JP5542015B2 - ヘッドアップディスプレイの表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示光をウインドシールドの内面で反射させ、反射光をウインドシールドの外方で結像される像として運転者に看取可能にするヘッドアップディスプレイの表示装置に関するものである。

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多様化に伴って、メータユニット内ではスペースの関係上表示しきれない情報を、ウインドシールド上に表示させ、それを透してウインドシールドの外方に結ばれる像を看取させるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置と呼ばれる投射型表示ユニットが採用されている（例えば、特許文献１参照）。

前記ヘッドアップディスプレイ装置に用いられる表示装置（表示ユニット）は、特定視角域で一定の輝度に達していることが、表示像（像）の輝度や明暗ムラ等の品位を維持する上で不可欠である。また、表示装置からウインドシールド、コンバイナ等における投射エリアまでの表示光路は車両の種類によって異なるが、表示器からの出射光線の方向も表示装置によって決まっていることから、表示装置の車両における取り付け位置や取り付け角度も限定されてしまう。このため、各車両毎に対応した表示装置を設計する必要があり、複数種類の車両に対してヘッドアップディスプレイ装置を共通化することができない。

これに対して、表示品質を維持しかつ複数種類の車両に搭載することができる車両用表示ユニットが提供されている（例えば、特許文献２参照）。この車両用表示ユニット１０は、図５に示すように、表示器１１と、表示器１１の背面側に設けられて表示器１１を発光させるための光を発するバックライト１２と、を有し、車両に搭載されかつ表示器１１を透過したバックライト１２からの出射光線を前記車両の投射エリアに投射した像と、前記車両のアイポイントから前記投射エリアを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させる構成である。

この車両用表示ユニット１０は、表示器１１と前記バックライト１２との間に介在しかつ前記バックライト１２から前記表示器１１に向かう光の向きを規制する光線規制部材（フレネルレンズ）１５と、前記車両において予め定められた車両用表示ユニット１０から前記投射エリアまでの表示光路に、前記表示器１１を透過した出射光線が向かうように、前記光線規制部材１５を表示器１１に前記バックライト１２との間に位置付けて前記出射光線の指向性を調整する指向性調整部材１６と、を有するものである。なお、符号１３はバックライト１２の光を広角に出射するレンズアレイ、符号１４は光線規制部材１５を通過した光を表示器１１に向けて拡散する拡散板、符号１２ａはバックライト１２を実装して駆動するプリント基板である。

従って、バックライト１２から表示器１１に向かう光の向きを規制する光線規制部材１５は、車両において予め定められた車両用表示ユニット１０から車両の投射エリアまでの表示光路に、表示器１１を透過した出射光線が向かうように、前記指向性調整部材１６によって光線規制部材１５を表示器１１とバックライト１２との間に位置付けて出射光線の指向性を調整するようにしている。これにより、投射エリアまでの表示光路が車両の種類によって異なっても指向性調整部材１６を変更するだけで対応することができるため、出射光線の指向特性を調整することができる。

また、光線規制部材１５がバックライト１２から表示器１１に向かう光の向きを規制するので、出射光線の視角域を所定の領域に設定することができ且つ高輝度を維持することができる。よって、バックライト１２の構成部品等を車両の種類に応じて新規設計、製造する必要がなくなり、表示品位を維持しかつ複数種類の車両に搭載することができるため、簡単な構成で車両用表示ユニット１０の共通化を図ることができる。

特開２００２−２９３１６２号公報 特開２００８−１８９０２１号公報

上述した従来の表示装置（表示ユニット）１０は、解決すべき以下の問題を有している。
即ち、同一のヘッドアップディスプレイを車種が異なる車両に搭載する際に、指向性調整部材１６の設置によってバックライト１２からの光線の出射角度を調整（拡大）できるため、各車両内の運転者（アイレンジ）から一定の表示輝度と明暗むら解消の効果が得られるものの、ハウジング１０Ａ内で前記指向性調整部材１６を通過した光の一部がそのハウジング１０Ａの側壁内面で反射し、この反射光Ｌ２がその側壁内面で反射されずにバックライトから表示器１１に直接入射され、この光が表示器１１を通過した後ウインドシールドで反射されて運転者に到達してしまう。この反射されて運転者に到達する光はウインドシールドの外方にできるゴースト像（虚像）として看取される。

これを図６を参照して説明すると、ハウジング１０Ａ内には、前述の拡散板１４、フレネルレンズ１５、レンズアレイ１３および指向性調整部材１６を含む光学系Ｋ、バックライト１２および表示器１１が設置され、バックライト１２の光を受けて指向性調整部材１６により指向調整された後の光Ｌ１が表示器１１に対して略垂直方向に出射されるのに対して、指向調整が不十分であったり、指向調整後に拡散した一部の光Ｌ２が、ハウジング１０Ａの側壁内面で反射されたりして、表示器１１を斜め方向に通過する。

このため、前記表示器１１を略垂直方向に出射した表示光Ｌ１は、図７に示すように、ウインドシールド１７の内面で反射されて運転者に達し、その表示光の像をウインドシールド１７の外方に結像される像として看取できる。一方、ハウジング１０Ａ内の側壁内面で反射された光は、ウインドシールド１７内面の別の部位に入射、反射され、運転者に達する。光線Ｌ２は表示光Ｌ１から出射角度がずれた光線であり、これが表示光Ｌ１である表示像（表示情報）に対し完全に重なり合うことがないゴースト（像）として看取され、例えば図８に示すようになる。この結果、表示光が持つ表示情報の読み間違えを招き、運転者は操作を誤るなどの不都合があった。図８は、表示器１１上の車速表示、方向指示表示（左折指示表示）の正規の表示光（表示像）Ｆ１、Ｆ２に対して位置ずれしたゴースト光（ゴースト像）Ｇ１、Ｇ２となった例を示す。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バックライトから表示器を通してウインドシールドに向って出射される表示光のうち、所定の出射角度範囲外に伝播する表示光の出射を表示器から出射される前に規制することにより、運転者にこの表示光にもとづく像をゴースト像として看取されることがないようにし、以って前記表示光の像の明確な把握と、これによる十分な車両の操縦安全性が確保できるヘッドアップディスプレイの表示装置を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイの表示装置は、下記（１）〜（２）を特徴としている。
（１） バックライトと、
前記バックライトからの出射光を集光し、所定の方向に光を出射するレンズアレイと、
前記レンズアレイからの出射光を受けて表示光をウインドシールドの内面に向けて出射する表示器と、
前記バックライト、前記レンズアレイ及び前記表示器を内部に収容するハウジングと、
を備え、
前記ウインドシールドの内面で反射された表示光によって前記ウインドシールドの外方に結像させる像を車室内の運転者に看取可能にするヘッドアップディスプレイの表示装置であって、前記ハウジングの内側の側壁に遮光処理手段が施されているヘッドアップディスプレイの表示装置において、
前記遮光処理手段は、前記側壁のレンズアレイ設置部の上方に前記ハウジングの中心に向かって突設された遮光片であり、かつ前記遮光片の先端部は下方に向かって斜めの角度で削ぎ落とされたカット面とされていること。
（２） 上記（１）の構成のヘッドアップディスプレイの表示装置であって、前記ハウジングは黒色または黒色系の合成樹脂で成形されているかまたは前記ハウジングの内側の側壁につや消し黒色塗料の塗付層が施されていること。

上記（１）の構成によれば、バックライトから出射される光線のうち光学系を介して直接表示器を通過する表示光以外の光線は、ハウジングが有する部材によって減衰、吸収または散乱され、表示器を通過する光エネルギが僅かのレベルに抑えられる。このため、前記バックライトから出射される光線のうち直接表示器を通過する表示光のみをウインドシールドの内面に向かって出射させることができ、そのウインドシールド内面で反射された表示光にもとづく前記像のみを運転者に明確に看取させることができる。この結果、前記表示光が持つ表示情報（方向指示や車速など）の読み間違いを防止でき、かつ所期の操縦安全性を確保できる。
また、バックライトから表示器に向って直進する光線以外の反射光線をこの遮光手段で吸収させることで、前記バックライトから出射される光線のうち直接表示器を通過する表示光のみをウインドシールドの内面の正規の位置に向かって出射させることができ、この出射光にもとづく前記表示光の像のみを運転者に看取させることができる。
さらに、前記光遮蔽片がバックライトから出射する光線のうち表示器に直接出射される表示光以外の光線を、下方または斜め下方に反射させることで、この反射はさらにハウジング内で２次反射によって減衰され、または３次以降の反射を次々に繰り返して減衰される。従って、前記バックライトから出射される光線のうち表示器を直接通過する表示光のみをウインドシールドの内面に向かって出射させることができ、この出射光にもとづく前記像のみを運転者に看取させることができる。
上記（２）の構成によれば、光路を直進してきた光線以外の反射光線を吸収させることで、簡単かつローコストに前記バックライトから出射される光線のうち直接表示器を通過する表示光のみをウインドシールドの内面に向かって出射させることができ、この出射光にもとづく前記像のみを運転者に看取させることができる。

本発明によれば、光源としてのバックライトから表示器を通してウインドシールドに出射される表示光のうち、バックライトから出射される所定の出射角度範囲外における表示光の出射を規制することにより、運転者にこの規制された表示光をゴースト光として看取されることを回避し、以って前記表示光にもとづく像の看取を明瞭に行えるとともに、車両の操縦安全性が確保できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

本発明の実施形態にかかるヘッドアップディスプレイの表示装置を示す縦断面図である。 図１に示すハウジングの側壁を拡大して示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、遮光片のカット面を示す説明図である。 図１のヘッドアップディスプレイを用いて看取される表示光の像を示す説明図である。 従来のヘッドアップディスプレイの表示装置を示す縦断面図である。 従来のヘッドアップディスプレイ表示動作の説明に用いる表示装置の縦断面図である。 従来のヘッドアップディスプレイの全体を示す概念図である。 図６において看取されるゴースト像を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイの表示装置を、図１乃至図４を参照して説明する。

図１に示す本実施形態にかかるヘッドアップディスプレイの表示装置２０は、ハウジング２１と、バックライト２２と、表示器２３と、レンズアレイ２４と、を備えて構成される。この表示装置２０は車両のウインドシールドの内方であって、ダッシュボード（図示しない）上に設置されている。この表示装置２０は、例えば黒色または黒色系の合成樹脂材料により矩形の筒状体に成形されている。この黒色系の合成樹脂材料は光吸収材としての機能を持つ。このハウジング２１は、合成樹脂に限らず金属製や木製とすることは任意であり、この場合には、その内側の側壁につや消しの黒色塗料などが施される。

また、ハウジング２１の内側の側壁であって、後述のレンズアレイ設置部の上方には、一枚または複数枚のひだ状遮光片２５がそのハウジング２１の中心に向かって水平方向に突設されている。この遮光片２５がハウジング２１の内側の側壁から突出する長さは、バックライト２２からレンズアレイ２４および表示器２３を介して直接ハウジング２１の上方へ表示光Ｌ１を出射することを妨げず、しかもレンズアレイ２４を通過して、前記表示光Ｌ１とは異なる光路を伝播する光Ｌ３をレンズアレイ２４側に向って下方へ反射させる長さとされる。

遮光片２５の先端部は、下方に向かって斜めの角度、例えば４５度の角度で削ぎ落とされたような、図２に示すようなカット面２５ａとされている。このカット面２５ａは遮光片２５の全幅（水平方向の全長）に亘って設けてもよく、カット角は４５度以外の鋭角または鈍角のいずれであってもよい。

バックライト２２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）や蛍光管などの各種光源が一個または複数個用いられ、点灯のための駆動回路を持った回路基板２６上に実装されている。なお、この回路基板２６は筒状のハウジング２１の下端を塞ぐ底板となっている。

表示器２３は、ハウジング２１上端の開口部内面に形成された突縁２１ａに水平保持されている。この表示器２３は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、ＥＬディスプレイなどの薄型の表示ディスプレイ装置が用いられる。この表示器２３は、実走行時の車速、エンジン回転数、方向指示表示などの車両走行時に必要となる各種情報を表示する。

レンズアレイ２４は略半球状のレンズを複数並設した光学素子であり、これらのレンズの凸部は表示器２３側に向かって突出し、その反対側の平面がバックライト２２に対向するように設けられている。レンズアレイ２４は、バックライト２２からの出射光を集光し、所定の方向、すなわち光Ｌ１が伝播する方向に表示器２３に向けて出射する。ここでは、レンズアレイ２４がハウジング２１の側壁内面に突設された上下一対の取り付け片２７、２７間に挟持されている。なお、図１において、符号２８はハウジング２１の側壁内面に突設されて、前記回路基板２６をネジなどによってハウジング２１に取り付けるために突設された取り付け片である。

かかる構成のヘッドアップディスプレイの表示装置は、次のように動作する。表示装置２０を構成するハウジング２１は前述のように車両のダッシュボードの上に設置されており、ハウジング２１内の底部にあるバックライト２２が点灯されることで、この点灯光を受けて表示器２３上に表示された表示光の画像情報が、ウインドシールド１７に投射される。また、このウインドシールド１７で反射された表示光は車室内の運転者に入射される。

この場合において、バックライト２２から出射された光は、表示器２３に到達する前に、レンズアレイ２４で多数の半球状のレンズによって集光され、表示器２３に向けて出射する。レンズアレイ２４から出射された光のうち表示器２３に直接入射する表示光Ｌ１はハウジング２１の突縁２１ａで囲まれた領域（光路）を通過して、前記ウインドシールド１７に向かって出射する。そして、この表示光にもとづいてウインドシールド１７の外方に結像される像を運転者に看取させることができる。

一方、バックライト２２から出射されてレンズアレイ２４を通過する表示光のうち、表示器２３に直接入射されずにハウジング２１の内側の側壁に向かう光線は、この側壁が黒色であるため、つまりハウジング２１自体が黒色の合成樹脂材料からなる光吸収体であるため、光エネルギが吸収されて大きく減衰し、つまり光量が激減する。このためハウジング２１の内側の側壁に入射する光は表示器２３に殆ど到達しないか、到達してもウインドシールド１７には入射されない。このように光エネルギが減衰された光の表示器２３への入射レベルは小さくなり、その光がウインドシールド１７に殆ど達することがないので、この入射レベルが低い表示光による虚像（ゴースト像）が形成されず、運転者はこれを看取することはない。

また、ハウジング２１の内側の側壁に突設された遮光片２５は、レンズアレイ２４を通過してハウジング２１の側壁内面に向う光Ｌ３を、図２に示すように、下方に向けて反射（一次反射）する。このため、その一次反射光はさらにその側壁内面において下方に向けて二次反射する。このため、ハウジング２１自体が前述のように光の反射を生じ難い黒色（光吸収部材）としたことに加えて、一次、二次、・・・の反射によって光を下方（バックライト２２方向）へ投射させることとなって、レンズアレイ２４の上方領域におけるその光のエネルギレベルがゼロまたはゼロ近くになる。従って、前述のようなゴースト像の看取をより確実に回避することができる。

さらに、前記遮光片２５は斜め下方に向うカット面２５ａを持つ。カット面が単に図３（ｂ）に示すように、垂直面２５ｂである場合には、レンズアレイ２４を通過する光の一部は、この垂直面２５ｂに当って上方へ反射され、この反射光が表示器２３を所定の角度で通過しようとする。この場合には、この反射光が表示器２３を介してウインドシールド内面に達するため、前述のように好ましくない。しかし、本実施形態ではカット面２５ａが斜め下方に向いているため、レンズアレイ２４を通過した光のうちハウジング２１の側壁内面に向う表示光を、図３（ａ）に示すように、斜め下方にその表示光が反射させることで、この表示光が表示器２３を透過することを確実に回避することができる。これにより、前記のようなゴースト像の看取をさらに確実に回避することができる。

このように、本実施形態では、ハウジング２１の内側の側壁で反射される光が表示器２３を通してウインドシールド１７に入射されることがなくなり、従って、運転者によるゴースト像の看取を回避することができる。なお、前記実施形態では、ハウジング２１としてこれ自体を黒色の合成樹脂で形成したものとしたが、黒色以外の例えば白色の合成樹脂で形成したものでは、内側の側壁につや消しの黒色塗料を蒸着または塗布することによって、光吸収作用による光エネルギの減衰を実現することができる。また、ハウジング２１の内側の側壁に多数の微細突起を施した微細突起構造としたり、植毛塗装処理をしたり、植毛付きのシートを貼り付けたりすることによっても、これらの光吸収作用による光エネルギの減衰を実現することができる。

以上のように、本実施形態にかかるヘッドアップディスプレイの表示装置によれば、バックライト２２から出射される光線のうちレンズアレイ２４を介して表示器２３に直接入射する表示光以外の光線は、光吸収部材からなるハウジング２１の内側の側壁で反射されることなく吸収され、またはその反射が抑えられて、表示器２３を通過する光エネルギも小さく抑えられる。このため、バックライト２２から出射される光線のうちレンズアレイ２４を介して表示器２３を直接通過する表示光のみをウインドシールド１７の内面に向かって出射させることができ、この出射光にもとづく像のみを運転者に看取させることができる。この結果、表示光が持つ表示情報の読み間違いを防止できる。

また、ハウジング２１の内面に遮光処理手段を施した構成としたことで、バックライト２２や表示器２３を収納するハウジング２１全体でなく、主に看取の必要がある表示情報を持つ光の光路の周りを遮光状態にして、この光路を直進する光線以外の反射光線をこの遮光処理主段で吸収させることで、前記バックライト２２から出射される光線のうち表示器２３を直接通過する表示光のみをウインドシールド１７の内面に向かって出射させることができる。

また、前記遮光処理手段をつや消し黒色塗料の塗付層として、光路を直進してきた光線以外の反射光線を黒色塗料面で吸収させることで、簡単かつローコストに前記バックライト２２から出射される光線のうち表示器２３を直接通過する表示光のみをウインドシールド１７の内面に向かって出射させることができる。

さらに、前記遮光処理手段を、ハウジング２１の内側の側壁に突設して、バックライト２２から出射された光のうち、所定の方向に伝播する光Ｌ１とは伝播方向の異なる光Ｌ３を遮蔽する複数個の遮光片２５としたことで、遮光片２５がバックライト２２から出射する光線のうち表示器２３に直接出射される表示光以外の光線を下方または斜め下方に反射させることで、この反射光はさらにハウジング２１内で２次反射によって減衰され、または３次以降の反射を次々に繰り返して減衰される。従って、前記バックライト２２から出射される光線のうちレンズアレイ２４を介して表示器２３を直接通過する表示光のみをウインドシールド１７の内面に向かって出射させることができ、この出射光にもとづく前記像のみを運転者に看取させることができる。

また、前記遮光処理手段を、ハウジング２１の内側の側壁に設けられて、前記バックライト２２から出射された光のうち、所定の方向に伝播する光Ｌ１とは伝播方向の異なる光Ｌ３を吸収する植毛としている。看取の必要がある表示情報を持つ光の光路の周りが植毛部となっているため、この植毛部に前記光路を直進する光路以外の反射光を効果的かつローコストに吸収させることができる。

２０ 表示装置
２１ ハウジング
２２ バックライト
２３ 表示器
２４ レンズアレイ
２５ 遮光片
２６ 回路基板
２７、２８ 取り付け片

Claims (2)

1. バックライトと、
   前記バックライトからの出射光を集光し、所定の方向に光を出射するレンズアレイと、
   前記レンズアレイからの出射光を受けて表示光をウインドシールドの内面に向けて出射する表示器と、
   前記バックライト、前記レンズアレイ及び前記表示器を内部に収容するハウジングと、
   を備え、
   前記ウインドシールドの内面で反射された表示光によって前記ウインドシールドの外方に結像させる像を車室内の運転者に看取可能にするヘッドアップディスプレイの表示装置であって、前記ハウジングの内側の側壁に遮光処理手段が施されているヘッドアップディスプレイの表示装置において、
   前記遮光処理手段は、前記側壁のレンズアレイ設置部の上方に前記ハウジングの中心に向かって突設された遮光片であり、かつ前記遮光片の先端部は下方に向かって斜めの角度で削ぎ落とされたカット面とされていることを特徴とするヘッドアップディスプレイの表示装置。
2. 前記ハウジングは黒色または黒色系の合成樹脂で成形されているかまたは前記ハウジングの内側の側壁につや消し黒色塗料の塗付層が施されている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の表示装置。

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