JP2023131326A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像品質の向上と、ゴーストの抑制とを両立可能な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、車両に搭載されており、かつウインドシールドと対向する開口を有する筐体２と、筐体の内部に配置され、画像の表示光を出力する画像表示装置と、筐体の内部に配置され、かつ開口を介してウインドシールドと対向しており、表示光をウインドシールドに向けて反射するミラー４と、開口に配置された透明なカバー５と、を備え、カバーは、ウインドシールドと対向する外側面５１と、ミラーと対向する内側面５２と、を有し、かつ画像横方向と直交する断面において筐体の内方に向けた湾曲形状を有し、内側面は、画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面であり、断面における外側面と内側面との角度差は、外側面からカバーの内部に入射する外光Ｌ２をカバーの内部において全反射させない範囲の値に設定されている。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、ヘッドアップディスプレイ等の車両用表示装置がある。特許文献１には、予め設定された特定方向に対して光に光学的作用を与え、且つ該光を透過させる光学手段と、光学手段を介して反射手段に映像光を投射する映像投射手段と、を備えたヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。

特開２００８－２６８８８３号公報

車両用表示装置において、部品数を増やすことなく表示品質を向上できることが望ましい。例えば、筐体に設けられた透明なカバーによって画像の歪み等を補正することができれば、部品の追加が不要となる。ここで、補正機能に基づいてカバーの形状を設計する場合に、外光によるゴーストが発生しないように留意する必要がある。

本発明の目的は、画像品質の向上と、ゴーストの抑制とを両立可能な車両用表示装置を提供することである。

本発明の車両用表示装置は、車両に搭載されており、かつウインドシールドと対向する開口を有する筐体と、前記筐体の内部に配置され、画像の表示光を出力する画像表示装置と、前記筐体の内部に配置され、かつ前記開口を介して前記ウインドシールドと対向しており、前記表示光を前記ウインドシールドに向けて反射するミラーと、前記開口に配置された透明なカバーと、を備え、前記カバーは、前記ウインドシールドと対向する外側面と、前記ミラーと対向する内側面と、を有し、かつ画像横方向と直交する断面において前記筐体の内方に向けた湾曲形状を有し、前記内側面は、前記画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面であり、前記断面における前記外側面と前記内側面との角度差は、前記外側面から前記カバーの内部に入射する外光を前記カバーの内部において全反射させない範囲の値に設定されていることを特徴とする。

本発明に係る車両用表示装置のカバーは、ウインドシールドと対向する外側面と、ミラーと対向する内側面と、を有する。内側面は、画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面である。画像横方向と直交する断面における外側面と内側面との角度差は、外側面からカバーの内部に入射する外光をカバーの内部において全反射させない範囲の値に設定されている。本発明に係る車両用表示装置は、画像品質の向上と、ゴーストの抑制とを両立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が搭載された車両を示す図である。 図２は、実施形態に係る車両用表示装置の斜視図である。 図３は、実施形態に係る車両用表示装置の断面図である。 図４は、実施形態のカバーに入射する外光を示す図である。 図５は、比較例のカバーに入射する外光を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る車両用表示装置につき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。

［実施形態］
図１から図５を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用表示装置に関する。図１は、実施形態に係る車両用表示装置が搭載された車両を示す図、図２は、実施形態に係る車両用表示装置の斜視図、図３は、実施形態に係る車両用表示装置の断面図、図４は、実施形態のカバーに入射する外光を示す図、図５は、比較例のカバーに入射する外光を示す図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車両用表示装置１は、自動車等の車両１００に搭載され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、画像の表示光Ｌｔをウインドシールド１１０に向けて投影する。表示光Ｌｔは、ウインドシールド１１０の反射面１１０ａによってアイポイントＥＰに向けて反射される。車両１００のドライバは、表示光Ｌｔによって虚像Ｖｉを視認することができる。虚像Ｖｉは、車両１００の前方の対象物に重畳されて表示されてもよい。虚像Ｖｉは、車両１００のメータ画像であってもよい。

車両用表示装置１は、筐体２、画像表示装置３、ミラー４、カバー５、制御部６、および見返し１３０を有する。筐体２は、アイポイントＥＰに対して車両前方に配置されており、例えば、インストルメントパネル１２０に収容されている。筐体２は、遮光性の材料で形成される。筐体２は、車両上下方向においてウインドシールド１１０と対向する開口２１を有する。例示された開口２１は、筐体２の上面に配置されており、筐体２の前端部に位置する。

画像表示装置３およびミラー４は、筐体２の内部に配置されている。画像表示装置３は、画像の表示光Ｌｔを出力する装置である。例示された画像表示装置３は、表示器３１およびバックライトユニット３２を有する。表示器３１は、例えば、ＴＦＴ－ＬＣＤ（Thin Film Transistor－Liquid Crystal Display）等の液晶表示装置である。画像表示装置３は、バックライトユニット３２の光によって表示光Ｌｔを生成する。表示器３１およびバックライトユニット３２は、制御部６によって制御される。

ミラー４は、表示光Ｌｔをウインドシールド１１０に向けて反射する反射部材である。ミラー４は、凹状の反射面４１を有しており、画像を拡大することができるように構成されている。ミラー４の反射面４１は、例えば、画像補正機能を有する自由曲面である。より詳しくは、反射面４１の形状は、ウインドシールド１１０の反射面１１０ａにおいて表示光Ｌｔが反射されるときに生じる画像の歪みを補正するように設計されている。反射面４１によって反射された表示光Ｌｔは、更に、ウインドシールド１１０によってアイポイントＥＰに向けて反射される。

カバー５は、筐体２の開口２１に配置され、開口２１を閉塞している。カバー５は、透明な部材であり、例えば、透明な樹脂で成型される。カバー５の形状は、筐体２の内方に向けて湾曲した形状である。カバー５の湾曲形状は、外光を見返し１３０に向けて反射するように定められている。見返し１３０は、インストルメントパネル１２０に設けられた遮光壁である。見返し１３０は、低い反射率を有しており、外光を吸収することができる。見返し１３０の表面形状は、光を拡散させる形状であってもよい。筐体２は、見返し１３０に対してカバー５が車両後側に位置するように配置される。つまり、見返し１３０は、カバー５に対して車両前方に配置されており、かつ車両上下方向に沿って延在している。

カバー５は、外側面５１と、内側面５２と、を有する。外側面５１は、車両上側を向く面であり、ウインドシールド１１０と対向している。内側面５２は、車両下側を向く面であり、ミラー４と対向している。

図２には、カバー５の斜視図が示されている。カバー５は、第一方向Ｘ、第二方向Ｙ、および第三方向Ｚを有する。第一方向Ｘは、虚像Ｖｉの画像横方向に対応した方向であり、第二方向Ｙは、虚像Ｖｉの画像縦方向に対応した方向である。第三方向Ｚは、車両上下方向である。第三方向Ｚは、例えば、第一方向Ｘと直交している。図１および図３に示すように、カバー５は、ＹＺ平面において筐体２の内方に向けた湾曲形状を有する。ＹＺ平面は、画像横方向と直交する断面である。ＹＺ平面における外側面５１の形状は、湾曲形状であり、例えば、円弧形状である。外側面５１は、車両上下方向の下側に向けて湾曲している。ＸＺ平面における外側面５１の形状は、例えば、直線形状である。

図２に示すように、外側面５１は、外光Ｌ１を見返し１３０に向けて反射するように形成されている。外側面５１の形状は、例えば、ウインドシールド１１０を透過して外側面５１に入射する外光Ｌ１を見返し１３０に向けて反射することができる形状である。見返し１３０は、カバー５によって反射された外光がアイポイントＥＰに向かうことを抑制し、虚像Ｖｉの視認性を向上させることができる。

内側面５２の形状は、自由曲面である。例えば、ＹＺ平面における内側面５２の形状、およびＸＺ平面における内側面５２の形状は、自由曲線である。内側面５２の形状は、画像の歪み又は収差を補正するように定められている。内側面５２は、例えば、ミラー４の反射面４１において発生する歪み、およびウインドシールド１１０の反射面１１０ａにおいて発生する歪みの少なくとも一方を補正するように設計される。内側面５２は、例えば、反射面４１において発生する収差、および反射面１１０ａにおいて発生する収差の少なくとも一方を補正するように設計される。内側面５２は、画像の歪みおよび収差の両方を補正してもよく、画像の歪みおよび収差の何れか一方を補正してもよい。

本実施形態のカバー５では、内側面５２の形状が自由曲面であることにより、外側面５１と内側面５２との角度差が生じる。図４には、基準の方向Ｈに対する外側面５１および内側面５２の傾斜角度θ１，θ２が示されている。傾斜角度θ１，θ２は、ＹＺ平面における角度、すなわち画像横方向と直交する断面における角度である。基準の方向Ｈは、外側面５１および内側面５２に対して共通の方向であり、例えば、水平方向である。

第一の傾斜角度θ１は、基準の方向Ｈに対する外側面５１の傾斜角度である。第二の傾斜角度θ２は、基準の方向Ｈに対する内側面５２の傾斜角度である。以下の説明では、第一の傾斜角度θ１と第二の傾斜角度θ２との角度差を単に「角度差Δθ」と称する。角度単位は、例えば、［°］である。
Δθ＝θ１－θ２ （１）

なお、カバー５が湾曲しているため、第一の傾斜角度θ１および第二の傾斜角度θ２は、第二方向Ｙの位置に応じて変化する。例示されたカバー５では、車両前方へ向かうに従って傾斜角度θ１，θ２が減少する。上記式（１）における傾斜角度θ１，θ２の値は、外側面５１および内側面５２における互いに対向する部分の角度の値である。例えば、図４では、点Ｐ１０と点Ｐ１３とが第三方向Ｚにおいて互いに対向している。点Ｐ１０，Ｐ１３は、第二方向Ｙの同じ位置Ｙ１の点である。位置Ｙ１における角度差Δθは、点Ｐ１０における第一の傾斜角度θ１、および点Ｐ１３における第二の傾斜角度θ２から算出される。

以下に説明するように、本実施形態では、カバー５の内部で外光を全反射させないように角度差Δθの値が定められている。すなわち、内側面５２の光学設計において、角度差Δθを所定の範囲内の値とするように制限が設けられている。

まず、カバー内において外光が全反射する場合の問題について説明する。図５には、比較例のカバー１５０が示されている。比較例のカバー１５０は、外側面１５１および内側面１５２を有する。外側面１５１の傾斜角度θ１１と内側面１５２の傾斜角度θ１２との角度差は、本実施形態の角度差Δθと比較して大きい。図５には、外側面１５１に入射する外光Ｌ２が示されている。外光Ｌ２は、例えば、ウインドシールド１１０を透過してカバー１５０に入射する光である。外光Ｌ２は、矢印ＡＲ１で示すように車両１００の後方から前方へ向かう光であり、外側面１５１に対して斜め上方から入射する。図５に示す外光Ｌ２は、外側面１５１の点Ｐ０からカバー１５０の内部に入射する。

外光Ｌ２は、カバー１５０の内部において、点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４でそれぞれ反射し、点Ｐ５から外部に出射する。点Ｐ２，Ｐ４は外側面１５１の点であり、点Ｐ１，Ｐ３，Ｐ５は内側面１５２の点である。傾斜角度θ１１，θ１２の角度差が大きい場合、カバー１５０の内部において外光Ｌ２が全反射しやすくなる。例えば、比較例のカバー１５０では、傾斜角度θ１２が傾斜角度θ１１よりも大きい。これにより、点Ｐ１に対する入射角ｉ１よりも点Ｐ２に対する入射角ｉ２が大きな角度となる。更に、外側面１５１および内側面１５２が下方に向けて湾曲しているため、入射角ｉ１と入射角ｉ２との角度差が大きくなりやすい。これらのことにより、カバー１５０の内部において外光Ｌ２の入射角が全反射の角度となりやすい。

図５では、例えば、外光Ｌ２が点Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で全反射する。よって、外光Ｌ２は光量が減衰しないままでカバー１５０の内部を進む。点Ｐ５における入射角ｉ５は、臨界角よりも小さな角度である。よって、外光Ｌ２は、点Ｐ５において外部空間に出射する。

内側面１５２から出射した外光Ｌ２は、ミラー４によって反射され、カバー１５０を透過する。カバー１５０を透過した光Ｌ２１が矢印ＡＲ２で示すように上方に進んだ場合、ゴーストが発生する可能性がある。例えば、光Ｌ２１がウインドシールド１１０によってアイリプスに向けて反射されると、外光がドライバの目に届いてしまうことがある。

これに対して、本実施形態のカバー５は、カバー５の内部において外光Ｌ２を全反射させないように構成されている。図４に示すように、外光Ｌ２は、点Ｐ１０からカバー５の内部に入射する。外光Ｌ２の一部は、内側面５２の点Ｐ１１において反射され、外側面５１の点Ｐ１２に入射する。カバー５は、点Ｐ１２に対する入射角ｉ１２が臨界角よりも小さくなるように設計されている。入射角ｉ１２を制御する手段の一つは、外側面５１と内側面５２との角度差Δθである。角度差Δθは、入射角ｉ１２を臨界角よりも小さくできるように、所定の範囲内の値に設定されている。

よって、外光Ｌ２は、矢印ＡＲ３で示すように、点Ｐ１２から外部空間に出射する。本実施形態のカバー５は、出射光Ｌ２２を見返し１３０に向けるように設計されている。より詳しくは、カバー５の角度差Δθは、外側面５１から入射した外光Ｌ２が内側面５２において反射される場合に、反射された外光Ｌ２が外側面５１から見返し１３０に向けて出射する値である。つまり、カバー５の形状は、カバー５の内部に入射した外光Ｌ２を見返し１３０に集光できる形状である。よって、カバー５は、外光Ｌ２によるゴーストの発生を抑制することができる。

このように、本実施形態のカバー５は、内側面５２の形状によって画像の歪みや収差を補正しつつ、カバー５の内部における外光Ｌ２の全反射を抑制することができる。よって、本実施形態の車両用表示装置１は、外光によるゴーストの発生を抑制しつつ虚像の表示品質を向上させることができる。

以上説明したように、本実施形態の車両用表示装置１は、筐体２と、画像表示装置３と、ミラー４と、透明なカバー５と、を有する。筐体２は、車両１００に搭載されており、かつウインドシールド１１０と対向する開口２１を有する。画像表示装置３は、筐体２の内部に配置されており、画像の表示光Ｌｔを出力する装置である。ミラー４は、筐体２の内部に配置されており、かつ筐体２の開口２１を介してウインドシールド１１０と対向している。ミラー４は、表示光Ｌｔをウインドシールド１１０に向けて反射する。カバー５は、筐体２の開口２１に配置されている。

カバー５は、ウインドシールド１１０と対向する外側面５１、およびミラー４と対向する内側面５２を有する。カバー５は、画像横方向と直交する断面において筐体２の内方に向けた湾曲形状を有する。内側面５２は、画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面である。画像横方向と直交する断面における外側面５１と内側面５２との角度差Δθは、外側面５１からカバー５の内部に入射する外光をカバー５の内部において全反射させない範囲の値に設定されている。本実施形態のカバー５は、画像の歪み又は収差を補正することで、虚像の表示品質を向上させることができる。更に、本実施形態のカバー５は、外側面５１から入射する外光をカバー５の内部において全反射させないように構成されている。よって、本実施形態の車両用表示装置１は、画像品質の向上と、ゴーストの抑制とを両立させることができる。

本実施形態の車両用表示装置１は、見返し１３０に対してカバー５が車両後側に位置するように配置されている。見返し１３０は、遮光壁の一例である。カバー５の外側面５１の形状は、外光Ｌ１を見返し１３０に向けて反射する形状である。角度差Δθは、外側面５１からカバー５の内部に入射した外光Ｌ２が内側面５２において反射される場合に、反射された外光Ｌ２が外側面５１から見返し１３０に向けて出射する値に設定されている。よって、本実施形態のカバー５は、外光Ｌ１，Ｌ２を見返し１３０に集光してゴーストの発生を抑制することができる。

なお、カバー５は、少なくとも外側面５１において外光Ｌ２を全反射させないように構成されてもよい。例えば、図４に示すカバー５の内側面５２は、点Ｐ１１における外光Ｌ２の全反射を許容し、かつ点Ｐ１２では外光Ｌ２を全反射させないように設計されてもよい。このようなカバー５は、筐体２の内部へ外光Ｌ２が入り込むことを効果的に抑制することができる。

本実施形態の車両用表示装置１は、カバー５の内側面５２によって収差補正がなされる。よって、表示品質を保ちつつミラー４による拡大倍率を大きくすることができる。よって、ミラー４や画像表示装置３の小型化により、車両用表示装置１の全体の小型化を実現することができる。

上記の実施形態に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 車両用表示装置
２：筐体、 ３：画像表示装置、 ４：ミラー、 ５：カバー、 ６：制御部
２１：開口
３１：表示器、 ３２：バックライトユニット
４１：反射面
５１：外側面、 ５２：内側面
１００：車両、 １１０：ウインドシールド、 １１０ａ：反射面
１２０：インストルメントパネル、 １３０：見返し
１５０：カバー（比較例）、 １５１：外側面、 １５２：内側面
ｉ１１，ｉ１２：入射角
ＥＰ：アイポイント、 Ｌ１，Ｌ２：外光、 Ｌｔ：表示光、 Ｖｉ：虚像
Ｘ：第一方向、 Ｙ：第二方向、 Ｚ：第三方向
θ１：第一の傾斜角度、 θ２：第二の傾斜角度、 Δθ：角度差

Claims (2)

1. 車両に搭載されており、かつウインドシールドと対向する開口を有する筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、画像の表示光を出力する画像表示装置と、
   前記筐体の内部に配置され、かつ前記開口を介して前記ウインドシールドと対向しており、前記表示光を前記ウインドシールドに向けて反射するミラーと、
   前記開口に配置された透明なカバーと、
   を備え、
   前記カバーは、前記ウインドシールドと対向する外側面と、前記ミラーと対向する内側面と、を有し、かつ画像横方向と直交する断面において前記筐体の内方に向けた湾曲形状を有し、
   前記内側面は、前記画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面であり、
   前記断面における前記外側面と前記内側面との角度差は、前記外側面から前記カバーの内部に入射する外光を前記カバーの内部において全反射させない範囲の値に設定されている
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記筐体は、前記車両に設けられた遮光壁に対して前記カバーが車両後側に位置するように配置され、
   前記外側面の形状は、外光を前記遮光壁に向けて反射する形状であり、
   前記角度差は、前記外側面から前記カバーの内部に入射した外光が前記内側面において反射される場合に、反射された前記外光が前記外側面から前記遮光壁に向けて出射する値に設定されている
   請求項１に記載の車両用表示装置。

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