを計測する視点検出手段からの視点情報を入力し、前記各ルーバが所望の傾斜角度になるように前記駆動手段を制御することを特徴とする。

また、前記投影面として、開口角度を調整可能な光透過性のコンバイナを備え、
前記ルーバは、前記コンバイナの前記開口角度に応じて傾斜角度が変更されることを特徴とする。

本発明の車両用表示装置は、視認性の高い表示出力を行うことができる。

本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイの概略図。 同実施形態による表示装置の断面図。 同実施形態によるルーバ位置の設定を説明するための概略図。 同実施形態によるルーバ虚像の見え方を示す概略図。 同実施形態によるルーバ高さの設定を説明するための概略図。 同実施形態によるルーバ厚さの設定を説明するための概略図。 同実施形態の別例を適用した場合の構成を示すブロック図。

以下、本発明の車両用表示装置を車両用のヘッドアップディスプレイに適用した実施形態について、図面を用いて説明する。

ヘッドアップディスプレイは、図１に示すように車両Ａのインパネ（インストルメントパネル）Ｂ内部に配設された表示ユニットである表示装置Ｃが投射する表示光Ｌを投影部材である車両Ａのウィンドシールド（投影面）Ｄで車両Ａの利用者（以下、視認者と記す）Ｅの方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行う。換言すれば、ヘッドアップディスプレイは、表示装置Ｃの後述する液晶表示器から発せられる表示光ＬをウインドシールドＤからなる投影面に出射（投射）し、この出射によって得られた表示像（虚像）Ｖを視認者Ｅに視認させる。これにより運転者である視認者Ｅは、運転席前方に表示される虚像Ｖを風景と重畳させて観察できる。

表示装置Ｃは、図２に示すように液晶表示器１と、第１反射器２と、ミラーユニットである第２反射器３と、ハウジング４と、ルーバ５とから主に構成されている。

液晶表示器１は、配線基板１１に実装された発光ダイオードからなる光源１２の照明方向に対向して配置されるＴＦＴ型の液晶表示素子を適用してなり、光源１２からの照明光を透過して表示光Ｌを発するように設けている。このことは、液晶表示器１の背後（表示光Ｌの出射と反対側）に光源１２が設けられ、液晶表示器１は、光源１２から発せられる光を透過して、所定情報を投影表示することを意味している。

かかる液晶表示器１は、表示光Ｌの出射側の面が第１反射器２の後述するコールドミラーに対向するようにしてハウジング４内に設けられ、表示光Ｌの光軸が前記コールドミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。

また、液晶表示器１は、図示しない素子駆動回路によって所定情報（例えば車両Ａの速度やエンジン回転数、経路案内など車両情報）を、数値や文字、マーク等で画像形成する。液晶表示器１は、光源１２からの照明光を利用して、可視波長域の光からなる表示光Ｌを出力する。例えば、白色光を発する光源１２を適用し、液晶表示器１に設けられるカラーフィルタを介して、有色（赤色や緑色など）の表示光Ｌを形成できる。なお、液晶表示器１が画像形成する所定情報は、車両の速度やエンジン回転数などの車両情報に限らず、時刻や動画などあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。

第１反射器２は、コールドミラー２１と、このコールドミラー２１を所定の固定手段を用いて取付固定するための固定部材２２とを有している。コールドミラー２１は、略矩形状のガラス基板の片面（第２反射器３の後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された反射層とからなる。この反射層は、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。また、コールドミラー２１は、液晶表示器１からの表示光Ｌを、第２反射器３（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて設けられる。

なお、コールドミラー２１は、液晶表示器１の発光波長域を含む可視波長域（４５０〜７５０ｎｍ）の光を高い反射率（例えば８０％以上）で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものが好適である。この場合、コールドミラー２１は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光（赤外線あるいは太陽光の熱線）を低い反射率（例えば１５％以下）にて反射するものが適用される。なお、コールドミラー２１の反射層にて反射されない光は、コールドミラー２１を透過するように構成される。また固定部材２２は、合成樹脂材料からなり、ハウジング４に固定される。

ミラーユニットである第２反射器３は、コールドミラー２１からの表示光Ｌを反射させるべく、ハウジング４内に設けられた反射ミラーである凹面鏡３１と、この凹面鏡３１を保持するためのホルダ３２と、凹面鏡３１が実装されたホルダ３２を回転駆動させ、凹面鏡３１の傾き角度を調整する図示しないアクチュエータ（モータ）とを備えている。

凹面鏡３１は、合成樹脂（例えばポリカーボネート）からなる板状の基板の前面部（つまりコールドミラー２１と向かい合う面）に蒸着形成されるアルミニウム等の金属からなる反射膜とを備え、この反射膜により形成される反射面は、所定の曲率を有する凹状の曲面（凹面）となっている。なお、この場合、凹面鏡３１の基板は、射出成形によって成形される。

従って、この凹面として形成された反射膜は、コールドミラー２１からの表示光ＬをウインドシールドＤ側へ反射させるための光反射面となる。なお、凹面鏡３１は、この反射面がコールドミラー２１並びに上方のウインドシールドＤに対向し、ハウジング４の後述する透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて設けられる。

また、凹面鏡３１は、コールドミラー２１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両ＡのウインドシールドＤ）側へ反射（投射）させる。このことは、凹面鏡３１が、コールドミラー２１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてウインドシールドＤに投射することを意味している。また、この場合、凹面鏡３１の反射面は、ウインドシールドＤの曲面形状に合わせて虚像Ｖの歪みを低減するように補正できる曲面形状としている。

ホルダ３２は、凹面鏡３１を所定位置に保持するためのもので、ハウジング４の線膨張係数（熱膨張率）に近い金属材からなる、例えば、ホルダ３２は、アルミダイカストやアルミニウム等の板金部材が好適である。

ハウジング４は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材の成形部品や金属部材（アルミダイカスト）を組み合わせて、略箱型形状に形成され、その内部空間に液晶表示器１や第１、第２反射器２、３を保持して収容する。

また、ハウジング４は、第２反射器３における凹面鏡３１の配設位置の上部（ウインドシールドＤ側）が開口し、この開口を塞ぐように透光部である透光性カバー４１が配設されてなる。かかる透光性カバー４１は、透光性の合成樹脂材料（例えば、ポリカーボネートやアクリル樹脂）からなり、湾曲形状（曲面形状）に形成され、凹面鏡３１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。つまり、凹面鏡３１によって反射された表示光Ｌは、ハウジング４に形成された透光性カバー４１を通じてウインドシールドＤに投影され、これにより虚像Ｖの表示が視認者Ｅに対し行われることになる。

ルーバ５は、透光性カバー４１の上部を覆うように複数設けれ、ハウジング４の外側に保持される。ルーバ５は、ウインドシールドＤを透過して入射する太陽光等の外光が透光性カバー４１に届きにくいようにする遮光手段であるとともに、ルーバ５間の隙間から表示光ＬをウインドシールドＤ側へ透過できる。

ルーバ５は、車両Ａの前方から照射される外光が、透光性カバー４１面で視認者Ｅ側に反射し、視認者Ｅが眩しくならないようにできればよく、これを想定した方向からの光を遮光するように、車両Ａの左右方向に延びる板状の部材を透光性カバー４１の面上に設けられる。また、ルーバ５は、所定間隔おいて複数設けることでルーバ５の高さを低減でき、視認者Ｅの視界を妨げない構成にできる。

また、ルーバ５は、ウインドシールドＤを反射して、想定される視認者ＥのアイポイントＥＰへ到達するべく傾斜角度に設定され、それぞれ異なる傾斜角度で設けられる。これによって、略ルーバ５の厚み分だけがウインドシールドＤに投影されて表示に影響を及ぼすが、これ以上に表示光Ｌを妨げることがなく、視認性の高い表示光Ｌを視認者Ｅに届けることができる。

次に、ルーバ５の形状設定について、図３乃至図６を用いて説明する。

まず、図３に示すように、虚像Ｖ面上で水平方向に任意の数の点Ｈｉを決め、Ｈｉと視認者ＥのアイポイントＥＰとを結んでできる直線とウインドシールドＤとの交点Ｗｉとし、さらに交点Ｗｉで折り返した直線と透光性カバー４１との交点Ｐｉとする。この交点Ｗｉ，Ｐｉからなる点群の近似平面をルーバ５の位置と角度（傾斜角度）とする。これにより、図４に示すように、ルーバ５のルーバ虚像５ｖの角度は、設定された位置において、視認者Ｅによる虚像Ｖの視認方向と略平行になるので、表示光Ｌを遮る面積が少なくなるため、虚像Ｖの輝度低下を抑制できる。

また、ルーバ５の長さ（高さ）の設定は、図５に示すように、交点Ｈｉより上側に任意の間隔でＨｉ＋１を設定し、同様にｉ＋１番目の近似平面を設定する。このとき、ｉ＋１番目の近似平面を透光性カバー４１で折り返した平面とｉ番目の近似平面との交点（交線）Ｒｉをｉ番目のルーバ長さ（交点ＰｉとＲｉとの間隔）に設定する。これにより、ＰｉとＰｉ＋１との間に入射し、アイポイントＥＰへ到達するはずであった外乱光をｉ番目のルーバで遮ることができる。以上の手順を、表示される虚像Ｖの下端から上端まで全域で行うことでルーバ５の位置、角度（傾斜角度）、長さを開口部全域において設定できる。

また、上述のように近似平面を利用したが、視認方向とルーバ５の傾斜角度を合わせるという方法であれば、他の手法を用いることもできる。

次に、ルーバ５の厚さ設定について説明する。

虚像Ｖの任意の点Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃから出る光と、ルーバ虚像５ｖ、視認者の瞳直径Ｅｄの関係は図６のように表わすことができる。ルーバ５の厚さが厚過ぎる場合、虚像Ｖ上の１点（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）から出る光のうち、瞳に入射する光を全てルーバ虚像５ｖが遮ってしまいその点の虚像を視認できなくなるといった問題が起きる。よって、ルーバ５の厚さは適切に設定される必要がある。ここで、ルーバ虚像５ｖの厚さをｔ、ルーバ虚像位置をＬ２、瞳直径をＥｄ、虚像距離をＬ１とすると、次式（数１）の関係となる。

また、瞳に入る光をルーバ虚像が完全に遮らないようにするためのｔは次式（数２）で定義できる。

ここで、ルーバ虚像５ｖは曲面を有するウインドシールドＤにより拡大されているので、ウインドシールドＤによる拡大倍率をｍとすると、虚像ではない本来のルーバ厚さｔ0は次式（数３）で定義される。

斯かる表示装置Ｃは、車両Ａに搭載されるウインドシールドＤに表示光Ｌを照射して虚像Ｖとして表示する車両用表示装置であって、ウインドシールドＤの下部に設けられ表示光Ｌの出射部となる透光性カバー４１と、この透光性カバー４１を覆うようにウインドシールドＤに向けて起立したルーバ５を備え、このルーバ５は、異なる傾斜角度のものが複数設けられる。

また、ルーバ５は、ウインドシールドＤを反射して、想定される視認者ＥのアイポイントＥＰに到達するべく角度に設定される。

従って、ルーバ５によって太陽光等の外光による照り返しを防ぐことができるだけでなく、ルーバ５が表示光Ｌの邪魔になりにくい角度に設定できる、虚像Ｖとして視認性が高い表示出力ができる車両用表示装置となる。

上述実施形態では、透光性カバー４１上に上述設定による形状にて固定保持されたルーバ５を備えるものを例に挙げて説明したが、ルーバ５の傾斜角度を視認者Ｅにあわせて最適に調整できるようにすることもできる。また、視認者ＥのアイポイントＥＰ位置を検出し、これに応じた最適なルーバ５の傾斜角度に自動調整させることもできる。

この場合、図７に示すように、ルーバ５を各々異なる傾斜角度に調整可能な駆動手段６と、この駆動手段６を制御する制御手段７と、を備え、制御手段７は、アイポイントＥＰを計測する視点検出手段８からの視点情報を入力し、各ルーバ５が所望の傾斜角度になるように駆動手段６を制御するように構成することで実現できる。

なお、駆動手段６は、通電により駆動力を発生するステッピングモータの回動を利用して、ルーバ５の傾斜角度を変化させることができる。なお、駆動手段６は、リードスクリュータイプ、ラックアンドピニオンタイプ、またはステッピングモータが、ギア等を介して各ルーバ５の軸部を回動させる構成であっても適用できる。

制御手段７は、プログラムデータや演算結果等を格納する記憶部と、視点情報などの入力や該プログラムに従って演算処理を行う演算部を備えたマイクロコンピュータを適用できる。制御手段７は、予め定められた式やテーブルデータに基づいて、該視点位置に基づく最適なルーバ５の傾斜角度を定めて、この角度になるように駆動手段６を制御できる。

視点検出手段８は、視認者Ｅに対向して設けられるカメラなどを適用することができ、パターンマッチング等用いて、視点位置を検出し、視点情報として制御手段７へ出力できる。なお、ステレオカメラ等を用いて３次元での視点位置を求めることもできる。

即ち、斯かる表示装置Ｃは、ルーバ５を各々異なる傾斜角度に調整可能な駆動手段６と、この駆動手段６を制御する制御手段７と、を備え、制御手段７は、アイポイントＥＰを計測する視点検出手段８からの視点情報を入力し、各ルーバ５が所望の傾斜角度になるように駆動手段６を制御する。

上述構成にて、制御手段７は、視点位置に基づいて最適なルーバ５の傾斜角度となるように調整できる。また、ネットワーク接続した車載ＥＣＵ（電子制御ユニット）９から情報、例えば、車両の起動、ドア開閉、またはドアロック情報などを用いて、視認者Ｅの搭乗状態（乗車や降車）を判定し、乗車していない場合には、ルーバ５を倒して、表示装置Ｃ内に外光が入ることや、透光性カバー４１が埃等で汚れることを防止することもできる。

また、上述実施の形態では、ウインドシールドＤを表示光Ｌの投影面として適用するものを示したが、ウインドシールドＤとは、別体の透光性の部材（例えば、ハーフミラー）からなる専用のコンバイナを適用することもでき、上述した実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、例えば、開口角度（傾き角度）を調整できる開閉式のコンバイナを適用する場合には、この開口角度に応じて、最適なルーバ５の傾斜角度に調整することもでき、視認性の高い表示を視認者へ届けることができる。

なお、本発明の車両用表示装置Ｃを上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。例えば、上述実施の形態にあっては、光源１２の照射光を利用して表示像を形成する液晶表示器２０を例に挙げて説明したが、照明光としてレーザー光を走査させて適用したり、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を利用したプロジェクタ方式を適用することもでき、上記ルーバを組み合わせることで、上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述のコールドミラー２１にあっては、温度条件（光源等の電子部品の発熱）や太陽光の照射条件などによって、これを省くことができ、例えば、液晶表示器１からの表示光を凹面鏡による反射を介してフロントガラスに投影する構成であっても上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、車両用表示装置に関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載され、車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などを投影表示する車載用ヘッドアップディスプレイとして好適である。

１ 液晶表示器
２ 第１反射器
３ 第２反射器
３１ 凹面鏡
３２ ホルダ
４ ハウジング
４１ 透光性カバー
５ ルーバ
Ｃ 表示装置
Ｄ ウインドシールド（投影面）
Ｅ 視認者
Ｌ 表示光
Ｖ 虚像
ＥＰ アイポイント

Claims (4)

1. 車両に搭載される投影面に表示光を照射して虚像として表示する車両用表示装置であって、
   前記投影面の下部に設けられ前記表示光の出射部となる透光性カバーと、この透光性カバーを覆うように前記投影面に向けて起立したルーバを備え、
   このルーバは、異なる傾斜角度のものが複数設けられることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記ルーバは、前記投影面を反射して、想定される視認者のアイポイントに到達するべく傾斜角度に設定され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. 前記ルーバを各々異なる傾斜角度に調整可能な駆動手段と、この駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記アイポイントを計測する視点検出手段からの視点情報を入力し、前記各ルーバが所望の傾斜角度になるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の車両用表示装置。
4. 前記投影面として、開口角度を調整可能な光透過性のコンバイナを備え、
   前記ルーバは、前記コンバイナの前記開口角度に応じて傾斜角度が変更されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の車両用表示装置。

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