JP2019028100A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスクリーンが積層状に配置されたヘッドアップディスプレイ装置において、映像の視認性を高める技術を提供すること。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置（１０）は、光の光軸（Ｌ）上に複数の表示層（４１,４２,４３）を含むスクリーンユニット（４０）と、複数の表示層（４１,４２,４３）のなかから映像が映し出される表示層を切り替える制御部（２２）と、を有する。複数の表示層（４１,４２,４３）は、それぞれ、２つの支持層（５１〜５４）により両面が挟まれて支持されている。例えば、一の表示層（４１）と、この一の表示層（４１）に隣接する他の表示層（４２）との間には、支持層（５１）が１つ配置され、この支持層（５１）は、一の表示層（４１）に密着していると共に、他の表示層（４２）に密着している。【選択図】図３

Description

本発明は、複数のスクリーンが積層状に配置されたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

３次元的な映像を投射可能な立体映像表示装置が知られている。このような立体映像表示器は、例えば、車両のヘッドアップディスプレイ装置に搭載される。３次元的な映像を投射する従来技術として特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に開示された立体映像表示装置は、光を投射するプロジェクタと、光の光軸上に複数のスクリーンが配置されてなるスクリーンユニットと、複数のスクリーンのなかから映像が映し出されるスクリーンを切り替える制御部と、を有する。

各々のスクリーンは、液晶層（表示層）が２枚のガラスに挟み込まれて構成される。液晶層は、入射する光が透過可能な透過モード、又は、液晶が散乱する表示モードに選択的に切り替え可能である。光が投射されると、光の結像位置に対応するスクリーンのみが表示モードとなり、他のスクリーンは透過モードとなる。結像位置の異なる複数の光が、個々のスクリーンに投射されることより、奥行きの異なる映像が重ねて表示される。これにより、映像の立体感が高まる。

特開２０１２−１４１０９号公報

ところで、スクリーンユニットは、複数のスクリーンが互いに離れて積層状に配置されて構成されている。スクリーンとスクリーンとの間には空気層が形成され、スクリーンと空気層との境界は界面となる。この界面に対して、プロジェクタから投射された光が入射すると、光は反射する。そのため、スクリーンユニットに表示される映像の視認性は低下する。

本発明は、複数のスクリーンが積層状に配置されたヘッドアップディスプレイ装置において、映像の視認性を高める技術の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、光を投射するプロジェクタと、前記光の光軸上に複数の表示層を含むスクリーンユニットと、前記複数の表示層のなかから映像が映し出される表示層を切り替える制御部と、を有するヘッドアップディスプレイ装置において、
前記複数の表示層は、それぞれ、２つの支持層により両面が挟まれて支持され、
前記複数の表示層のなかのいずれか一の表示層と、この一の表示層に隣接する他の表示層との間には、前記支持層が１つ配置され、
この支持層は、前記一の表示層に密着していると共に、前記他の表示層に密着していることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記一の表示層と前記他の表示層との間に配置された前記支持層の厚みは、いずれも同一の寸法である。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記一の表示層と前記他の表示層との間に配置された前記支持層の厚みは、任意である。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記支持層の厚みは、前記光の光軸を基準として、前記プロジェクタから離れるに連れて薄くなる。

請求項５に記載のごとく、好ましくは、前記支持層の厚みは、前記光の光軸を基準として、前記プロジェクタから離れるに連れて厚くなる。

請求項１に係る発明では、スクリーンユニットは、複数の表示層が、それぞれ、２つの支持層により両面が挟まれて支持されて構成されている。複数の表示層のなかのいずれか一の表示層と、この一の表示層に隣接する他の表示層との間には、支持層が１つ配置されている。この支持層は、一の表示層に密着していると共に、他の表示層に密着している。即ち、プロジェクタの光が一の表示層から出射して他の表示層に入射するまでに、光は空気層との界面を通過しない。そのため、プロジェクタから投射された光がスクリーンとスクリーンとの間を通過する際に、光の反射を抑制できる。結果、映像の視認性が高まる。

加えて、一の表示層と他の表示層との間に配置される支持層は、一の表示層と他の表示層の双方を支持している。そのため、支持層が一の表示層のみを支持している構成と比較すると、支持層の部品点数を減らすことができる。

加えて、支持層は、一の表示層と他の表示層の双方に密着している。そのため、表示層は、支持層の厚み方向の移動が規制される。結果、一の表示層と他の表示層との間の寸法精度が高くなる。

請求項２に係る発明では、一の表示層と他の表示層との間に配置された支持層の厚みは、いずれも同一の寸法である。そのため、各々の表示層に対応する映像の互いの間隔が、奥の映像に向かうに連れて広がるように制御できる。

請求項３に係る発明では、一の表示層と他の表示層との間に配置された支持層の厚みは、それぞれ任意である。そのため、各々の表示層に対応する映像の互いの間隔を任意に制御できる。

請求項４に係る発明では、支持層の厚みは、光の光軸を基準として、プロジェクタから離れるに連れて薄くなる。そのため、各々の表示層に対応する映像の互いの間隔が、奥の映像に向かうに連れて広がるように制御できる。

請求項５に係る発明では、支持層の厚みは、光の光軸を基準として、プロジェクタから離れるに連れて厚くなる。そのため、支持層の厚みが一定の場合と比較すると、各々の表示層に対応する映像の互いの間隔が、奥の映像に向かうに連れて、狭まるように制御できる。

本発明の実施例によるヘッドアップディスプレイ装置が車両に搭載された状態を説明する図である。 図１に示された立体映像表示装置の断面図である。 図１に示されたスクリーンユニットを説明する図である。 比較例と共に、本発明の効果を説明する図である。 本発明の変形例によるヘッドアップディスプレイ装置のスクリーンユニットを説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、左右とは車両の乗員を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌは乗員から見て左、Ｒは乗員から見て右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例＞

図１を参照する。図１には、ヘッドアップディスプレイ装置１０が示されている。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、例えば、四輪車の前部に設けられたインストルメントパネルＩｎに取り付けられている。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、運転席の前方に配置されて、ナビゲーション情報や車両情報を乗員Ｍｎに提供する。

ヘッドアップディスプレイ装置１０は、映像を出射する立体映像表示装置２０と、この立体映像表示装置２０から出射された映像を拡大すると共に反射させる拡大反射鏡１１と、この拡大反射鏡１１によって拡大され反射された映像が投射されるコンバイナ１２と、からなる。

拡大反射鏡１１は、凹面鏡によって構成されている。なお、立体映像表示装置２０から出射された映像を拡大し、反射する機構は、拡大反射鏡１１に限られない。即ち、拡大反射鏡１１に代えて、映像を拡大する複数のレンズや、映像を反射する平面鏡をそれぞれ別個に設けてもよい。さらに、これらのレンズや平面鏡のどちらかのみを用いてもよい。

コンバイナ１２は、透明板状の樹脂製の部材である。運転者は、コンバイナ１２に映し出された映像を視認するのと同時に、コンバイナ１２よりも前方の車外の状況も視認することができる。

図２を参照する。立体映像表示装置２０のハウジング２１には、光を投射するプロジェクタ３０と、光の光軸Ｌ上に配置されるスクリーンユニット４０が収納されている。

プロジェクタ３０及びスクリーンユニット４０には、制御部２２が接続されている。制御部２２は、ハウジング２１の内部に収納されていてもよいし、ハウジング２１の外部に設けられていてもよい。

プロジェクタ３０は、映像信号に基づいて映像を投影するものであり、周知のものが採用される。プロジェクタ３０は、青、赤、緑の３つの発光素子３１〜３３と、これらの発光素子３１〜３３から出射された光を透過し且つ反射する２つのダイクロイックミラー３４，３５と、これらのダイクロイックミラー３４，３５を透過し又は反射した光が反射されるプリズムレンズ３６と、このプリズムレンズ３６の一辺に沿って配置されたＤＭＤ（Digital Micromirror Device）３７と、プリズムレンズ３６において反射された光が透過する投射レンズ３８と、からなる。

スクリーンユニット４０は、第１の液晶層４１（第１の表示層４１）〜第３の液晶層４３（第３の表示層４３）を含む。第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３は、それぞれ、透明または不透明な状態を電気的に切り替え可能である。光が透過可能な程度に不透明な状態とされた液晶層（例えば、最もプロジェクタ３０側の第１の液晶層４１）には、映像が映し出される。このとき、第２の液晶層４２（第２の液晶層４２）,第３の液晶層４３は、透明な状態とされている。

制御部２２は、第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３のなかから映像が映し出される液晶層を瞬時に且つ連続的に切り替える。制御部２２は、映像信号と同期させて第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３の透明または不透明の状態を切り替える。切り替えることにより、特定のタイミングの映像を特定の位置の第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３に投影可能である。

立体映像表示装置２０は、プロジェクタ３０で映像を投影し、映像信号に同期させて第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３を制御することにより、特定の位置に配置された第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３に映像を投影することにより、奥行きのある立体的な表示を行うものである。

ヘッドアップディスプレイ装置１０は、立体映像表示装置２０で生成された３次元的な表示を、拡大反射鏡１１によって拡大された虚像として結像させ、更にそれをコンバイナ１２に反射させることにより、運転者に対して３次元映像を表示するように動作する。

図３を参照する。第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３は、それぞれ、２つのガラス基板（支持層）により両面が挟まれて支持されている。

詳細には、第１の液晶層４１は、第１のガラス基板５１（第１の支持層５１）、第２のガラス基板５２（第２の支持層５２）により両面が挟まれて支持されている。同様に、第２の液晶層４２は、第２のガラス基板５２、第３のガラス基板５３（第３の支持層５３）により両面が挟まれて支持されている。第３の液晶層４３は、第３のガラス基板５３、第４（第４の支持層５４）のガラス基板により両面が挟まれて支持されている。

第２のガラス基板５２、第３のガラス基板５３は、それぞれ、２つの液晶層を支持しているといえる。

詳細には、第１の液晶層４１と、この第１の液晶層４１に隣接する第２の液晶層４２との間には、第２のガラス基板５２が配置され、この第２のガラス基板５２は、第１の液晶層４１に密着していると共に、第２の液晶層４２に密着している。同様に、第２の液晶層４２と、この第２の液晶層４２に隣接する第３の液晶層４３との間には、第３のガラス基板５３が配置され、この第３のガラス基板５３は、第２の液晶層４２に密着していると共に、第３の液晶層４３に密着している。

以上より、第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３と、第１のガラス基板５１〜第４のガラス基板５４とは、交互に、密着して積層されているともいえる。

第１のガラス基板５１、第２のガラス基板５２には、それぞれ、第１の液晶層４１との間に、透明電極層４４,４４が形成されている。透明電極層４４,４４の間に発生する電界により液晶の向きは並び替えられ、第１の液晶層４１は透明又は不透明に切り替えられる。同様に第２の液晶層４２、第３の液晶層４３も、それぞれ、透明電極層４４,４４が形成されている。詳細な説明は省略する。

第２のガラス基板５２の厚みＴ２、第３のガラス基板５３の厚みＴ３は、同一の寸法である。なお、第１のガラス基板５１の厚みＴ１、第４のガラス基板５４の厚みＴ２は、任意だが、例えば、厚みＴ２,厚みＴ３と同一の寸法としても良い。

次に、本発明の効果について説明する。

図４（ａ）を参照する。図４（ａ）には、比較例として、従来技術によるスクリーンユニット１００が示されている。スクリーンユニット１００を構成する第１のスクリーン２００,第２のスクリーン３００,第３のスクリーン４００は、互いに離れて積層状に配置されている。そのため、スクリーンユニット１００には、第１の空気層１０１、第２の空気層１０２が形成される。第３のスクリーン４００に光が投射される場合、第１の空気層１０１の第１の界面１０３,１０３、第２の空気層１０２の第２の界面１０４,１０４において、光は反射する。結果、映像の視認性が低下する。

図４（ｂ）を参照する。第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３と、第１のガラス基板５１〜第４のガラス基板５４とは、交互に、密着して積層されている。即ち、プロジェクタ３０の光が一の液晶層から出射して隣接する他の液晶層に入射するまでに、光は空気層との界面を通過しない。そのため、プロジェクタ３０から投射された光が一の液晶層と他の液晶層との間を通過する際に、光の反射を抑制できる。結果、映像の視認性が高まる。

加えて、第２のガラス基板５２は、第１の液晶層４１,第２の液晶層４２を支持している。第３のガラス基板５３は、第２の液晶層４２,第３の液晶層４３を支持している。そのため、従来技術によるスクリーンユニット１００と比較すると、ガラス基板の部品点数を減らすことができる。

加えて、第２のガラス基板５２の厚みＴ２、第３のガラス基板５３の厚みＴ３は、同一の寸法である。そのため、第１の液晶層４１〜第３の液晶層４３に対応する映像の互いの間隔が、奥の映像に向かうに連れて広がるように制御できる。

なお、第１のガラス基板５１〜第４のガラス基板５４のすべてのガラス基板の厚みＴ１〜Ｔ４を同じ寸法とすると、第１のガラス基板５１〜第４のガラス基板５４を共用化できる。そのため、スクリーンユニット４０の製造コストを抑えることができる。

加えて、例えば、第１の液晶層４１と第２の液晶層４２との間の寸法は、これらの表示層に挟まれた第２のガラス基板５２の厚みＴ２となる。空気層ができる場合と比較すると、第１の液晶層４１と第２の液晶層４２との間の寸法精度が高くなる。第２の液晶層４２と第３の液晶層４３との間の寸法についても同様である。説明は省略する。

加えて、第２のガラス基板５２は、第１の液晶層４１と第２の液晶層４２の双方に密着している。そのため、第１の液晶層４１,第２の液晶層４２は、第２のガラス基板５２の厚み方向の移動が規制される。結果、第１の液晶層４１,第２の液晶層４２との間の寸法精度が高くなる。第３の液晶層４３についても同様である。説明は省略する。

図５（ａ）,図５（ｂ）を参照する。次に、ヘッドアップディスプレイ装置１０のスクリーンユニット４０の変形例１，変形例２について説明する。

実施例のスクリーンユニット４０と比較すると、変形例１のスクリーンユニット４０Ａ、変形例２のスクリーンユニット４０Ｂは、それぞれ、液晶層の数、ガラス基板の数、及び、ガラス基板の厚みが異なる。その他の構成については、実施例によるスクリーンユニット４０と同様であり、説明を省略する。

図５（ａ）を参照する。変形例１のスクリーンユニット４０Ａは、第１の液晶層４１Ａ〜第５の液晶層４５Ａと、第１のガラス基板５１Ａ〜第６のガラス基板５６Ａとが、交互に、密着して積層されることにより、構成されている。

第２のガラス基板５２Ａの厚みＡ２〜第５のガラス基板５５Ａの厚みＡ５は、光の光軸Ｌ（図２参照）を基準として、プロジェクタ３０から離れるに連れて厚くなる。そのため、第１の液晶層４１Ａ〜第５の液晶層４５Ａに対応する映像の互いの間隔が、奥の映像に向かうに連れて広がるように制御できる。

第１のガラス基板５１Ａの厚みＡ１,第６のガラス基板５６Ａの厚みＡ６は、任意に設定して良い。

図５（ｂ）を参照する。変形例２のスクリーンユニット４０Ｂは、第１の液晶層４１Ｂ〜第５の液晶層４５Ｂと、第１のガラス基板５１Ｂ〜第６のガラス基板５６Ｂとが、交互に、密着して積層されることにより、構成されている。

第２のガラス基板５２Ｂの厚みＢ２〜第５のガラス基板５５Ｂの厚みＢ５は、光の光軸Ｌ（図２参照）を基準として、プロジェクタ３０から離れるに連れて厚くなる。そのため、実施例のスクリーンユニット４０と比較すると、第１の液晶層４１Ｂ〜第５の液晶層４５Ｂに対応する映像の互いの間隔が、奥の映像に向かうに連れて、狭まるように制御できる。

第１のガラス基板５１Ｂの厚みＢ１,第６のガラス基板５６Ｂの厚みＢ６は、任意に設定して良い。

なお、一の液晶層と他の液晶層との間に配置されたガラス基板の厚みは、それぞれ任意に設定しても良い。この場合、各々の液晶層に対応する映像の互いの間隔を任意に制御できる。さらには、本発明のスクリーンユニットに含まれる液晶層の数も任意に設定してよい。また、映像の投射部としてコンバイナを例示したが、フロントガラス（ウィンドシールド）に映像を投影するヘッドアップディスプレイ装置にも適用可能である。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、車両に搭載するのに好適である。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置
１１…拡大反射鏡
１２…コンバイナ
２０…立体映像表示装置
２２…制御部
３０…プロジェクタ
４０,４０Ａ,４０Ｂ…スクリーンユニット
４１,４１Ａ,４１Ｂ…第１の液晶層（表示層）
４２,４２Ａ,４２Ｂ…第２の液晶層
４３,４３Ａ,４３Ｂ…第３の液晶層
４４Ａ,４４Ｂ…第４の液晶層
４５Ａ,４５Ｂ…第５の液晶層
５１,５１Ａ,５１Ｂ…第１のガラス基板（支持層）
５２,５２Ａ,５２Ｂ…第２のガラス基板
５３,５３Ａ,５３Ｂ…第３のガラス基板
５４,５４Ａ,５４Ｂ…第４のガラス基板
５５Ａ,５５Ｂ…第５のガラス基板
５６Ａ,５６Ｂ…第６のガラス基板
Ｌ…光軸
Ｔ１〜Ｔ４,Ａ１〜Ａ６,Ｂ１〜Ｂ６…ガラス基板の厚み

Claims (5)

1. 光を投射するプロジェクタと、前記光の光軸上に複数の表示層を含むスクリーンユニットと、前記複数の表示層のなかから映像が映し出される表示層を切り替える制御部と、を有するヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記複数の表示層は、それぞれ、２つの支持層により両面が挟まれて支持され、
   前記複数の表示層のなかのいずれか一の表示層と、この一の表示層に隣接する他の表示層との間には、前記支持層が１つ配置され、
   この支持層は、前記一の表示層に密着していると共に、前記他の表示層に密着していることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記一の表示層と前記他の表示層との間に配置された前記支持層の厚みは、いずれも同一の寸法であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記一の表示層と前記他の表示層との間に配置された前記支持層の厚みは、任意であることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記支持層の厚みは、前記光の光軸を基準として、前記プロジェクタから離れるに連れて薄くなることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記支持層の厚みは、前記光の光軸を基準として、前記プロジェクタから離れるに連れて厚くなることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

Images