JP2019095703A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車内表示のみならず車外表示を行うＨＵＤ装置を提供する。【解決手段】車両（Ｃ）に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置（１）であって、所定の画像を表す光（Ｗ１）を発光し投影する画像投影手段（４）と、画像投影手段（４）からの光（Ｗ１）を車内に表示する車内表示手段（１６）と、画像投影手段（４）からの光を車外に表示する車外表示手段（１６、１８）とを備えるよう構成した。これにより画像の車内表示のみならず車外表示を行うことが可能なヘッドアップディスプレイ装置（１）を提供する。【選択図】図１

Description

車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

特許文献１には、運転席及び助手席に座るユーザーに有効な情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置という）が開示されている。

特開２０１３−２５７５８４号

特許文献１のように、ＨＵＤ装置を用いて車内の運転手のみならず、他者、例えば車外にいる歩行者等にも情報の表示を行いたいというニーズがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、車内の運転手に向けて表示するだけでなく、車外へ向けて表示を行うＨＵＤ装置を提供することを目的とする。

本開示の構成によれば、車内表示のみならず車外表示を行うＨＵＤ装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係るＨＵＤ装置の構成を示す、鉛直断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るＨＵＤ装置の構成を示す、鉛直断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るＨＵＤ装置の構成を示す、鉛直断面図である。 同ＨＵＤ装置で画像表示を行う場合の、発光層が発する光の光路を示す説明図である。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るＨＵＤ装置について詳細に説明する。各図に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構造を示す鉛直断面図である。ＨＵＤ装置１は、ドライバー前方に設けた所定の表示領域（フロントガラス１４の所定領域）２０に主にドライバーの運転操作に有効な各種走行情報を示す画像を表示する装置である。ＨＵＤ装置１は、調光フィルム１６とプリズムシート１８、及び筐体１２を備える。

筐体１２は車両Ｃのフロントガラス１４下部に配置され、フロントガラス１４の一部及び車両Ｃのフレームの一部と併せて灯室を形成する。灯室内にはＨＵＤ装置１の構成要素である、ヘッドランプユニット８、制御ユニット２、投影ユニット４、及び反射鏡６が収容される。各部は図示しない支持機構によって筐体１２に取り付けられる。

投影ユニット４は、前方（図１では車両後方）に向かって画像を表す光を発光し投影する。いわゆる公知のプロジェクタ装置を利用しているので詳細な説明については省略する。投影ユニット４は光源の光度が調整可能である。

制御ユニット２は、ＣＰＵ及びメモリを中心とする周知のマイクロコンピューターを備える。メモリは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリである。制御ユニット２には表示可能な画像が予め設定されており、投影ユニット４は制御ユニット２の指令に基づき画像を投影する。また、投影ユニット４の光源の光度の調整も制御ユニット２が行う。

反射鏡６は、投影ユニット４と表示領域２０の両方に対向するように配置され、投影ユニット４より投影された光Ｗ１を反射して、表示領域２０に入射させる。

ヘッドランプユニット８は、例えば反射型やプロジェクタ型の灯具ユニットを用いてよく、ここではその種類は問わない。図１に示すヘッドランプユニット８の構成は、プロジェクタ型を採用した一例であり、ユニットの光源からの光をリフレクタにより集光・反射してフロントガラス１４を通して車両Ｃの前方に照射し、所定の配光パターンを形成するように構成されている。

フロントガラス１４の表示領域２０は、車内側表面をプリズムシート１８で覆われ、プリズムシート１８はさらに調光フィルム１６で覆われた、三層構造となっている。

調光フィルム１６は電圧の印加により光の拡散度と着色度が変化する構成で、電圧調整により調光フィルム１６の透過率を無段階で変化させることができる。電圧印加により透過率が高くなると透光性を呈し入射した光を透過させ、電圧が印加されなければ透過率が低く入射した光を反射させる反射型スクリーンとなる。

プリズムシート１８は入射した光の角度を変える役割を持ち、反射鏡６より入射した光を屈折させ、車両Ｃ前方へ出射するよう調整されている。

筐体１２の上面壁の表示領域２０に対応する位置に設けられた開口部１２ｂには、光を透過する透光カバー１２ｃが設けられている。ＨＵＤ装置１では、投影ユニット４から投影された画像を表す光Ｗ１が、反射鏡６で反射し透光カバー１２ｃを通過し表示領域２０に投影される。ここで調光フィルム１６の透過率が低い場合、光Ｗ１は調光フィルム１６で反射され、反射光Ｗ１１は車内のドライバーに視認される。電圧印加により調光フィルム１６の透過率が高い場合、光Ｗ１は調光フィルム１６を透過し、透過光Ｗ１２はプリズムシート１８で屈折して車両Ｃ前方に出射される。即ち、表示領域２０には車外に向けて画像が表示され、車外に存在する歩行者等に画像が視認される。

（作用効果）
上記のように、調光フィルム１６の透過率をコントロールすることで、ＨＵＤ装置１は画像の車内表示と車外表示の両方を可能とする。車内にいるドライバーに有効な情報に対応する画像を表示する一方で、歩行者や対面車両ドライバー等に向けて、車両状態や動作情報などの画像を視認させることができる。例えば車外表示として「お先にどうぞ」や「動作予告（停車、発車、右左折）」「自動運転レベル」などを表示し、車外にいる歩行者等に有効な情報を提供することや、対面ドライバーとコミュニケーションを取ることができる。車内表示により車内のドライバーは有効な情報を得ることができ、車外表示により譲り合いや意思確認もでき、円滑に運転を行うことができ、安全性も向上する。ＨＵＤ装置１一つで画像の車内表示と車外表示ができるため、個別に装置を設置するより部品の共有化ができ、省スペースで、コスト削減が図れる。

また、制御ユニット２により投影ユニット４の光源の光度を調整し、車外表示を行う場合は、車内表示を行う場合よりも光度が高くなるよう構成する。車外の歩行者には光度を高く、画像を明るく表示して注意を引く一方で、車内では光度を低くして眩しさを防ぐ。投影ユニット４の光源の光度の調整により情報が必要な者へそれぞれ的確に案内や情報を表示でき、安全性が向上する。

画像を表示する表示領域２０は、車両Ｃに設けられたフロントガラス１４の一部であり、ヘッドランプユニット８も車内の筐体１２に納められ、フロントガラス１４を通して光を車外に照射している。それぞれを別体で構成するよりも省スペース、小型化を図ることできる。さらにヘッドランプユニット８を車内に配置することで、通常より車両Ｃの前面を覆うようにフロントガラス１４を配置することができ、未来的なデザインに対応できる。また透光カバー１２ｃを通してドライバーの視界も広がる。ヘッドランプユニット８は制御ユニット２、投影ユニット４、及び反射鏡６より車両後方に配置されており、運転手は照射光が眼に入らず眩しさを防げる。このような構成にすることで、ＨＵＤ装置１と車両用灯具であるヘッドランプユニット８を車内に光学的にも構造的にも効率よく配置できる。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るＨＵＤ装置１Ａの概略構造を示す鉛直断面図である。図１と同様又は対応する構成要素については同一の符号を付すとともに、重複する説明は適宜省略する。本実施形態では、ＨＵＤ装置１Ａの画像の表示領域は第１の実施形態同様、車両Ｃのフロントガラス１４の所定領域であるが、車内に向けて画像を表示する車内向け表示領域２２と、車外向けに向けて画像を表示する車外向け表示領域２４とに分かれている。図２に示すＨＵＤ装置１Ａは、反射鏡６の代わりに可動ミラー３０を備え、投影ユニット４から投影される画像を表す光Ｗ２を、車内向け表示領域２２と車外向け表示領域２４に分けて反射させる点で、第１の実施形態と異なる。またヘッドランプユニット８は、その出射光が車外向け表示領域２４とは被らない位置に配置される。

可動ミラー３０は、アクチュエーターによって回動可能であり、投影ユニット４との対向角度を制御することで、入射した光の反射方向を制御できる。

フロントガラス１４の車外向け表示領域２４は、車内側に透明スクリーン２８を備える。車外向け表示領域２４に備えられる透明スクリーン２８は透過型で、入射した画像光は屈折して車両前方に出射して表示され、スクリーン向こうに存在するユーザーに画像を視認させる。

車内向け表示表域２２に投影された画像光は、アイレンジＥＲにおいて車両前方に形成される虚像となる。フロントガラス１４越しに見える景色に重畳されるように虚像が投影され、ドライバーに車両Ｃの進行路上に存在する注視物から視線を移動させることなく視認させることが可能である。

ＨＵＤ装置１Ａでは、制御ユニット２に制御され投影ユニット４から投影された画像を表す光Ｗ２が、可動ミラー３０に入射する。可動ミラー３０は、入射した光Ｗ２を、車内向け表示領域２２又は車外向け表示領域２４に向けて反射する。

可動ミラー３０が車内向け表示領域２２と対向する位置にある場合、反射光Ｗ２１は車内向け表示領域２２に投影され、車内の運転手に虚像として視認される。可動ミラー３０が車外向け表示領域２４と対向する位置にある場合、反射光Ｗ２２は透明スクリーン２８に投影され屈折して車外に出射し、車外の歩行者等に視認される。

以上説明したように、本実施形態のＨＵＤ装置１Ａは、光を二つの表示領域に切り替えて導く可動ミラー３０を備え、投影ユニット４と可動ミラー３０の対向角度をコントロールすることで、車内向け表示領域２２と車外向け表示領域２４に分けて画像表示を行うことができる。車内表示と車外表示では表示に必要な光学特性が異なるため、共有可能部分は共有化し、個別の方が有利な部分は個別に部品を分けることで、全体のコストと部品数を低減させた。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態に係るＨＵＤ装置の概略構造を示す鉛直断面図である。本実施形態では、ＨＵＤ装置１Ｂの画像の表示領域２０は、他の実施形態と同様、車両Ｃのフロントガラス１４の所定領域であり、同領域のフロントガラス１４の車内側表面には密着するように透明ディスプレイ３２が設けられ、さらにその表面に調光フィルム３４が積層するように設けられた、三層構造である。

透明ディスプレイ３２は、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）等の従来公知の極薄で透明なディスプレイであり、二枚のガラス板３２Ａの間に発光層３２Ｂが挟まれた構造を有する。発光層３２Ｂの光は裏表両方に向けて出射されるため、透明ディスプレイ３２に表示された画像は、正面にいるユーザーに視認され、なおかつ背面にいるユーザーにも左右逆で視認される。発光層３２Ｂは電流を通すと発光する性質が利用されており、電流の調整により透明ディスプレイ３２の輝度（発光層３２Ｂの輝度）が加減される。

調光フィルム３４は、第1の実施形態と同様、電圧により透過率が調整可能であり、透過率によって透明性、反射性、又は半透過性の性質を呈する。制御ユニット２は、透明ディスプレイ３２に加え、調光フィルム３４の制御も行う。

図４は、ＨＵＤ装置１Ｂで表示領域２０に画像を、車内表示、車外表示、及び車内車外両方表示を行う場合の、発光層３２Ｂが発する光の光路を示す説明図である。矢印の太さは光の明るさを示し、太いほど明るい。ＨＵＤ装置１Ｂでは、透明ディスプレイ３２の輝度と調光フィルム３４の透過率の調整により、主としてどこへ向けて表示するかが決定される。

即ち、図４に示すように、透明ディスプレイ３２の画像を主に車内に向けて表示する場合、透明ディスプレイ３２の輝度は、表示された画像がドライバーには問題なく認識される程度に比較的低く抑えられ、調光フィルム３４は高い透過率を備え透明性を呈する。発光層３２Ｂから投射された光のうち車内へ向けて出射した光Ｗ３２は、調光フィルム３４を通過し、車内のドライバーに視認される。同時に発光層３２Ｂから車外へ向けて光Ｗ３２が出射するが、輝度が低く抑えられているため、フロントガラス１４の間近で対向しているドライバーには十分認識されるが、車外を歩く歩行者への認識性は低い。

また、透明ディスプレイ３２の画像を主に車外に向けて表示する場合、透明ディスプレイ３２の輝度は高く明るく設定され、調光フィルム３４は低い透過率を備え反射性を呈する。発光層３２Ｂから投射された光のうち、車外に向けて出射した光Ｗ３３はそのまま出射し、車内に向けて出射した光Ｗ３４は調光フィルム３４で反射し、やはり車外に出射し、車外の歩行者等に視認される。車外に明るく画像は表示され、歩行者にとって眩しく注意を引く。

さらに、透明ディスプレイ３２の画像を車外と車内の両方に向けて表示する場合、例えば矢印などを表示する場合、透明ディスプレイ３２の輝度は高く、調光フィルム３４の透過率は前述の２ケースの中間の中程度で、半透明性を呈する。発光層３２Ｂから車内に向けて出射した光Ｗ３６は、一部の光Ｗ３６’が調光フィルム３４を透過し、一部の光Ｗ３６”は反射して車外へ向けて出射した光Ｗ３５と合わせて、車外へ出射する。画像が車外と車外両方に表示され、車外に向けて表示された画像は、車内に向けて表示された画像に比べ明るい。

上記のように構成することで、ＨＵＤ装置１Ｂ は、車内はもちろん車外にも、また両方に同時にも視認されやすいように画像を表示することができる。

以上、車内及び車外にむけて画像を表示するＨＵＤ装置の実施形態を述べたが、これは本発明の一例であり、各実施形態を当業者の知識に基づいて組み合わせることも可能であり、そのような表示の形態も本発明の範囲に含まれる。

１ ＨＵＤ装置
２ 制御ユニット
４ 投影ユニット
６ 反射鏡
８ ヘッドランプユニット
１２ 筐体
１４ フロントガラス
１６ 調光フィルム
１８ プリズムシート
２０ 表示領域
２２ 車内向け表示領域
２４ 車外向け表示領域
２８ 透明スクリーン
３０ 可動ミラー
３２ 透明ディスプレイ
３４ 調光フィルム
Ｃ 車両
Ｗ 光

Claims (5)

1. 車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   所定の画像を表す光を発光し投影する画像投影手段と、
   前記画像投影手段からの光を車内に表示する車内表示手段と、
   前記画像投影手段からの光を車外に表示する車外表示手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする画像の車内表示及び車外表示が可能なヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記車外表示手段によって車外表示を行う際の前記画像投影手段の光源の光度が、前記車内表示手段によって車内表示を行う際の前記画像投影手段の光源の光度よりも高い、
   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. 前記車外表示手段が画像を表示する車外向け表示領域と、前記車内表示手段が画像を表示する車内向け表示領域とが異なるよう構成されており、
   前記画像投影手段から投影される画像を表す光を、前記二つの表示領域に向けて切り替えて導く光学手段と、
   を備えるよう構成された、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記車両に設けられる車両用灯具の筐体内に納められる、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記車外向け表示領域は前記車両に設けられた窓であって、前記車両用灯具の光が前記窓を透過して車外に照射されるよう構成された、
   ことを特徴とする請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。