JP2023011116A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示光の入射角が小さくとも適切に虚像表示させること。【解決手段】車室内の乗員に虚像として視認させる表示情報を表示光として出射する表示ユニット１０と、表示ユニット（１０）から出射された表示光を乗員のアイポイントＥＰへと反射させる反射面Ｓｒが設けられた反射体２０と、を備え、反射面Ｓｒは、その全面が、表示ユニット１０からの表示光の入射角θｉｎに対して表示光の反射後のアイポイントＥＰへの出射角θｏｕｔを大きくするフレネル形状に形成されること。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、車両には、車室内の乗員に提供する情報を虚像表示させる車両用表示装置が搭載されている。この車両用表示装置は、表示情報に関わる表示光をインスツルメントパネルの中から外に出射する表示ユニットと、この表示ユニットから出射された表示光を乗員のアイポイントへと反射させる反射体と、を備えた所謂ヘッドアップディスプレイ装置であり、その表示光に応じた表示情報を乗員に虚像として視認させる。この種の車両用表示装置については、例えば、下記の特許文献１に開示されている。

特許第６６５２３７５号公報

ところで、この車両用表示装置においては、虚像を視認させる場所がフロントウインドシールドの下端部に近づくほど、そして、表示ユニットを車両後方側にずらすほど、表示ユニットから出射された表示光の反射体への入射角が小さくなっていく。このため、この車両用表示装置においては、表示ユニットから出射された表示光の入射角が小さくなったとしても、その表示光を反射体でアイポイントまで反射させる必要がある。

そこで、本発明は、表示光の入射角が小さくとも適切な虚像表示が可能な車両用表示装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、本発明は、車室内の乗員に虚像として視認させる表示情報を表示光として出射する表示ユニットと、前記表示ユニットから出射された前記表示光を前記乗員のアイポイントへと反射させる反射面が設けられた反射体と、を備え、前記反射面は、その全面が、前記表示ユニットからの前記表示光の入射角に対して前記表示光の反射後の前記アイポイントへの出射角を大きくするフレネル形状に形成されることを特徴としている。

本発明に係る車両用表示装置は、反射体の反射面について、その全面が、表示ユニットからの表示光の入射角に対して表示光の反射後のアイポイントへの出射角を大きくするフレネル形状に形成されている。このため、この車両用表示装置は、その表示光の入射角が小さくとも適切に虚像表示させることができる。

図１は、実施形態の車両用表示装置について示す模式図であり、フロントウインドシールドに設置された反射体を示している。 図２は、反射体の一例とその断面図を示す説明図である。 図３は、フロントウインドシールドに設置された反射体の部分拡大図である。 図４は、反射体の変形形態とその断面図を示す説明図である。 図５は、反射体の別の変形形態を示す説明図である。 図６は、実施形態の車両用表示装置について示す模式図であり、コンバイナとして構成された反射体を示している。

以下に、本発明に係る車両用表示装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、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。

［実施形態］
本発明に係る車両用表示装置の実施形態の１つを図１から図６に基づいて説明する。

図１の符号１は、実施形態の車両用表示装置を示す。この車両用表示装置１は、車両（自動車等）の車室内の乗員に提供する情報を虚像表示させる所謂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、車室内の乗員に虚像として視認させる表示情報を表示光として出射する表示ユニット１０と、この表示ユニット１０から出射された表示光を乗員のアイポイントＥＰへと反射させる反射体２０と、を備える（図１）。

表示ユニット１０は、表示情報を表示光として反射体２０に向けて出射させるものであれば、如何様な形態や構成のものであってもよい。この例示の表示ユニット１０は、図示しないが、バックライトとしての光源と、表示情報を表示する表示器と、を備える。この表示ユニット１０においては、光源から表示器に向けて光を出射させ、その光源からの入射光に応じた表示情報の表示光を表示器から出射させる。例えば、この表示ユニット１０は、表示器から出射された表示光を反射させる反射部材を備えており、この反射部材で反射された表示光を反射体２０に向けて出射させる。

例えば、表示器は、光源の出射光を裏面から入射させ、その裏面からの入射光に応じた表示光を表面から反射部材に出射させるものとして構成されている。例えば、この表示器としては、光透過型のＴＦＴ液晶（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等が用いられる。この表示器は、例えば、文字、数字、図形等の画像情報を表示情報として表示させる。車両用表示装置１は、この表示器を制御して、その表示情報の表示制御を行う制御部３０を備える（図１）。

また、例えば、反射部材は、表示器から出射された表示光を拡大させて反射させる拡大ミラーである。この反射部材としては、例えば、非球面（自由曲面）ミラーが用いられる。

ここで示す表示ユニット１０においては、光源よりも車両後方に表示器が配置され、その表示器よりも車両後方に反射部材が配置される。

更に、この表示ユニット１０は、図示しないが、その光源と表示器と反射部材を内方に収容させる筐体と、この筐体の開口を塞ぐ透明のカバーと、を備える。この表示ユニット１０においては、反射部材で反射された表示光をカバーから筐体の外に出射させ、その先に存在している反射体２０に投影させる。

この表示ユニット１０は、カバーを露出させた状態で車室内のインスツルメントパネルＰｉの中に収容される（図１）。ここで示す表示ユニット１０は、車室内とエンジンコンパートメントとの間の隔壁たるダッシュパネルＰｄを避けつつ、インスツルメントパネルＰｉの中のフロントウインドシールドＷｆ側に設置されているエアダクトＤａを避けるべく、これらダッシュパネルＰｄ及びエアダクトＤａよりも車両後方に配置される。

反射体２０は、表示ユニット１０から出射された表示光をアイポイントＥＰへと反射させる反射面Ｓｒを有し、かつ、この反射面Ｓｒよりも車室内側で表示ユニット１０からの表示光を入射させ、かつ、その反射面Ｓｒで反射された表示光をアイポイントＥＰに向けて出射させる表示光入出射面Ｓ１としての車室内側の外壁面を有する板状のものとして形成される（図２及び図３）。

例えば、この反射体２０は、フロントウインドシールドＷｆに設置された板状の部材として構成する（図３）。この反射体２０は、フロントウインドシールドＷｆの曲面形状に沿わせた板状に形成される。

この反射体２０は、例えば、合せガラスのフロントウインドシールドＷｆの中に中間膜と共に封止される。また、この反射体２０は、例えば、フロントウインドシールドＷｆの車室内側の壁面に接着剤で貼付してもよい。この場合には、その接着剤に反射体２０と同等又は略同等の屈折率の光学接着剤を用いて、この接着剤を薄膜状態でフロトウインドシールドＷｆと反射体２０との間に介在させる。これにより、この車両用表示装置１においては、反射体２０に光透過性を持たせた際に、この反射体２０の先の車外情報を乗員に歪み無く視認させることができる。

ここで示す反射体２０は、フロントウインドシールドＷｆの下端部に設置されている。そのフロントウインドシールドＷｆの下端部とは、法規上の前方視界要件（前方視界を確保するための要件）から外れているフロントウインドシールドＷｆの車両下方側の端部のことである。

この車両用表示装置１においては、表示ユニット１０がダッシュパネルＰｄ及びエアダクトＤａよりも車両後方に配置され、かつ、反射体２０がフロントウインドシールドＷｆの下端部に設置される。このため、この車両用表示装置１においては、その反射体２０の反射面Ｓｒを以下の如き形状に形成して、表示ユニット１０から出射された表示光を乗員に虚像として視認させる。

反射体２０の反射面Ｓｒは、その全面が、表示ユニット１０からの表示光の入射角θｉｎに対して表示光の反射後のアイポイントＥＰへの出射角θｏｕｔを大きくするフレネル形状に形成される（図３）。その入射角θｉｎは、表示光入出射面Ｓ１に入射する表示光の進路を表したものである。また、その出射角θｏｕｔは、表示光入出射面Ｓ１からアイポイントＥＰに向けて進む表示光の進路を表したものである。この反射面Ｓｒは、断面鋸型に形成されたプリズム面であり、その入射角θｉｎと出射角θｏｕｔの関係性を満たすことが可能なプリズム角θｐに形成されている。ここで示すフレネル形状は、凹部と凸部が車両上下方向で交互に並べられた断面鋸型のリニアフレネル形状であり、車幅方向に延びる複数本の溝が設けられている。

ここで、その入射角θｉｎと出射角θｏｕｔは、各々、表示光入出射面Ｓ１の法線に対する角度として表している。尚、表示光入出射面Ｓ１においては、表示ユニット１０からの表示光の入射位置に対して、その表示光の反射面Ｓｒにおける反射光の出射位置が車両上方にずれる。このため、厳密には、その入射位置での法線方向と出射位置での法線方向とにずれが生じる。しかしながら、ここでは、そのずれが微々たるものであるので、入射位置での法線と出射位置での法線とが同一方向を向いているものとして考える。

具体的に、反射体２０は、そのフレネル形状の凹凸面が車室内側に形成された光透過性の基材層２１と、その凹凸面の上に設けられ、かつ、反射面Ｓｒを有すると共に、基材層２１を介して入射した車外からの光を乗員側に透過させるハーフミラー層２２と、を備える（図２及び図３）。更に、ここで示す反射体２０は、そのハーフミラー層２２の凹凸を埋め、かつ、車室内側に表示光入出射面Ｓ１を有する光透過性の表示光入出射層２３を備える（図２及び図３）。

例えば、基材層２１と表示光入出射層２３は、各々、車室内と車外との間で光を透過させることが可能な可視光線透過率の合成樹脂材料で成形される。これにより、この反射体２０においては、表示光入出射層２３を介してハーフミラー層２２の反射面Ｓｒで反射させた表示光を虚像として乗員に視認させることができ、かつ、基材層２１とハーフミラー層２２と表示光入出射層２３を介して車外情報を乗員に視認させることができる。

更に、その基材層２１と表示光入出射層２３は、各々、互いの屈折率が同等又は略同等となるように成形される。これにより、この反射体２０においては、車外情報を乗員に歪み無く視認させることができる。

例えば、この反射体２０においては、基材層２１を成形し、この基材層２１の凹凸面に例えば蒸着処理又はスパッタリング処理を施してハーフミラー層２２を形成する。そして、この反射体２０においては、その基材層２１及びハーフミラー層２２が設置された金型に合成樹脂材料を流し込んで、表示光入出射層２３を形成する。

この車両用表示装置１においては、表示ユニット１０から出射された表示光が入射角θｉｎで表示光入出射層２３の表示光入出射面Ｓ１から入射し、屈折後にハーフミラー層２２の反射面Ｓｒで反射する（図３）。そして、この車両用表示装置１においては、その反射面Ｓｒで反射した表示光が表示光入出射面Ｓ１から屈折して出射角θｏｕｔで出射し、アイポイントＥＰに到達する（図３）。

以上示したように、本実施形態の車両用表示装置１は、反射体２０の反射面Ｓｒについて、その全面が、表示ユニット１０からの表示光の入射角θｉｎに対して表示光の反射後のアイポイントＥＰへの出射角θｏｕｔを大きくするフレネル形状に形成されている。このため、この車両用表示装置１は、その表示光の入射角θｉｎが小さくとも適切に虚像表示させることができる。つまり、この車両用表示装置１は、ダッシュパネルＰｄとエアダクトＤａを避けて、これらよりも車両後方に配置に表示ユニット１０を配置し、表示光の入射角θｉｎが小さくなってしまったとしても、適切な虚像表示が可能になる。また、この車両用表示装置１は、フロントウインドシールドＷｆの下端部で虚像を視認させるために、表示光の入射角θｉｎが小さくなってしまったとしても、適切な虚像表示が可能になる。

ところで、本実施形態の車両用表示装置１においては、反射体２０の基材層２１を次のように変更することによって、先に示した効果と共に、虚像のコントラストを上げて、視認性を高めることができる。具体的に、この場合の基材層２１は、スモーク色又は暗色のものとして形成される。この反射体２０においては、基材層２１のスモーク度合いを上げることによって、虚像のコントラストを向上させることができる。また、この反射体２０においては、基材層２１を暗色（例えば黒色）にすることによって、虚像のコントラストを最も向上させることができる。

このように、この車両用表示装置１は、基材層２１をスモーク色又は暗色にすることによって、虚像のコントラストを上げることができるので、表示器の輝度を下げたとしても、高精細な視認性の高い虚像を乗員に視認させることができる。このため、この車両用表示装置１は、低輝度の表示器を適用できるので、表示器そのものの原価の低減、電力消費量の低下に伴う原価の低減が可能になる。

また、この反射体２０においては、基材層２１を暗色（例えば黒色）にすることによって、ハーフミラー層２２を設けずとも、この基材層２１の凹凸面を反射面Ｓｒとして利用することができる。従って、この車両用表示装置１は、反射体２０にハーフミラー層２２を設けなければ、その分だけ原価を低減させることができる。更に、この反射体２０は、基材層２１を暗色（例えば黒色）にすることによって、フロントウインドシールドＷｆの車室内側の壁面に接着剤で貼り付けずに、その壁面に沿わせた形でインスツルメントパネルＰｉの上等に設置してもよい。

また、本実施形態の車両用表示装置１においては、光透過性の基材層２１が設けられた反射体２０を次に示す反射体１２０に置き換えてもよく（図４）、この場合でも、その反射体２０を適用した場合と同様の効果を得ることができる。

反射体１２０は、反射体２０と同様の反射面Ｓｒと表示光入出射面Ｓ１とを有する板状の部材であり、反射体２０と同じように配置される。この反射体１２０は、反射体２０と同じフレネル形状の凹凸面が車外側に形成された光透過性の基材層１２１と、その凹凸面の上に設けられ、かつ、反射面Ｓｒを有すると共に、その反射面Ｓｒとは逆側から入射した車外からの光を乗員側に透過させるハーフミラー層１２２と、を備える（図４）。この反射体１２０においては、基材層１２１が反射体２０の表示光入出射層２３も兼ねており、これ故、この基材層１２１が車室内側に表示光入出射面Ｓ１を有している。よって、基材層１２１は、車室内と車外との間で光を透過させることが可能な可視光線透過率の合成樹脂材料で成形される。

この反射体１２０は、反射体１２０の先の車外情報を乗員に歪み無く視認させるべく、例えば、ハーフミラー層１２２の凹凸を埋めた上で、先に示した光学接着剤（基材層１２１と同等又は略同等の屈折率のもの）でフロントウインドシールドＷｆの車室内側の壁面に貼り付ける。

また、本実施形態の車両用表示装置１においては、その反射体１２０のハーフミラー層１２２を次のような暗色層１２２に置き換えることによって、虚像のコントラストを上げて、視認性を高めることができる。具体的に、この場合の反射体１２０は、基材層１２１の凹凸面の上に設けられ、かつ、表示ユニット１０から出射された表示光を反射面ＳｒとしてアイポイントＥＰへと反射させることが可能な可視光線透過率の暗色（例えば黒色）から成る暗色層１２２を備える。その暗色層１２２は、基材層１２１の凹凸面に施した塗装によって形成されたものであってもよく、基材層１２１との２色成形によって形成されたものであってもよい。

この車両用表示装置１は、光透過性の基材層１２１の車外側に暗色層１２２を設けることによって、虚像のコントラストを上げることができるので、表示器の輝度を下げたとしても、視認性の高い虚像を乗員に視認させることができる。そして、この車両用表示装置１は、表示器の輝度を下げることによって、電力消費量の低下も可能になる。また、この車両用表示装置１は、光透過性の基材層１２１の車外側に暗色層１２２を設けることによって、

尚、この反射体２０においては、基材層２１を暗色（例えば黒色）にすることによって、ハーフミラー層２２を設けずとも、この基材層２１の凹凸面を反射面Ｓｒとして利用することができる。従って、この車両用表示装置１は、反射体２０にハーフミラー層２２を設けなければ、その分だけ原価を低減させることができる。更に、この反射体２０は、基材層２１を暗色（例えば黒色）にすることによって、フロントウインドシールドＷｆの車室内側の壁面に接着剤で貼り付けずに、その壁面に沿わせた形でインスツルメントパネルＰｉの上等に設置してもよい。

また、反射体２０の反射面Ｓｒのフレネル形状は、その全面で先の入射角θｉｎと出射角θｏｕｔの関係性を保つものであるならば、車両下方に向けて凸となる同心円状の複数の半円弧状溝が配置された断面鋸型のフレネルレンズ形状、又は、車両下方に向けて凸となる中心部同一の複数の半楕円弧状溝が配置された断面鋸型のフレネルレンズ形状であってもよい（図５）。つまり、反射面Ｓｒは、リニアフレネル形状よりも大きな拡大率のフレネルレンズ形状に形成してもよい。また、反射体１２０についても、これと同様のフレネルレンズ形状にしてもよい。

また、反射体２０（１２０）は、フロントウインドシールドＷｆを車室内側から覆うコンバイナであってもよい（図６）。例えば、この反射体２０（１２０）は、車両上下方向に対するフロントウインドシールドＷｆの傾斜角に対して、車両上下方向に対する反射体２０の傾斜角を変えたい場合に用いる。その場合とは、例えば、フレネル形状の成形性を低下させるほどの大きなプリズム角θｐを必要とする場合、虚像の歪み等、品質の低下が懸念される場合などである。ここで示す反射体２０（１２０）は、フロントウインドシールドＷｆにおける先の下端部を車室内側から覆う位置（つまり、先の法規上の前方視界要件から外れた場所）で、インスツルメントパネルＰｉの上に設置されている。更に、この反射体２０は、フロントウインドシールドＷｆへの映り込みを避けるべく、そして、エアダクトＤａを用いたデフロスタ機能の妨げを避けるべく、エアダクトＤａの開口Ｄａ１よりもフロントウインドシールドＷｆ側に設置されている。

１ 車両用表示装置
１０ 表示ユニット
２０ 反射体
２１ 基材層
２２ ハーフミラー層
１２０ 反射体
１２１ 基材層
１２２ ハーフミラー層（暗色層）
ＥＰ アイポイント
Ｓｒ 反射面
Ｗｆ フロントウインドシールド
θｉｎ 入射角
θｏｕｔ 出射角

Claims (7)

1. 車室内の乗員に虚像として視認させる表示情報を表示光として出射する表示ユニットと、
   前記表示ユニットから出射された前記表示光を前記乗員のアイポイントへと反射させる反射面が設けられた反射体と、
   を備え、
   前記反射面は、その全面が、前記表示ユニットからの前記表示光の入射角に対して前記表示光の反射後の前記アイポイントへの出射角を大きくするフレネル形状に形成されることを特徴とした車両用表示装置。
2. 前記フレネル形状は、凹部と凸部が車両上下方向で交互に並べられた断面鋸型のリニアフレネル形状、車両下方に向けて凸となる同心円状の複数の半円弧状溝が配置された断面鋸型のフレネルレンズ形状、又は、車両下方に向けて凸となる中心部同一の複数の半楕円弧状溝が配置された断面鋸型のフレネルレンズ形状であることを特徴とした請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記反射体は、フロントウインドシールドの下端部に設置された板状の部材、又は、前記フロントウインドシールドの前記下端部を車室内側から覆う位置に設置されたコンバイナであることを特徴とした請求項１又は２に記載の車両用表示装置。
4. 前記反射体は、前記フレネル形状の凹凸面が車室内側に形成された光透過性の基材層と、前記凹凸面の上に設けられ、かつ、前記反射面を有すると共に、前記基材層を介して入射した車外からの光を前記乗員側に透過させるハーフミラー層と、を備えることを特徴とした請求項１，２又は３に記載の車両用表示装置。
5. 前記反射体は、前記フレネル形状の凹凸面が車室内側に形成されたスモーク色又は暗色の基材層と、前記凹凸面の上に設けられ、かつ、前記反射面を有すると共に、前記基材層を介して入射した車外からの光を前記乗員側に透過させるハーフミラー層と、備えることを特徴とした請求項３に記載の車両用表示装置。
6. 前記反射体は、前記フレネル形状の凹凸面が車外側に形成された光透過性の基材層と、前記凹凸面の上に設けられ、かつ、前記反射面を有すると共に、前記反射面とは逆側から入射した車外からの光を前記乗員側に透過させるハーフミラー層と、を備えることを特徴とした請求項１，２又は３に記載の車両用表示装置。
7. 前記反射体は、前記フレネル形状の凹凸面が車外側に形成された光透過性の基材層と、前記凹凸面の上に設けられ、かつ、前記表示ユニットから出射された前記表示光を前記反射面として前記アイポイントへと反射させることが可能な可視光線透過率の暗色から成る暗色層と、を備えることを特徴とした請求項３に記載の車両用表示装置。

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