JP2023021697A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示器における画像の形成位置を調整することで投影部材での上下位置の調節を可能とするものにおいてバックライトの省電力化を可能とする虚像表示装置を提供する。【解決手段】バックライト部、および表示器の作動を制御する制御部１５０と、を備え、画像を、投影部材の前方に虚像２０として、視認者に対して重畳表示すると共に、制御部が表示器における画像の形成位置を変更することで、視認者が虚像の視認を可能とする視認領域３０ａ、３０ｂ、３０ｃの位置を上下方向に変更する虚像表示装置であって、制御部は、複数の光源のうち、表示器において画像が形成される位置に対応する光源をオン状態にするようになっており、更に、バックライト部には、集光用のレンズ１１２が設けられており、レンズは、オン状態の光源によって発せられる光を反射部の所定部位に集光させる。【選択図】図１

Description

本開示は、表示器からの画像を反射部で反射させて、例えば、車両のフロントウインドシールドに照射することで視認者への表示を行う虚像表示装置に関するものである。

車両用表示制御装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の車両用表示制御装置では、液晶式あるいは走査式のプロジェクタによって形成される表示画像が、光学系により反射されて、車両のフロントウインドシールドに投射されるようになっている。

フロントウインドシールドには、複数の投影位置が上下方向に設定されており、プロジェクタにおける表示画像の形成位置が調整されることで、投影位置が上下に変更されるようになっている。

特開２０１８－９２４４２号公報

しかしながら、特許文献１では、プロジェクタの消費電力の抑制に関しては、何ら記載がない。即ち、プロジェクタとして、複数の光源を有するバックライト部を用いる虚像表示装置においては、効果的な省電力化が望まれる。

本開示の目的は、上記問題に鑑み、表示器における画像の形成位置を調整することで、投影部材での上下位置の調節を可能とするものにおいて、バックライトの省電力化を可能とする虚像表示装置を提供することにある。

本開示は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本開示では、
複数の光源（１１１）を有するバックライト部（１１０）と、
バックライト部から発せられる光によって画像を形成して、画像の表示光を出射する表示器（１２０）と、
表示光を反射させて、視認者の前方に位置する投影部材（１０）に投影する反射部（１３０）と、
バックライト部、および表示器の作動を制御する制御部（１５０）と、を備え、
画像を、投影部材の前方に虚像（２０）として、視認者に対して重畳表示すると共に、
制御部が表示器における画像の形成位置を変更することで、視認者が虚像の視認を可能とする視認領域（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の位置を上下方向に変更する虚像表示装置であって、
制御部は、複数の光源のうち、表示器において画像が形成される位置に対応する光源をオン状態にするようになっており、
更に、バックライト部には、集光用のレンズ（１１２）が設けられており、レンズは、オン状態の光源によって発せられる光を反射部の所定部位に集光させる。

この開示によれば、制御部は、複数の光源のうち、表示器において画像が形成される位置に対応する光源をオン状態にする。これにより、光源の省電力化を図ることができる。

また、レンズは、オン状態の光源によって発せられる光を反射部の所定部位に集光させる。これにより、光源からの光を効率的に活用することができるので、光源の省電力化を図ることができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成を示す構成図である。 図１のＩＩ方向から見た表示器の画像の表示状態を示す説明図である。

以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態における虚像表示装置を図１、図２に基づいて説明する。図１に示すように、虚像表示装置は、例えば、自動車等の車両に搭載されたものであり、表示器１２０から出射される画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）の表示光を、運転者（視認者）の前方に位置する投影部材（ここでは、ウインドシールド１０）の投射位置１０ａ（あるいは投射位置１０ｂ、１０ｃ）に入射させる。そして、虚像表示装置は、投射位置１０ａと視認領域３０ａ（あるいは視認領域３０ｂ、３０ｃ）とを結ぶ線の車両前方延長線上（ウインドシールド１０の前方＝前景）に、虚像２０として重畳表示して、例えば、視認領域３０ａを通して、虚像２０を運転者に視認させるものとなっている。このような虚像表示装置を、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ‐Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置１００と呼び、以下、「ＨＵＤ装置１００」と表記する。

尚、ウインドシールド１０は、車両のフロント側のウインドシールド１０であり、例えば２枚のガラスとその中間に設けられる中間膜とから形成された合わせガラスが使用されている。ウインドシールド１０は、車両上方から見た場合、および車両側方から見た場合に、わずかに湾曲しており、凹面鏡と同一の効果により、虚像２０を拡大して、より遠方に表示できるようになっている。

また、視認領域３０ａ（あるいは視認領域３０ｂ、３０ｃ）は、アイボックスとも呼ばれ、運転者が虚像２０を視認可能とする領域であり、運転者の目の前に仮想されるのぞき窓のようなものである。視認領域３０ａ（あるいは視認領域３０ｂ、３０ｃ）は、例えば、矩形を成しており、運転者の体格（目の位置）に応じて、適切な位置が異なる。ここでは、視認領域３０ａ（あるいは視認領域３０ｂ、３０ｃ）は、説明を簡単にするために、３つの設定、即ち、標準の視認領域３０ａ、上側の視認領域３０ｂ、下側の視認領域３０ｃとしているが、これに限定されることなく、４つ、５つ等の設定としてもよい。

ＨＵＤ装置１００は、バックライト部１１０、表示器１２０、反射部１３０、位置移動スイッチ１４０、制御部１５０、および筐体１６０等を備えている。

ＨＵＤ装置１００の主たる構成要素となるバックライト部１１０、表示器１２０、反射部１３０、制御部１５０は、筐体１６０内に収容されている。そして、筐体１６０は、ウインドシールド１０の下端面から車室内後方、更には下方に延出されるインストルメントパネル４０の内側に配設されている。また、位置移動スイッチ１４０は、例えば、インストルメントパネル４０の運転者の操作し易い位置に設けられている。

尚、インストルメントパネル４０の上面には、反射部１３０からの表示光を通過させる開口部４０ａが設けられており、更に、この開口部４０ａには透光性を有する防塵カバーが設けられている。以下、ＨＵＤ装置１００の、各構成の詳細について説明する。

バックライト部１１０は、表示器１２０に対して、画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を形成するための光を発する部材であり、光源１１１、レンズ１１２、および拡散板１１３等を有している。

光源１１１は、通電されることで表示器１２０に対して光を出射する発光素子であり、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ＝ＬＥＤ）が使用されている。光源１１１は、バックライト部１１０の一端側の基板１１１ａに、複数配置されている。複数の光源１１１は、横方向、および縦方向にそれぞれ列を形成するように（碁盤目状に）配列されている。それぞれの光源１１１は、制御部１５０によって、発光状態（オン）、あるいは消灯状態（オフ）が制御される。

レンズ１１２は、各光源１１１からの光を、表示器１２０を通して、反射部１３０に向けて集光させる部材であり、光源１１１による光の出射側に配置されている。レンズ１１２は、例えば、シリンドリカルレンズや、フレネルレンズ等が使用されて、各光源１１１からの光を、反射部１３０の所定部位に集光させるように設定されている。所定の部位は、例えば、反射部１３０の中心位置である。

拡散板１１３は、レンズ１１２からの光を表示器１２０側に拡散させる板部材である。

表示器１２０は、光源１１１から発せられる光によって透過照明されて、表示面に画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を形成すると共に、画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を表す表示光を反射部１３０に向けて出射する。表示器１２０の表示面は、反射部１３０側を向いており、また表示光の光軸が車両の前後方向を向くように（出射方向が車両の前方側を向くように）配置されている。

表示器１２０は、制御部１５０によって、駆動制御されて、表示面において、形成すべき画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）の位置やデザインが調整（制御）される。表示器１２０は、例えば、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ＝ＴＦＴ）が用いられたＴＦＴ液晶パネル、デュアルスキャンタイプのディスプレイ（Ｄｕａｌ Ｓｃａｎ Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ＝Ｄ－ＳＴＮ）、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）セグメント液晶等が使用される。

表示器１２０によって形成される画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）は、例えば、車両走行時における車両情報、即ち、車速、エンジン回転数、エンジン冷却水温、およびバッテリ電圧等とすることができる。ここでは、図２に示すように、画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）は、車速を表すもの（４０ｋｍ）を例としている。

画像１２１ａは、例えば、表示器１２０の上下方向の真中に形成されて、標準の視認領域３０ａに対応する。また、画像１２１ｂは、例えば、表示器１２０の上下方向の上側に設定されて、上側の視認領域３０ｂに対応する。また、画像１２１ｃは、例えば、表示器１２０の上下方向の下側に設定されて、下側の視認領域３０ｃに対応する。画像１２１ａ～１２１ｃが、上下方向に形成制御されることから、表示器１２０の表示面は、縦長タイプとするとよい。

画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）は、反射部１３０、およびウインドシールド１０にて反射されて、運転者の目に至ることから、表示面においては、左右、上下に反転された状態で形成される。

尚、表示器１２０の画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）としては、車両用ナビゲーションシステムにおける地図情報、地図上における自車の現在位置情報、あるいは目的地への案内情報等としてもよい。

表示器１２０は、上記のような複数種類の表示情報をひとつずつ、あるいは、複数組み合わせて、表示器１２０の表示面に形成することができるようになっている。運転者は表示切替えスイッチにより、表示情報をいずれにするか、選択できるようになっている。

反射部１３０は、表示光を反射させる部材であり、予め定められた傾斜角度を成すように、筐体１６０に固定されている。例えば、図１に示すように、反射部１３０の傾斜角度は、表示器１２０における画像１２１ａが、反射部１３０、およびウインドシールド１０にて反射することで、視認領域３０ａに至るように設定されている。

反射部１３０は、表示器１２０からの表示光（画像１２１ａ、あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を、筐体１６０の開口部１６０ａ、更には、インストルメントパネル４０の開口部４０ａを通して、ウインドシールド１０の投射位置１０ａ（あるいは、投射位置１０ｂ、１０ｃ）に反射させる。反射部１３０は、例えば、透明なガラス板材にアルミニウムや銀等の金属が蒸着されて形成されており、表示器１２０に向けられる側の面が反射面となっている。反射部１３０の反斜面は、背面側（反射面とは反対側）に凹む凹面鏡となっている。反射部１３０は、画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を投射位置１０ａ（あるいは投射位置１０ｂ、１０ｃ）に向けて拡大することができるようになっている。

尚、反射部１３０は、ガラス板材から形成されるものに限らず、樹脂製の板材の表示器１２０側となる表面に、例えば、アルミニウム等を蒸着させることで形成される樹脂製のものとしてもよい。

位置移動スイッチ１４０は、運転者が入力操作することで、制御部１５０に対して、ウインドシールド１０における虚像２０（視認領域３０ａ）の位置を上側、あるいは下側に移動するための要求信号を生成する入力部となっている。

位置移動スイッチ１４０は、例えば、インストルメントパネル４０の運転者に対向する面に設けられている。位置移動スイッチ１４０は、例えば、運転者に対向する四角形のスイッチ面を有しており、運転者がスイッチ面の上側を押込むことで、虚像２０（視認領域３０ａ）の位置を上側に移動する要求信号を生成する。また、位置移動スイッチ１４０は、運転者がスイッチ面の下側を押込むことで、虚像２０（視認領域３０ａ）の位置を下側に移動する要求信号を生成するようになっている。そして、生成された要求信号は、制御部１５０に出力されるようになっている。

制御部１５０は、バックライト部１１０、および表示器１２０の作動を制御する。具体的には、制御部１５０は、複数の光源１１１のオンオフ、表示器１２０の画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）の形成制御を行う。更に、制御部１５０は、位置移動スイッチ１４０からの要求信号に応じて、表示器１２０における画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）の形成位置変更の制御を行う（詳細後述）。

筐体１６０は、バックライト部１１０、表示器１２０、反射部１３０、および制御部１５０を内部に収容する容器体である。

ＨＵＤ装置１００は、上記のように構成されており、以下、制御部１５０による、ＨＵＤ装置１００の作動について説明する。

制御部１５０は、車両のイグニッションスイッチがオンされると、表示切替えスイッチによる運転者の指示に基づいて、表示すべき画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を決定すると共に、バックライト部１１０からの光によって、表示器１２０に表示すべき画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）を形成させる。

すると、図１に示すように、表示器１２０は、光源１１１から発せられる光によって、例えば、車両情報としての画像１２１ａを形成すると共に、画像１２１ａの表示光を反射部１３０に出射させる。反射部１３０は、表示器１２０から出射された表示光を、開口部１６０ａ、および開口部４０ａ（防塵カバー）を通して、ウインドシールド１０の投射位置１０ａに反射させる。投射位置１０ａに反射された表示光（画像１２１ａ～１２１ｃ）は、投射位置１０ａと視認領域３０ａとを結ぶ線の車両前方延長線上（ウインドシールド１０の前方）に虚像２０として重畳表示（結像）されて、視認領域３０ａを通して、運転者に視認されることになる。

ここで、運転者が異なる場合、例えば体格の違いによって、目の位置が異なり、視認領域３０ａの位置が、運転者の目の位置に合わない場合が生ずる。あるいは、同じ運転者であっても、例えば運転姿勢に応じて（顔の向きが上向きか下向きか等によって）、目の位置が異なり、同様に、視認領域３０ａの位置が運転者の目の位置に合わない場合が生ずる。

よって、視認領域３０ａの位置が運転者にとって適切でない場合に、運転者の位置移動スイッチ１４０への入力操作に基づいて、視認領域３０ａの位置移動のための要求信号が生成されると、制御部１５０は、視認領域３０ａの位置調整制御を実行する。

即ち、視認領域３０ａを上側に移動したい場合であると、制御部１５０は、表示器１２０における画像１２１ａの形成位置を上側となる画像１２１ｂに表示変更する。これにより、画像１２１ｂは、図１に示すように、投射位置１０ｂに至り、視認領域３０ａは、視認領域３０ｂに移動する。

逆に、視認領域３０ａを下側に移動したい場合であると、制御部１５０は、表示器１２０における画像１２１ａの形成位置を下側となる画像１２１ｃに表示変更する。これにより、画像１２１ｃは、図１に示すように、投射位置１０ｃに至り、視認領域３０ａは、視認領域３０ｃに移動する。

ここで、制御部１５０は、画像１２１ａ（あるいは、画像１２１ｂ、１２１ｃ）の形成にあたっては、いずれかの画像１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃの形成される位置に対応した光源１１１を点灯（オン状態）させる。つまり、制御部１５０は、標準的な画像１２１ａを形成する際には、複数の光源１１１のうち、基板１１１ａにおける上下方向の中間領域の光源１１１を点灯させる。また、制御部１５０は、上側の画像１２１ｂを形成する際には、複数の光源１１１のうち、基板１１１ａにおける上側領域の光源１１１を点灯させる。また、制御部１５０は、下側の画像１２１ｃを形成する際には、複数の光源１１１のうち、基板１１１ａにおける下側領域の光源１１１を点灯させる。

そして、点灯された（オン状態の）各領域の光源１１１の光は、レンズ１１２によって、反射部１３０の所定部位（例えば中心位置）に集光されて、投射位置１０ａ、１０ｂ、１０ｃのいずれかに反射される。

以上のように、本実施形態では、制御部１５０は、表示器１２０における画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）の形成位置を変更することで、運転者が虚像２０の視認を可能とする視認領域３０ａ（あるいは視認領域３０ｂ、３０ｃ）の位置を上下方向に変更可能としている。

よって、視認領域３０ａ（あるいは視認領域３０ｂ、３０ｃ）の位置を変更するにあたって、反射部１３０の反射角度を、駆動部（例えば、モータ等のアクチュエータ等）を用いて変更する場合に比べて、駆動部の設定を不要とすることができる。

また、制御部１５０は、複数の光源１１１のうち、表示器１２０において画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）が形成される位置に対応する光源１１１をオン状態にするようにしている。これにより、光源１１１の省電力化を図ることができる。

更に、バックライト部１１０には、集光用のレンズ１１２が設けられており、レンズ１１２は、オン状態の光源１１１によって発せられる光を反射部１３０の所定部位（例えば、中心位置）に集光させるようにしている。これにより、光源１１１からの光を効率的に活用することができるので、光源１１１の省電力化を図ることができる。更に、反射部１３０に向かう光が広がらないので、反射部１３０を小型にすることが可能となる。

総じて、表示器１２０における画像１２１ａ（あるいは画像１２１ｂ、１２１ｃ）の形成位置を調整することで、ウインドシールド１０（投影部材）での上下位置の調節を可能とするものにおいて、光源１１１（バックライト部１１０）の省電力化を可能とするＨＵＤ装置１００とすることができる。

（その他の実施形態）
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および／または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および／または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および／または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、更に請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。

また、本開示に記載の制御部１５０およびその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ、およびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。

あるいは、本開示に記載の制御部１５０およびその手法は、一つ以上の専用ハードウエア理論回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。

もしくは、本開示に記載の制御部１５０およびその手法は、一つないしは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと、一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合せにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。

また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

また、上記実施形態では、表示器１２０から出射される表示光の投影部材として、車両のウインドシールド１０としたが、これに限らず、ＨＵＤ装置１００に専用に設けられるコンバイナ等としてもよい。

また、上記実施形態では、表示器１２０からの表示光を反射部１３０によって反射させるものとしたが、表示器１２０からの表示光を例えば平面鏡で一旦反射させた後に、反射部１３０に出射させるようにしてもよい。

１０ ウインドシールド（投影部材）
２０ 虚像
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 視認領域
１００ ヘッドアップディスプレイ装置（虚像表示装置）
１１０ バックライト部
１１１ 光源
１１２ レンズ
１２０ 表示器
１３０ 反射部
１５０ 制御部

Claims (2)

1. 複数の光源（１１１）を有するバックライト部（１１０）と、
   前記バックライト部から発せられる光によって画像を形成して、前記画像の表示光を出射する表示器（１２０）と、
   前記表示光を反射させて、視認者の前方に位置する投影部材（１０）に投影する反射部（１３０）と、
   前記バックライト部、および前記表示器の作動を制御する制御部（１５０）と、を備え、
   前記画像を、前記投影部材の前方に虚像（２０）として、前記視認者に対して重畳表示すると共に、
   前記制御部が前記表示器における前記画像の形成位置を変更することで、前記視認者が前記虚像の視認を可能とする視認領域（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）の位置を上下方向に変更する虚像表示装置であって、
   前記制御部は、複数の前記光源のうち、前記表示器において前記画像が形成される位置に対応する前記光源をオン状態にするようになっており、
   更に、前記バックライト部には、集光用のレンズ（１１２）が設けられており、前記レンズは、前記オン状態の前記光源によって発せられる前記光を前記反射部の所定部位に集光させる虚像表示装置。
2. 前記所定部位は、前記反射部の中心位置である請求項１に記載の虚像表示装置。

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