JP2018514796A - 画像を生成する装置および自動車のヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

本発明の主題は、液晶画面（１２）と、バックライト装置（１４）とを備える、自動車ヘッドアップディスプレイ（１００）用の画像を生成する装置（１０）であって、前記バックライト装置（１４）は、少なくとも１つの発光ダイオード（１６）と、少なくとも１つの発光ダイオード（１６）と液晶画面（１２）との間にある空間を囲むハウジング（２８，２９）と、を備え、前記ハウジング（２８，２９）は屈曲しており、画像を生成する装置（１０）は、ハウジング（２８，２９）の屈曲部（２８ｃ，２９ｃ）に配置され、かつ、少なくとも１つの発光ダイオード（１６）により発せられた光を画面（１２）の方向に反射するように方向づけられている反射面（３１，３２）をさらに備えることを特徴とする。本発明は、また、ヘッドアップディスプレイ（１００）に関する。

Description

本発明は、車両のユーザ、特にその運転者に通知を行うことを可能にする、自動車のヘッドアップディスプレイ用の撮像装置に関する。

ヘッドアップディスプレイまたはＨＵＤとしても知られるヘッドアップビューワーを、自動車に装備することが知られている。このようなディスプレイは、自動車運転者の視野内に配置され、車両、交通等の状態に関する情報を表示する。

自動車用のこの種のヘッドアップディスプレイは、ユーザ、特に車両の運転者が、十分に画像を見えるようにするための十分な明るさで、画像を得ることを必要とし、かつこれを、昼または夜のどのような状況でも、気象条件に応じて行う。

ヘッドアップディスプレイを用いて、このような画像を形成するための可能な技術の中で、従来技術で用いられる最も一般的なものは、液晶画面技術、特に、ＴＦＴ−ＬＣＤと呼ばれる、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイである。これらのＴＦＴ−ＬＣＤ画面は、画像の表示のために、通常は複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）により生成されるバックライトを必要とする。実際には、このＴＦＴ−ＬＣＤ画面およびバックライトは、撮像装置またはイメージャと呼ばれるアセンブリ内に備えられる。

撮像装置は、液晶画面とＬＥＤとの間に、全体として光学系と称される、バックライトを最適化する様々な光学処理および／またはフィルタリング素子を備える。ＬＥＤから液晶画面に向けて発生する光が連続して通過する、これらの素子は、通常、レンズのアレイと、ＬＥＤから発生する光をコリメートおよび均質化する、コリメータおよびディフューザと、である。

コリメータは、およそ３０ｍｍ等の液晶画面の幅に少なくとも等しい寸法にわたって、横断して延びる円筒形の両凸レンズにより形成され、全幅にわたって液晶画面を照明する。これは、よって、通常は専用に製造される、大きなサイズのレンズである。

撮像装置は、車両のダッシュボード下に設置することができる。しかし、ダッシュボードの下で利用可能な空間は、減少されている。この空間は、特に、通気ダクト、ステアリングコラム、および車両の他の構成部品により占有されており、必ずしも撮像装置を組み込み可能とは限らない。

本発明の１つの目的は、車両内で利用可能な空間により適した撮像装置を提案することである。

この目的のために、本発明の主題は、液晶画面と、バックライト装置とを備える、自動車のヘッドアップディスプレイ用の撮像装置であって、前記バックライト装置は、
− 少なくとも１つの発光ダイオードと、
− 少なくとも１つの発光ダイオードと液晶画面との間に含まれた空間を囲むハウジングと、を備え、
前記ハウジングは屈曲しており、撮像装置は、ハウジングの屈曲部に配置され、かつ、少なくとも１つの発光ダイオードにより発せられた光を画面に向けて反射するように方向づけられている反射面をさらに備える、ことを特徴とする。

屈曲ハウジング、および、その屈曲部に配置された反射面の使用は、バックライトの光ビームを折り曲げることを可能にする。液晶画面のバックライト機能は維持されつつ、利用可能な容積により適する形状を有することができる、撮像装置の特定のモジュール性を可能にする。

第１の例示的な実施形態によれば、反射面は凹面である。凹型反射面は、追加の光コリメーションステージを形成することを可能にするが、特にかさばりコストがかかる、追加のコリメーティングレンズの追加的使用を必要とせずに、液晶画面の平行光線のビームを得ることを可能にする。

反射面は、円錐の式と、一連の多項式との合計により規定することができる。反射面の式のパラメータは、ソフトウェアシミュレーションにより最適化することができる。

第２の例示的な実施形態によれば、反射面は、傾斜した平坦面である。

撮像装置の、単独または組み合わされた１つまたは複数の特徴によれば、
− 撮像装置は、ハウジングに固定された支持部を備えており、反射面は、支持部に設けられた金属被膜により形成されており、
− 支持部は、プラスチック注入により得られ、
− 反射面は、ハウジングの屈曲部の内面に形成されており、
− 反射面は、鏡面であり、
− ハウジングの屈曲部は、３０〜１２０°の角度を形成する。

また、本発明の主題は、上述したような撮像装置を備えることを特徴とする、ヘッドアップディスプレイである。

本発明の他の目的、特徴および利点は、単に非限定の方法で与えられ、かつ、添付の図面を参照する、以下の説明を理解することで明らかとなるであろう。

撮像装置の第１の例示的な実施形態の斜視的な概略図である。 ヘッドアップディスプレイの概略図である。 撮像装置の第２の例示的な実施形態の斜視的な概略図である。 実質的に下方からの図に従って回転された、図３の撮像装置の図である。

これらの図面において、同様の要素は、同じ参照番号を有する。

以下、本明細書において、撮像装置１０に関連付けて設定される三面体（Ｘ，Ｙ，Ｚ）によって図１および図３に示される方向Ｘ、ＹおよびＺを、非限定の方法で採用する。

図１は、撮像装置１０の第１の例示的な実施形態を表す。

撮像装置１０は、液晶画面１２と、バックライト装置１４と、を備える。

液晶画面１２は、例えば、一般にＴＦＴ−ＬＣＤ画面と呼ばれる、薄膜トランジスタ液晶ディスプレイである。

バックライト装置１４の機能は、画像を形成するために必要な光を液晶画面１２に供給することである。このために、バックライト装置１４は、特に、少なくとも１つ、好ましくは１組の、ＬＥＤとも呼ばれる発光ダイオード１６を備えており、発光ダイオード１６は、以下の説明においては、バックライト装置１４の支持板１８に設置されて用いられる。

本実施形態において、支持板１８は、ＰＣＢとも呼ばれるプリント回路基板を備える。用いられるプリント回路基板は、例えば、ＦＲ４（Frame Resistant）とするか、さらにＩＭＳ（Insulated Metal Substrate）タイプとすることもできる。ＩＭＳ回路基板の使用は、特に、より良い熱発散を可能にする。プリント回路基板は、物理的支持と、ＬＥＤ１６の（電源および他の任意の図示されていない電気構成要素に対する）電気的接続との両方を可能にする
液晶画面１２とＬＥＤ１６との間には、バックライトを最適化するための、全体で光学系と呼ばれる、様々な光学処理および／またはフィルタリング素子がある。図１に示される実施形態において、バックライト装置１４の一部を形成し、ＬＥＤ１６から液晶画面１２に向けて発生する光が連続して通過する、これらの要素は、レンズ２０のアレイと、ディフューザ２２と、である。

レンズ２０のアレイは、ＬＥＤ１６から発生する光をコリメートして、光の一部が液晶画面１２に向けられてない場合の光パワー損失を制限する、第１のステージを形成することを可能にする。通常、レンズ２０のアレイは、各ＬＥＤ１６用に１つのレンズを備えており、各レンズは、各ＬＥＤ１６の上に配置されている。

光の伝播方向において液晶画面１２の上流側に配置されたディフューザ２２は、光の均質化を可能にし、これにより、液晶画面１２を照明して、良質の、つまり実質的に均一な明るさの画像を形成することを可能にする。さらに、ディフューザ２２は、バックライト装置１４の内部をマスクすることを可能にする。

バックライト装置１４は、また、特に自動車分野において、通常はライトボックスと呼ばれる、ＬＥＤ１６と液晶画面１２との間に含まれる空間を取り囲むハウジング２８を備える。ハウジング２８は、特に、ＬＥＤ１６から液晶画面１２まで伝播する光が、バックライト装置１４にとどまることを可能にする。

ハウジング２８は、屈曲されており、すなわち、その主な向きは、直線的ではなく、少なくとも１つの傾斜を含む。ハウジング２８の屈曲は、例えば３０〜１２０°の間の角度を形成する。例えば、図１に示されるように、ハウジング２８は、およそ９０°の角度を形成する屈曲を備える。

ハウジング２８の屈曲部２８ｃは、利用可能な空間に応じて、基準フレーム（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の１つまたは複数の方向に従う空間にて、傾斜することができる。

撮像装置１０は、ハウジング２８の屈曲部２８ｃに配置された反射面３１をさらに備える。

反射面３１は、ＬＥＤ１６により液晶画面１２に向けて発せられた光を反射するように方向づけられている。

屈曲ハウジング２８と、その屈曲部２８ｃに配置された反射面３１との使用は、バックライトの光ビームを折り曲げることを可能にする。液晶画面１２のバックライト機能は、よって維持されるが、一方で、利用可能な容積により適する形状を取ることができる、撮像装置１０の特定のモジュール性を可能にする。

反射面３１は、対称形の光線を反射する鏡面とすることができ、光線の入射角度は、全ての光線をディフューザ２２に向けることができるように、反射の角度に等しくなっている。凹鏡面３１の反射の係数は、例えば、９０％以上である。

図１および図２に表される第１の例示的な実施形態によれば、反射面３１は、凹面である。

凹型反射面３１は、第２の光コリメーションステージを形成することを可能にするが、特にかさばりコストがかかる、追加のコリメーティングレンズの追加的使用を必要とせずに、液晶画面１２の平行光線のビームを得ることを可能にする。

凹型反射面３１は、球形、楕円形、パラボラ形、または双曲線形の部分を呈することができる。

例示的な実施形態によれば、反射面３１は、円錐の式と、一連の多項式と、の合計により規定される。この表面は、“Ｚｅｍａｘ”のような光学設計プログラムによって得られる“Ｆｒｅｅｆｏｒｍ Ｓｕｒｆａｃｅ”などの、コンピュータプログラムによって規定することができる。

反射面３１の式は、よって、次式による基準フレーム（Ｘ，Ｙ，Ｚ）にて規定することができる。

ここで、
− Ｎは、多項式係数の数、
− Ａ_ｉは、ｉ次多項式の係数、
− ｃは、円錐（ｃ＝１／Ｒ）の曲率半径Ｒの逆数に等しい曲率、
− ｒは、（ｘ^２＋ｙ^２）の平方根、
− ｋは、コニシティ（すなわちコーニック定数）、
− Ｅ_ｉは、度数ｉのｘおよびｙに対する多項式の項。

円錐値ｋに応じて、反射面３１の断面は、異なる形状をとる（ｋ＞０は楕円形、ｋ＝０は球形、−１＜ｋ＜０は楕円形、ｋ＝−１はパラボラ形、ｋ＜−１は双曲線形）。

一連の多項式の最大オーダーは、２３０個の多項式係数の最大値に対して、２０である。位置ｘおよびｙの値は、多項式係数が無次元であるように、平均化された半径値により除算される。

多項式係数の数Ｎは、６に限定することができ、これにより、一連の多項式は、位数１の２つの項（ｘ，ｙ）、位数２の３つの項（ｘ^２，ｘｙ，ｙ^２）、位数３の４つの項（ｘ^３，ｘ^２ｙ，ｘｙ^２，ｙ^３）、位数４の５つの項（ｘ^４，ｘ^３ｙ，ｘ^２ｙ^２，ｘｙ^３，ｙ^４）、位数５の６つの項（ｘ^５，ｘ^４ｙ，ｘ^３ｙ^２，ｘ^２ｙ^３，ｘｙ^４，ｙ^５）、位数６の７つの項（ｘ^６，ｘ^５ｙ，ｘ^４ｙ^２，ｘ^３ｙ^３，ｘ^２ｙ^４，ｘｙ^５，ｙ^６）の２７項を含む。

反射面３１の式のパラメータは、このように、ソフトウェアシミュレーションにより最適化することができる。

ハウジング２８は、例えば、プラスチック材料製である。これは例えば、注入により得られる。

さらに、ハウジング２８は、ポリカーボネートなどの反射材料で作製して、光吸収による光パワー損失を回避することができる。

例えば、製造を容易にするために、反射面３１を、ハウジング２８とは別個の要素とする。

撮像装置１０は、例えば接着または圧入により、場合によってはフォームを介在させて、ハウジング２８に固定された支持部２６を備えることができる。支持部２６は、例えば、プラスチック材料製である。これは、プラスチック注入により得ることができるが、プラスチック注入は、「自由形状面」タイプの複雑な形状を含む、任意の形状を得ることを可能にする。

反射面３１は、支持部２６に設けられた、アルミなどの金属被膜により形成することができる。

図２は、ヘッドアップディスプレイ内の撮像装置１０を示している。

液晶画面１２の下流側にて、ディスプレイ１００は、平面鏡１２６と、コンバイナ１２５と、を備える。画像の経路は、３つの点線矢印３０によって表されており、この経路は、ひとたび撮像装置１０から発せられると、コンバイナ１２５に投射される前に、鏡１２６にて反射される。コンバイナ１２５は、コンバイナ１２５の向こう側、特に領域１２８内の車両のフロントガラスの向こう側、または、前記ディスプレイ１００が装備された車両のフロントガラスのレベルでの、画像の拡大および／または透明な表示、を可能にする。コンバイナ１２５に投射された光３０は、自動車の運転者の目１２７に映される。

図３および図４は、撮像装置１０の第２の例示的な実施形態を示している。

この実施形態において、光学系は、液晶画面１２とレンズのアレイ２０との間に配置されたコリメータ２１を備え、ＬＥＤ１６がコリメータ２１の焦点内に配置されている、第２のコリメータステージを形成して、平行光線のビームを得ることを可能にする。

コリメータ２１は、例えば、円筒形の両凸レンズであり、すなわち、レンズの両凸形状が、液晶画面１２の幅に少なくとも等しい寸法、例えばおよそ３０ｍｍにわたって、方向Ｙに並進して延びることにより、液晶画面１２の全幅を照明する。

反射面３２は、ハウジング２９ｃの屈曲部に配置され、ＬＥＤ１６によって発せられた光を液晶画面１２に向けて反射するように方向づけられている。

この実施形態において、反射面３２は平坦である。反射面は、光ビームの伝播方向において屈曲部２９ｃの下流側に位置する、ハウジング２９の光通路２９ｂの主方向Ｐとの間に、３０〜６０°の角度など、０°より大きく９０°未満の角度αを形成する。図示された例において、反射面３２は、４５°傾斜している。

反射面３２は、ハウジング２９とは別個の要素とするか、または、ハウジング２９の屈曲部２９ｃの内面により形成することができ、部品の数を減少し、これにより撮像装置のコストを低減することを可能にする。さらに、アセンブリも簡素化される。図示された例において、反射面３２は、ハウジング２９の屈曲部２９ｃを形成し、第１の光通路２９ａを、垂直の第２の光通路２９ｂに対してリンクする。

液晶画面１２は、撮像装置１０内で傾斜させることができる。画面は、ハウジング２８の第２の光通路２８ｂの主方向Ｐとの間に、例えば０°〜４０°の角度を形成する。傾斜画面１２は、ディスプレイ１００の鏡１２６における反射による、太陽からの光線による運転者の眩惑を回避することを可能にする。

Claims (10)

1. 液晶画面（１２）と、バックライト装置（１４）とを備える、自動車のヘッドアップディスプレイ（１００）用の撮像装置（１０）であって、
   前記バックライト装置（１４）は、
   − 少なくとも１つの発光ダイオード（１６）と、
   − 前記少なくとも１つの発光ダイオード（１６）と前記液晶画面（１２）との間に含まれた空間を囲むハウジング（２８，２９）と、を備え、
   前記ハウジング（２８，２９）は屈曲しており、前記撮像装置（１０）は、前記ハウジング（２８，２９）の屈曲部（２８ｃ，２９ｃ）に配置され、かつ、前記少なくとも１つの発光ダイオード（１６）により発せられた光を前記画面（１２）に向けて反射するように方向づけられている反射面（３１，３２）をさらに備える、ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記反射面（３１）は凹面である、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置（１０）。
3. 前記反射面（３１）は、円錐の式と、一連の多項式との合計により規定される、ことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置（１０）。
4. 前記反射面（３２）は、傾斜した平坦面である、ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置（１０）。
5. 前記ハウジング（２８）に固定された支持部（２６）を備え、前記反射面（３１）は、前記支持部（２６）に設けられた金属被膜により形成されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の撮像装置（１０）。
6. 前記支持部（２６）は、プラスチック注入により得られる、ことを特徴とする請求項５に記載の撮像装置（１０）。
7. 前記反射面（３１，３２）は、前記ハウジング（２８，２９）の屈曲部（２８ｃ，２９ｃ）の内面に形成されている、ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の撮像装置（１０）。
8. 前記反射面（３１）は、鏡面である、ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の撮像装置（１０）。
9. 前記ハウジング（２８，２９）の屈曲は、３０〜１２０°の角度を形成する、ことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の撮像装置（１０）。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の撮像装置（１０）を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ（１００）。