JP2019144414A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示画面の拡大化を図ると共に、筐体の小型化を図ることができる車両用表示装置を提供する。【解決手段】車両用表示装置１は、ウインドシールド１０１に投影される表示画像を表示光として出射する表示器３と、筐体２の開口２ａを閉塞し、表示器３から出射される表示光の少なくとも一部を透過させる透明カバー５と、複数の反射ミラー７，９と、１／４波長板６とを備える。１／４波長板６は、表示器３からの表示光の振動方向を基準振動方向として、透明カバー５から反射ミラー９に向けて透過する表示光を、基準振動方向から４５°傾けた方向に振動する円偏光に変換し、反射ミラー９から反射ミラー７に向けて透過する円偏光を、基準振動方向と直交する方向に振動する表示光に変換する。透明カバー５は、表示器３からの表示光を１／４波長板６に向けて反射させ、反射ミラー７からの表示光をウインドシールド１０１に向けて透過させる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、自動車等の車両には、ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ：Head Up Display）等の車両用表示装置を搭載するものがある。ヘッドアップディスプレイ装置は、表示器に表示される表示画像を反射ミラー等を介してウインドシールドまたはコンバイナに投影することで、運転者に虚像として視認させるものである（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された車両用表示装置では、インストルメントパネルの開口部に表示画像を透過させる透明カバーが設けられ、この透明カバーによって装置の内部に埃等が入り込まないようになっている。

特開２０１６−５８７号公報

近年、車両用表示装置では、反射ミラーに非球面の凹面ミラーを用いて表示画像の大画面化が図られている。しかしながら、反射ミラーの曲率を大きくして拡大倍率を上げるにも限度がある。また、複数の反射ミラーを配置することで対応が可能であるが、複数の反射ミラーを収容する筐体が大型化するおそれがある。

本発明は、表示画面の拡大化を図ると共に、筐体の小型化を図ることができる車両用表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、筐体に設けられた開口を閉塞し、かつ前記表示器から出射された前記表示光を透過させるカバー部材と、前記表示器から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって、前記表示光を反射させる第１非球面ミラーと、前記表示光の光路上にあって前記第１非球面ミラーと対向する位置に配置され、前記カバー部材から入射する前記表示光を透過し、かつ前記第１非球面ミラーから入射する前記表示光を透過させる１／４波長板と、前記１／４波長板を透過した前記表示光を、前記カバー部材を挟んで反対側に配置された前記被投影部材に向けて反射させる第２非球面ミラーと、を備え、前記表示器は、基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、前記１／４波長板は、前記カバー部材から入射して前記第１非球面ミラー側に透過する前記第１直線偏光を、前記基準振動方向に対して４５°傾けた方向に振動する円偏光に変換し、かつ前記第１非球面ミラーで反射して前記第２非球面ミラーに向けて透過する前記円偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換し、前記カバー部材は、前記筐体の内方に向けて突出させた凸状曲面形状を有し、前記表示器から出射された前記第１直線偏光を前記１／４波長板に向けて反射させ、かつ前記第２非球面ミラーからの前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有することを特徴とする。

本発明に係る車両用表示装置によれば、表示画面の拡大化を図ると共に、筐体の小型化を図ることができる、という効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る車両用表示装置の表示光の変化を示す模式図である。

以下に、本発明に係る車両用表示装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。また、下記の実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

［実施形態］
本発明の実施形態に係る車両用表示装置１について図１、図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。図２は、実施形態に係る車両用表示装置の表示光の変化を示す模式図である。なお、図２では、説明を簡略化するために、構成部材の一部（反射ミラー７）が省略されている。

車両用表示装置１は、例えば自動車等の車両１００のインストルメントパネル（不図示）の内側に配置され、ウインドシールド１０１に表示画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置である。車両用表示装置１は、被投影部材であるウインドシールド１０１に表示画像を投影して、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０を表示する。ウインドシールド１０１は、入射する光の一部を反射し、他の一部を透過させる半透過性を有している。具体的には、ウインドシールド１０１は、車両１００の前景を透過させながら、車両用表示装置１から投影される表示画像を表示光としてドライバ２００のアイポイント２０１に反射する。ウインドシールド１０１は、車両１００のインストルメントパネルの上方に配置されている。アイポイント２０１は、車両１００のドライバ２００の視点位置として予め想定される。ドライバ２００は、ウインドシールド１０１によって反射された表示画像を虚像１１０として認識する。虚像１１０は、ドライバ２００にとって、ウインドシールド１０１よりも前方に認識される。車両用表示装置１は、筐体２と、表示器３と、透明カバー５と、１／４波長板６と、２つの反射ミラー７，９とを含んで構成される。

なお、本明細書において、特に記載しない限り、「前後方向」は車両用表示装置１が搭載された車両１００の前後方向を示すものとする。また、特に記載しない限り、「上下方向」は車両１００の上下方向を示し、「幅方向」は車両１００の車幅方向を示すものとする。

筐体２は、内部が中空の箱状に形成され、内部空間に表示器３、反射ミラー７等を収容するものである。筐体２は、ウインドシールド１０１に向けて出射される表示光の光路の一部となる開口２ａが形成されている。開口２ａは、ウインドシールド１０１に対向する位置にあって、表示光をウインドシールド１０１に向けて通過させる。筐体２は、開口２ａの前後方向の前方の縁部に遮光壁２ｂが立設されている。遮光壁２ｂは、上下方向の上方に突出し、かつ幅方向に沿って延在して形成される。具体的には、遮光壁２ｂは、透明カバー５の前後方向の前方の縁部から上方に突出し、当該透明カバー５の横方向に沿って延在して形成される。遮光壁２ｂは、透明カバー５の前後方向の前方にて外光ＳＬを遮光し、当該透明カバー５で外光ＳＬが反射することを防止する。外光ＳＬは、例えば車両１００の外部から車両内に入射する太陽光、街灯の光等である。

表示器３は、車両１００に設けられたウインドシールド１０１に投影される表示画像を表示光として出射するものである。表示器３は、例えば、液晶パネル（不図示）、バックライトユニット（不図示）を含んで構成される。液晶パネルは、例えば光透過型または光半透過型のＴＦＴ液晶（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display）等から成る。液晶パネルは、裏面側から照明されることで表面側の表示面が発光する。バックライトユニットは、液晶パネルを裏面側から照明するものである。バックライトユニットは、例えば、車両１００内のバッテリー（不図示）から得られる電力により駆動する。本実施形態の表示器３は、図２に示すように、基準振動方向に振動する直線偏光を表示光Ｌ１として出射する。ここで基準振動方向は、例えば垂直方向であり、表示器３の偏光軸と平行な方向である。つまり、表示器３は、垂直方向の偏光軸を有し、当該偏光軸と平行な表示光Ｌ１を出射するものである。表示器３は、例えば、液晶パネルを構成する偏光板のうち、光が出射する側の偏光板の偏光軸（透過軸）が垂直方向になるように配置される。

透明カバー５は、筐体２に設けられた開口２ａを閉塞し、表示器３から出射された表示光の少なくとも一部を透過させるカバー部材である。透明カバー５は、開口２ａを閉塞することで、外部から筐体２内へのホコリ等の侵入を防止する。透明カバー５は、表示器３から出射された表示光を透過させる光透過性を有する部材、例えば、ガラスやアクリル、ポリカーボネート等の合成樹脂等と、当該部材に組み合わされた偏光部材とで構成される。偏光部材は、例えば偏光フィルム等が含まれる。偏光フィルムは、透明カバー５の凸状曲面５ａ側に貼付され、光透過性を有する部材に組み合わされる。偏光部材は、典型的には偏光軸を有し、当該偏光軸と平行に振動する光を透過する一方、当該偏光軸と直交する方向に振動する光を反射する。すなわち、透明カバー５は、図２に示すように、垂直方向と直交する水平方向の偏光軸を有し、当該偏光軸と平行な方向（基準振動方向に直交する方向）に振動する表示光Ｌ３を透過させる一方、偏光軸と直交する方向（基準振動方向）に振動する表示光Ｌ１を反射させる。本実施形態の透明カバー５は、表示器３から出射された表示光を１／４波長板６に向けて反射させる一方、反射ミラー７から反射された表示光をウインドシールド１０１に向けて透過させる構成を有する。

透明カバー５は、筐体２の内方に向けて突出させた凸状曲面形状を有する。透明カバー５は、筐体２の内方に向けて突出させた凸状曲面５ａと、凸状曲面５ａの反対側の面に設けられ、筐体２の外方に凹んだ凹状曲面５ｂとを有する。凸状曲面５ａ及び凹状曲面５ｂは、例えば、非球面（自由曲面を含む）で構成される。本実施形態の凸状曲面５ａは、反射ミラー７等の光学系における曲面（反射面及び透過面を含む）、及び車両１００のウインドシールド１０１の表面形状の少なくとも一方の影響により生じる像面湾曲の収差を補正する形状を有する。本実施形態の凹状曲面５ｂは、車両１００の外部から透明カバー５に入射する外光ＳＬを反射させる反射ミラーとしての機能を有する。すなわち、凹状曲面５ｂは、透明カバー５に入射する外光ＳＬを、ドライバ２００のアイポイント２０１に向かうアイポイント方向とは異なる方向に向けて反射させる。例えば、凹状曲面５ｂは、入射する外光ＳＬを遮光壁２ｂに向けて反射させる。ここで外光ＳＬは、例えば車両１００の外部から車両内に入射する太陽光、街灯の光等である。凸状曲面５ａと凹状曲面５ｂ間の厚み、すなわち透明カバー５の厚みは、強度を考慮すると厚くすることが好ましいが、当該厚みを厚くした場合に、凸状曲面５ａや凹状曲面５ｂの裏面反射による表示画像への影響が大きくなる可能性もあるので、それらを考慮した厚みであることが好ましい。

１／４波長板６は、表示器３からウインドシールド１０１までの表示光の光路上にあって反射ミラー９と対向する位置に配置され、透明カバー５から入射される表示光を透過し、かつ反射ミラー９から入射される表示光を透過するものである。１／４波長板６は、いわゆる波長板の一種であり、例えば複屈折材料等で構成される。１／４波長板６は、振動方向が互いに直交する２つの直線偏光に位相差（光路差）を持たせたものである。本実施形態の１／４波長板６は、透明カバー５から入射して反射ミラー９側に透過する表示光Ｌ１を、基準振動方向に対して４５°傾けた方向に振動する表示光Ｌ２ａ（円偏光）に変換する。すなわち、１／４波長板６は、図２に示すように、透明カバー５の凸状曲面５ａにより反射された直線偏光（表示光Ｌ１）を４５°傾けた左回りの円偏光（表示光Ｌ２ａ）に変換する。また、１／４波長板６は、反射ミラー９で反射して反射ミラー７に向けて透過する表示光Ｌ２ｂを、基準振動方向と直交する方向に振動する表示光Ｌ３（第２直線偏光）に変換する。すなわち、１／４波長板６は、図２に示すように、反射ミラー９の反射面により反射された円偏光（表示光Ｌ２ｂ）を、基準振動方向と直交する直線偏光（表示光Ｌ３）に変換する。このように、１／４波長板６は、透過する直線偏光を円偏光に変換し、かつ、透過する円偏光を直線偏光に変換する。ここで表示光Ｌ２ｂは、表示光Ｌ２ａである円偏光に対して逆回りの円偏光となる。すなわち、表示光Ｌ２ａは、反射ミラー９により反射されると、逆回りに回転する円偏光の表示光Ｌ２ｂに変換される。

反射ミラー７，９は、表示器３からウインドシールド１０１までの表示光の光路を折り返す位置にあって、表示光を反射させるものである。反射ミラー７，９は、筐体２内において、表示器３から出射された表示光の光路を変更する光学系である。本実施形態の反射ミラー７，９は、上述した拡大ミラーとしての機能を有し、例えば、反射面が非球面の凹状曲面（または凸状曲面）で形成される。すなわち、反射ミラー７，９は、当該反射ミラー７，９にて反射する前の表示光が表す表示画像と比較して当該反射ミラー７，９にて反射した後の表示光が表す表示画像が相対的に大きくなるように当該表示画像を拡大して反射する。本実施形態の反射ミラー９は、透明カバー５を反射して１／４波長板６を透過した表示光を、再度、１／４波長板６を透過させて反射ミラー７に向けて全反射させる中間屈曲ミラーである。本実施形態の反射ミラー７は、１／４波長板６を透過して入射する表示光を、透明カバー５を挟んで反対側に配置されたウインドシールド１０１に向けて全反射させる最終反射ミラーである。反射ミラー７は、筐体２に固定支持されているが、ウインドシールド１０１に照射する表示光の反射角度を微調整するための調整機構により支持されていてもよい。

次に、車両用表示装置１における表示動作について図１を参照して説明する。まず、表示器３から出射された表示光は、透明カバー５に向かう。透明カバー５は、表示器３から入射する表示光を、凸状曲面５ａにより１／４波長板６に向けて反射させる。１／４波長板６は、透明カバー５から入射する表示光を、反射ミラー９に向けて透過させる。反射ミラー９に入射する表示光は、凹状の反射面により全反射して、１／４波長板６に向かう。１／４波長板６は、反射ミラー９から入射する表示光を、反射ミラー７に向けて透過させる。反射ミラー７に入射する表示光は、凹状の反射面により全反射して、再度、透明カバー５に向かう。透明カバー５は、反射ミラー７から入射する表示光を、凸状曲面５ａから凹状曲面５ｂを介してウインドシールド１０１に向けて透過させる。これにより、ウインドシールド１０１に表示画像が投影され、ドライバ２００のアイポイント２０１の前方に虚像１１０が表示される。

以上説明した車両用表示装置１は、透明カバー５が、表示器３から出射された第１直線偏光を反射させ、かつ１／４波長板６を折り返し透過させることで第１直線偏光から変換した第２直線偏光をウインドシールド１０１に向けて透過させる偏光構造を有する。このように、透明カバー５に偏光板としての機能を持たせ表示光を透明カバー５で反射させることで、表示光の光路長を伸ばすことができ、長くなった光路長で表示光を表す表示画像を拡大して、表示画面の拡大化を図ることができる。また、新たな光学系部品を追加することなく、表示光の光路長を伸ばすことができるので、筐体２の小型化を図ることができる。また、表示光の光路長を伸ばすことで、表示画像の遠視点表示が容易になる。さらに、透明カバー５が、外光ＳＬのうち、基準振動方向に振動する直線偏光を反射（または吸収）するので、反射ミラー７，９等を介して表示器３に到達する外光ＳＬが減少し、当該外光ＳＬの入射による表示器３の温度上昇を抑制することができる。

また、車両用表示装置１は、透明カバー５が前方に傾けた凹状曲面５ｂを有するので、外光ＳＬのうち、基準振動方向に振動する直線偏光を遮光壁２ｂに向けて反射させ集光させることができる。

また、車両用表示装置１は、透明カバー５が、光透過性を有する部材に偏光フィルムを組み合わせて構成されるので、製品の製造を容易にしてコスト増を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、透明カバー５は、凸状曲面５ａが像面湾曲の収差を補正する形状を有する。例えば、凸状曲面５ａは、ウインドシールド１０１の被投影面の形状や被投影面に対する反射ミラー７の幾何学的な位置関係に応じた形状に形成され、表示光をウインドシールド１０１に向けて反射する際に、表示光が表す表示画像が所望の形状となるように光学的に歪みを補正する。これにより、表示光が透明カバー５の凸状曲面５ａを反射することで表示光が表す表示画像の表示歪みを補正することが可能となり、表示品位の向上を図ることができる。

また、上記実施形態では、透明カバー５は、凸状曲面５ａ側に偏光フィルムを貼付することで偏光機能を有するものであるが、これに限定されるものではなく、偏向フィルムを凹状曲面５ｂ側に貼付することで偏光機能を有するものであってもよい。また、透明カバー５は、光透過性を有する部材と偏光板とが一体的に成形されたものであってもよい。

また、上記実施形態では、遮光壁２ｂは、筐体２側に設けられているが、これに限定されず、透明カバー５側に形成されていてもよい。すなわち、遮光壁２ｂは、透明カバー５において、車両１００の前後方向の前方縁部から当該車両１００の上下方向の上方に突出し、かつ当該前後方向及び当該上下方向と交差する幅方向に沿って延在して形成されたものである。

また、上記実施形態では、車両用表示装置１は、２つの反射ミラー７，９を有しているが、これらに限定されるものではなく、３つ以上の反射ミラーを有していてもよい。

また、上記実施形態では、反射ミラー７，９は、拡大ミラーとしての機能を有するが、これに限定されず、上述した補正ミラーとしての機能を有してもよい。拡大ミラー及び補正ミラーとして機能する反射ミラー７，９は、球面、放物面と異なり、光軸に対して非対称な形状の自由曲面ミラーとして形成される。

また、上記実施形態では、表示画像は、車両１００のウインドシールド１０１に投影されているが、これに限定されず、例えばコンバイナ等に投影されてもよい。

また、上記実施形態では、車両用表示装置１を車両１００に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば船舶や航空機等の車両１００以外のものに適用してもよい。

１ 車両用表示装置
２ 筐体
２ａ 開口
２ｂ 遮光壁
３ 表示器
５ 透明カバー
５ａ 凸状曲面
５ｂ 凹状曲面
６ １／４波長板
７，９ 反射ミラー
１００ 車両
１０１ ウインドシールド
１１０ 虚像
２００ ドライバ
２０１ アイポイント
ＳＬ 外光

Claims (1)

1. 車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を表示光として出射する表示器と、
   筐体に設けられた開口を閉塞し、かつ前記表示器から出射された前記表示光を透過させるカバー部材と、
   前記表示器から前記被投影部材までの前記表示光の光路を折り返す位置にあって、前記表示光を反射させる第１非球面ミラーと、
   前記表示光の光路上にあって前記第１非球面ミラーと対向する位置に配置され、前記カバー部材から入射する前記表示光を透過し、かつ前記第１非球面ミラーから入射する前記表示光を透過させる１／４波長板と、
   前記１／４波長板を透過した前記表示光を、前記カバー部材を挟んで反対側に配置された前記被投影部材に向けて反射させる第２非球面ミラーと、
   を備え、
   前記表示器は、
   基準振動方向に振動する第１直線偏光を出射し、
   前記１／４波長板は、
   前記カバー部材から入射して前記第１非球面ミラー側に透過する前記第１直線偏光を、前記基準振動方向に対して４５°傾けた方向に振動する円偏光に変換し、かつ前記第１非球面ミラーで反射して前記第２非球面ミラーに向けて透過する前記円偏光を、前記基準振動方向と直交する方向に振動する第２直線偏光に変換し、
   前記カバー部材は、
   前記筐体の内方に向けて突出させた凸状曲面形状を有し、前記表示器から出射された前記第１直線偏光を前記１／４波長板に向けて反射させ、かつ前記第２非球面ミラーからの前記第２直線偏光を前記被投影部材に向けて透過させる構造を有する
   ことを特徴とする車両用表示装置。