JP6098486B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のダッシュボード等に搭載されて、乗員に情報を提供する表示装置に関するもので、特に遠方に像があるような虚像を表示する装置に関するものである。「ダッシュボード」とは、自動車のフロントウィンドウの下で、前席の正面にある内装部品全体を指す。運転席の正面には、通常スピードメーター、タコメーター、燃料計、水温計及び距離計などの自動車の走行に必要な情報を指し示す計器類が配置されている。

従来から、車両の運転中に大きな視線移動を行うことなく、運転に必要な補助情報等を車両の前景と重畳して視認させるヘッドアップディスプレイ装置が知られている。必要なときだけ、ダッシュボードの上側にコンバイナーが起立するタイプのものも公知となっている（例えば、特許文献１）。「コンバイナー」とは、画像が投写される透明なスクリーンのことである。また、主な運転情報を提供する通常のメーター表示部においても、手前に眼の焦点を合わせることなく遠方に虚像として表示する表示装置も公知となっている（例えば、特許文献２）。

特許第３９５２４０７号（図１） 特開２００１-１８３１７９（図１）

ヘッドアップディスプレイは、運転者が特に前方を注視することが必要な高速道路での走行に際しては、大きな視線移動を伴わず、遠方に眼の焦点を合わせたままでスピード、各種警告表示及び案内表示を視認することができるという大きなメリットを有する。一般のヘッドアップディスプレイは、フロントガラスの面上の下方に情報が背景と重畳して表示される。高速道路の場合には、その背景は比較的均一な路面であるので、表示内容も認識しやすい。

一方、市街地で走行する場合には、先行車との車間距離も短いため、ヘッドアップディスプレイの表示の背景には先行車が映ることがある。また、路面には車線区分を示す矢印等の表示又は横断歩道などがあり、ヘッドアップディスプレイの表示の背景にはこれらの表示が映ることが多い。また、交差点での停止する場合には、横断者又は自転車が背景となる場合も多い。これらのように、市街地で走行する場合には、前景に重畳する方式のヘッドアップディスプレイは視認しにくいという課題がある。「前景」とは、フロントガラスの前側の風景である。

ダッシュボード等に配置されている一般的なメーター表示部（クラスター）に虚像ディスプレイを採用すると、視線の移動量は若干増すものの、不要な背景の重畳が無いため、表示の見易さは向上する。ここで、「クラスター」とは、自動車で、スイッチ又はメーターなどの部品が集まっている場所である。また、「虚像ディスプレイ」とは、遠方に眼の焦点を合わせたままに視認できるディスプレイである。走行の状態に合せて、虚像ディスプレイで構成したクラスターとヘッドアップディスプレイとを使い分けることが考えられる。しかし、両方の装置を車両に搭載するには、ダッシュボード内の空間の大きな領域を必要とする。一方、ダッシュボード内には、耐圧部材（強度メンバー）、空調装置のダクト及びハーネス類が数多く収められている。そのため、表示装置を搭載するためのスペースは限られている。また、両方の装置を搭載するためには、部品数が増えて、組立性も低下するため、製造コストが増加する。

車両用表示装置は、１つの表示デバイスと、前記表示デバイスが表示する映像を運転者の前方に虚像として表示する１つの投写光学系と、前記表示デバイスを照明する光源とを備え、前記投写光学系は、運転者の眼の位置に向けて映像光を反射させる反射部材を有し、前記反射部材は、前方からの光を透過して前記映像光に重畳させる半透過領域及び前方からの光を遮断するミラー領域を有し、前記表示デバイスは、前記ミラー領域に表示される第１の映像を表示する第１の表示領域と、前記半透過領域に表示される第２の映像を表示する第２の表示領域とを有し、前記光源が照明する前記第１の表示領域の照度は、前記第２の表示領域の照度よりも低く、前記光源は、前記第１の表示領域及び前記第２の表示領域の両方の表示領域を照明する第１の光源と、前記第２の表示領域を照明する第２の光源とを有する。

この発明によれば、ひとつの光学系によって、前景と重畳しない虚像による運転情報表示及び前景と重畳した虚像による運転情報表示を選択して表示できるため、簡素な構成で、運転状況に適した情報提供を可能にする表示装置を提供できる。

この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の車両搭載状態を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の車両搭載状態を示す正面視図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の要部説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の要部説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置のミラー領域１１に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示領域２１１に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置のミラー領域１１及び半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示領域２１１，２１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示領域２１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置のミラー領域１１の一部及び半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の表示領域２１１ａ，２１１ｂ，２１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置のミラー領域１１及び半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置の車両に搭載された状態で運転者の眼の位置から見た模式図である。 この発明の実施の形態１に係る車両用表示装置のバックライト４５０と液晶パネル２１との位置関係を示す要部斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の表示方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の表示方法を説明する説明図である。 この発明の実施の形態２に係る車両用表示装置の表示方法を説明する説明図である。

実施の形態１．
以下の実施の形態の説明において、図の説明を容易にするためにｘｙｚ座標を用いる。ｘ軸は、車両の前方に対して左右方向である。＋ｘ軸方向は、車両の前方を見て右側である。−ｘ軸方向は、車両の前方を見て左側である。ｙ軸は、上下方向である。＋ｙ軸方向は上方向である。−ｙ軸方向は下方向である。上方向は空の方向で、下方向は地面の方向である。ｚ軸は、車両の前後方向である。＋ｚ軸方向は、車両の前方である。−ｚ軸方向は、車両の後方である。

＜車両用表示装置１の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置１の構成図である。車両用表示装置１は、液晶パネル２１及び投写光学系を備えている。投写光学系は、ミラー１３とコンバイナー１１０のミラー領域１１及び半透過領域１２とを有している。コンバイナー１１０は、ミラー領域１１及び半透過領域１２を有している。車両用表示装置１は、筐体１０１、透明窓２０６、コントローラ４０１，４０２、バックライト４５０、光源４５１，４５２、支軸５１、扇型ギア５２、ギア５３、モータ５４又はスイッチ９１を有することができる。

図１において、コンバイナー１１０は、半透明部材で形成された反射型のスクリーンである。コンバイナー１１０は、運転者の眼の位置３００から見て、前景を透過して視認することができると共に、運転者側の表面では光を反射する所定の反射率を有している。コンバイナー１１０は、運転者側の面の下方の所定領域に、ミラー領域１１を有している。ミラー領域１１は、前景を透過しないミラー処理が施されている。また、コンバイナー１１０は、上方の所定領域に、半透過領域１２を有している。つまり、コンバイナー１１０は、ミラー領域１１及び半透過領域１２を有している。

液晶パネル２１は、表示デバイスである。バックライト４５０から照射される光を受けて画像光３１０を生成する。「映像光」とは、画像情報を有する光のことである。バックライト４５０は、この液晶パネル２１を裏面から照明する照明装置である。ミラー１３は、液晶パネル２１から出射された映像光３１０を、コンバイナー１１０に向けて反射させる。コンバイナー１１０及びミラー１３は、液晶パネル２１の映像を虚像として視認させるための投写光学系の構成要素である。この虚像は、運転者の眼の位置３００から見て、通常は数メートル先の遠方に表示される。コンバイナー１１０の反射面及びミラー１３の反射面は、いずれも凹面形状である。ベース８１は、コンバイナー１１０、ミラー１３、液晶パネル２１及びバックライト４５０を保持する。

支軸５１は、コンバイナー１１０及びベース８１を回動自在に連結している。支軸５１は、ｘ軸に平行に配置されている。扇型ギア５２は、コンバイナー１１０の下端に取り付けられている。扇型ギア５２は、板形状をしている。そして、扇型ギア５２は、ｙ−ｚ平面に平行に配置されている。扇型ギア５２は、支軸５１を中心として回転する。扇型ギア５２のギア部は、支軸５１に対して−ｚ軸方向に位置している。

モータ５４は、コントローラ４０２で制御される。コントローラ４０２は、スイッチ９１に接続されている。モータ５４の回転軸には、ギア５３が取り付けられている。ギア５３は、扇型ギア５２と噛みあっている。モータ５４の回転軸が回転すると、ギア５３が回転する。ギア５３が回転すると、扇型ギア５２は、支軸５１を中心として回転する。扇型ギア５２が回転すると、コンバイナー１１０が、支軸５１を中心として回転する。コンバイナー１１０は、運転者の眼の位置３００に対して、前後方向（ｘ軸に平行な軸回り）に回転する。コントローラ４０１は、映像信号に基づき、液晶パネル２１を制御する。また、コントローラ４０１は、バックライト４５０の発光制御を行う。

図２は、本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置１を車両に搭載した状態を示す構成図である。ベース８１は、ダッシュボード２０２の内部に収められている。ベース８１は、ダッシュボード２０２の内部の上側の領域に収められている。コンバイナー１１０は、フロントガラス２０１の運転者側（−ｚ軸方向側）に配置されている。コンバイナー１１０は、ダッシュボード２０２の上面から突出するように搭載されている。つまり、コンバイナー１１０は、ダッシュボード２０２上面から飛び出るように配置されている。コンバイナー１１０の反射面は、運転者側（−ｚ軸方向側）を向いている。ステアリングホイール２０３は、ダッシュボード２０２の運転者側に取り付けられている。つまり、コンバイナー１１０は、フロントガラス２０１とステアリングホイール２０３との間に配置されている。透明窓２０６は、ダッシュボード２０２上面に設けられた透明な窓である。映像光３１０は、この透明窓２０６を透過して、ミラー１３からコンバイナー１１０に至る。

図３は、本発明の実施の形態１に係る車両用表示装置１を車両に搭載された状態で運転者の眼の位置３００から見た模式図である。コンバイナー１１０のミラー領域１１は、横長の楕円形状をしている。半透過領域１２は、ミラー領域１１よりも幅の狭い長方形形状をしている。また、コンバイナー１１０は、運転者の眼の位置３００から見ると、ステアリングホイール２０３の上側に配置されている。半透過領域１２は、運転者の眼の位置３００から見ると、フロントガラス２０１の領域に位置している。これにより、運転者は、半透過領域１２を通して車両の前方を見ることができる。この構成は、オーバービュータイプと呼ばれる表示器の形式である。「オーバービュータイプ」とは、ステアリングホィール２０３の上方で、ホィールの外側で表示を見る表示器の形式のことである。

図４は、液晶パネル２１に表示される表示領域２１１，２１２を示す要部説明図である。図４において、表示領域２１１，２１２は、一点鎖線で表されている。次に、図４を用いて液晶パネル２１の表示領域について説明する。液晶パネル２１は、第１の映像を表示する第１の表示領域２１１と、第２の映像を表示する第２の表示領域２１２とを有している。表示領域２１１に表示される映像は、ミラー領域１１に投写される。表示領域２１２に表示される映像は、半透過領域１２に投写される。図４では、表示領域２１１には、メーターと車両の周辺の画像が表示されている。表示領域２１１の中央には、２つのメーターが表示されている。表示領域２１１の左側には、車両の左後方にいる人が表示されている。表示領域２１１の右側には、車両の右後方にいる車が表示されている。表示領域２１２には、時速と注意喚起を示すマークが表示されている。

図５は、バックライト４５０と液晶パネル２１との位置関係を示す要部説明図である。次に、図５を用いてバックライト４５０の構成について説明する。第１の光源４５１は、液晶パネル２１の全面を照明する。第１の光源４５１の光の出射側には、第１の照明レンズ４６１が配置されている。第１の光源４５１から出射された光は、第１の照明レンズ４６１を透過する。第１の照明レンズ４６１を透過した光の発散角は、角度Ｐ度である。つまり、光源４５１は、表示領域２１１と表示領域２１２との両方を照明する。光源４５１は、表示領域２１１と表示領域２１２との両方の表示領域に向けて光を照射する。

第２の光源４５２は、表示領域２１２を照明する。光源４５２は、表示領域２１２に向けて光を照射する。つまり、表示領域２１２は、光源４５１から発せられた光と光源４５２から発せられた光とが重畳されて照明されている。第２の光源４５２の光の出射側には、第２の照明レンズ４６２が配置されている。第２の光源４５２から出射された光は、第２の照明レンズ４６２を透過する。第２の照明レンズ４６２を透過した光の発散角は、角度Ｑ度である。発散角Ｑは、発散角Ｐよりも小さい。

半透過領域１２に表示される映像は、前景と重畳されるため、ミラー領域１１に表示される映像よりもより高輝度である必要がある。このような構成とすることで、半透過領域１２に表示される映像は、光源４５１と光源４５２との２つの光源で照明される。これにより、半透過領域１２に表示される映像は、ミラー領域１１に表示される映像よりも輝度を増して表示されることができる。

＜一般道を走行する際の表示＞
図６は、車両用表示装置１の表示方法を説明する説明図である。図７は、ミラー領域１１に表示される映像を示した模式図である。図８は、表示領域２１１に表示される映像を示した模式図である。次に、図６から図８を用いて、車両が一般道を走行する際の情報表示の方法を説明する。

車両が一般道を走行する状態では、図８に示すように、液晶パネル２１には、表示領域２１１に映像が表示されており、表示領域２１２に映像が表示されていない。液晶パネル２１は、表示領域２１１以外の領域では、光を遮光している。つまり、映像を表示しない場合には、液晶パネル２１は、光を遮光している。バックライト４５０では、光源４５１は点灯をしているが、光源４５２は消灯をしている。

表示領域２１１に表示された映像は、液晶パネル２１で形成される。図６に示すように、液晶パネル２１で形成された映像は、映像光３１０として出射され、ミラー１３で反射され、コンバイナー１１０のミラー領域１１でさらに反射されて運転者の眼の位置３００に至る。この状態を運転者から見ると、図７のように、運転情報は、反射領域１１の部分に表示されており、半透過領域１２の部分には表示されていない。反射領域１１に表示された運転情報は、虚像として、所定の距離だけ離れた遠方に表示される。運転者は、従来のメーターを見る動作と同様に、運転中にこの反射領域１１に視線を向ける。運転者は、目の焦点を近くに合せることなく、運転情報が数メートル先に浮いているようにその運転情報を見ることができる。

虚像表示装置の場合には、運転者の目に到達する映像光３１０は、アイボックスと呼ばれる範囲に限られる。「アイボックス」とは、運転者の眼の位置３００における映像光３１０の投射される範囲である。アイボックスの大きさは、液晶パネル２１から出射される光の拡散度合いで定まる。また、ミラー１３及び反射領域１１等で構成される投写光学系の設計によっても定まる。アイボックスの領域を大きく設定すると、投写光学系のミラー１３の寸法は大きくなるという弊害がある。また、バックライト４５０等の照明系の消費電力が増すという弊害がある。このため、一般には、縦方向は数十ミリ程度の領域となっている。ここで「縦方向」とは、図６の上下方向（ｙ軸方向）である。

しかし、運転者の体格は様々であり、運転者の眼の位置３００も上下方向にずれる。もし、アイボックスから運転者の眼の位置３００が外れると、運転者は表示を見ることができない。そこで、運転者の眼の位置３００の上下方向に対しては、アイボックスの高さを調節する。このアイボックスの高さ調節については、図１に基づいて説明する。運転者は、例えば、スイッチ９１を操作して、コントローラ４０２にモータ５４に対する指令を出させる。モータ５４は、コントローラ４０２からの指令を受けて回転する。モータ５４の駆動力は、ギア５３から扇型ギア５２に伝わる。扇型ギア５２が支軸５１を中心に回転することで、コンバイナー１１０は支軸５１を中心に回転する。つまり、コンバイナー１１０が映像光３１０を反射する角度が変わる。この操作によって、反射領域１１から出射される映像光３１０の出射方向は上下方向に変化する。そして、運転者の眼の位置３００にアイボックスの位置を移動させることができる。

＜高速道路を走行する際の表示＞
次に、高速道路を走行する場合のヘッドアップディスプレイの表示について、図９から図１１を用いて説明をする。図９は、車両用表示装置１の表示方法を説明する説明図である。図１０は、ミラー領域１１及び半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。図１１は、表示領域２１１，２１２に表示される映像を示した模式図である。

図１１に示すように、液晶パネル２１には、表示領域２１１及び表示領域２１２に映像が表示される。液晶パネル２１は、表示領域２１１，２１２以外の領域では、光を遮光している。バックライト４５０は、光源４５１および光源４５２が共に点灯をしている。このとき、図９に示すように、映像光３１１，３１２は液晶パネル２１から出射される。映像光３１１は、ミラー１３で反射され、さらにコンバイナー１１０の半透過領域１２で反射されて運転者の眼の位置３００に至る。映像光３１２は、ミラー１３で反射され、さらにコンバイナー１１０のミラー領域１１で反射されて運転者の眼の位置３００に至る。

この状態を運転者から見ると、図１０に示すように、メーター等の運転情報は、先ほどの一般道の場合と同じように、ミラー領域１１の部分に表示される。また、時速と注意喚起を示すマークの運転情報は、半透過領域１２の部分に表示される。半透過領域１２は、ミラー領域１１の上側に位置している。半透過領域１２に表示される映像は、フロントガラスを通して見える前景と重畳される。ミラー領域１１に表示される映像は、虚像として遠方に表示される。また、半透過領域１２に表示される映像も、虚像として遠方に表示される。

運転者は、運転中に大きく視線を動かすことなく、また、目の焦点を近くに合せることなく、半透過領域１２の部分に表示された情報をあたかも数メートル先に浮いているように見ることができる。高速道路の場合には、進行方向の遠方を注視する必要がある。ヘッドアップディスプレイは、運転者の視線を大きく動かすことなく情報を視認できるという点で有効である。しかも、表示される情報の背景は、概ね路面であることが多い。背景が比較的均一なので、運転者は半透過領域１２に表示された表示内容を容易に認識できる。

また、近年では、運転中に携帯電話又はカーナビゲーション等を使用すると、運転に必要な注意力が分散してしまい、安全性が低下するという問題が議論されている。この問題がドライバー・ディストラクションである。ドライバー・ディストラクションを考慮して、運転者には最小限の情報のみを提供する方が良いという考え方がある。そのような考え方に基づくと、例えば、高速道路での運転中には、半透過領域１２の表示のみを運転者に提供し、ミラー領域１１部の表示は表示しないという使い方もある。

図１２から図１４までを用いて、半透過領域１２の表示のみを表示する方法を説明する。図１２は、車両用表示装置１の表示方法を説明する説明図である。図１３は、半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。図１４は、表示領域２１２に表示される映像を示した模式図である。

車両が高速道路を走行する状態では、図１４に示すように、液晶パネル２１には、表示領域２１２に映像が表示されており、表示領域２１１に映像が表示されていない。液晶パネル２１は、表示領域２１２以外の領域では、光を遮光している。バックライト４５０では、光源４５２及び光源４５１は点灯をしている。表示領域２１２に表示された映像は、液晶パネル２１で形成される。図１２に示すように、液晶パネル２１で形成された映像は、映像光３１１として出射され、ミラー１３で反射され、コンバイナー１１０の半透過領域１２でさらに反射されて運転者の眼の位置３００に至る。この状態を運転者から見ると、図１３に示すように、運転情報は、半透過領域１２の部分に表示されており、反射領域１１の部分には表示されていない。半透過領域１２に表示された運転情報は、虚像として、所定の距離だけ離れた遠方に表示される。運転者は、従来のメーターを見る動作と同様に、運転中にこの半透過領域１２に視線を向ける。運転者は、目の焦点を近くに合せることなく、運転情報が数メートル先に浮いているようにその運転情報を見ることができる。

例えば、反射領域１１への表示又半透過領域１２への表示の選択は、運転者がスイッチ９２を用いて行うことができる。また、例えば、反射領域１１への表示又半透過領域１２への表示の選択は、速度センサなどのセンサ９３からの信号をコントローラ４０１が受けて行うことができる。

車両が高速道路を走行して車両の速度が一定の速度以上になった際に、センサ９３から受けた速度情報を基に、コントローラ４０１は、自動的に半透過領域１２への表示に切り替えることができる。一方、車両の速度が一定の速度以下になった際に、センサ９３から受けた速度情報を基に、コントローラ４０１は、自動的に半透過領域１２への表示を取止めることができる。

この状態を運転者から見ると、図１３に示すに、メーター等の運転情報は、ミラー領域１１の部分に表示されない。一方、時速と注意喚起を示すマークの運転情報は、半透過領域１２の部分に表示される。半透過領域１２は、ミラー領域１１の上側に位置している。半透過領域１２に表示される映像は、フロントガラスを通して見える前景と重畳される。半透過領域１２に表示される映像は、虚像として遠方に表示される。

＜変形例１＞
図１５は、ミラー領域１１の一部及び半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。図１６は、表示領域２１１ａ，２１１ｂ及び表示領域２１２に表示される映像を示した模式図である。表示領域２１１ａ，２１１ｂは、表示領域２１１の一部の領域である。図８を用いて、液晶パネル２１が表示領域２１１のみ表示する例を示した。また、図１１を用いて、液晶パネル２１が表示領域２１１及び表示領域２１２の両方に表示する例を示した。また、図１４を用いて、液晶パネル２１が表示領域２１２のみ表示する例を示した。しかし、液晶パネル２１は、バネル上の任意の位置に映像を表示して、任意の位置を遮光することができる。そのため、例えば、表示領域２１１の内の表示領域２１１ａ，２１１ｂだけに映像を表示することもできる。

例えば、表示領域２１１ａ，２１１ｂには、車両の周辺の画像を表示することができる。図１６では、表示領域２１１ａには、車両の左後方にいる人が映しだされてされている。また、表示領域２１１ｂには、車両の右後方にいる車が映しだされてされている。図１５に示すように、運転者は、半透過領域１２に表示された車の速度表示と、ミラー領域１１に表示された車の後方の映像を見ることができる。

＜変形例２＞
上述の実施の形態では、ミラー領域１１に対して半透過領域１２の横幅を狭く構成していた。しかし、これに限らず、ミラー領域１１の横幅を半透過領域１２の横幅と等しくすることができる。図１７は、ミラー領域１１及び半透過領域１２に表示される映像を示した模式図である。図１７（Ａ）は、上述の実施の形態で示した構成を示す図で、ミラー領域１１の横幅を半透過領域１２の横幅より広くしている。図１７（Ｂ）は、ミラー領域１１の横幅を半透過領域１２の横幅と等しくする構成を示す図である。

図１７（Ｂ）に示すように、液晶パネル２１に表示できる範囲内で、ミラー領域１１の横幅及び半透過領域１２の横幅を変更することができる。図１７（Ｂ）では、時速と注意喚起を示すマークが半透過領域１２の中央に表示されている。また、半透過領域１２の左側及び右側には、車両の進む方向を示す矢印が表示されている。これにより、車両用表示装置１で多様な情報を表示することができる。

＜変形例３＞
上述の実施の形態では、図３に示すように、車両用表示装置１のミラー領域１１及び半透過領域１２を運転者から見て、ステアリングホイール２０３の上方側（＋ｙ軸方向側）に配置した。いわゆるオーバービュータイプと呼ばれる表示器の形式である。しかし、車両用表示装置１の配置は、これに限られない。図１８は、車両用表示装置１を車両に搭載された状態で運転者の眼の位置から見た模式図である。図１８では、運転者から見て、車両用表示装置１の半透過領域１２は、ステアリングホイール２０３の上方側（＋ｙ軸方向側）に配置されている。一方、車両用表示装置１のミラー領域１１は、運転者から見て、ステアリングホイール２０３の内側に配置されている。このような配置とすることで、運転者の前方の視界を広くすることができる。

＜変形例４＞
上述の実施の形態では、図５に示すように、第１の光源４５１は液晶パネル２１の全面を照明し、第２の光源４５２は表示領域２１２のみを照明している。しかし、この構成に限らない。図１９は、バックライト４５５と液晶パネル２１との位置関係を示す要部斜視図である。バックライト４５０は、２個の第１の光源４５１及び２個の第２の光源４５２を有している。第１の光源４５１は、表示領域２１１の長手方向に並べて配置されている。第２の光源４５２は、表示領域２１２の長手方向に並べて配置されている。図１９では、例えば、第２の表示領域２１２は、第１の表示領域２１１よりも狭い。

第１の光源４５１から出射されて第１の照明レンズ４６１を透過した光の発散角は、角度Ｒである。第１の光源４５１から出射された２つの光は、照明する領域を分担して第１の表示領域２１１を照明している。第２の光源４５２から出射されて第２の照明レンズ４６２を透過した光の発散角は、角度Ｑである。第２の光源４５２から出射された２つの光は、照明する領域を分担して第２の表示領域２１２を照明している。図５で説明したバックライト４５０と異なり、図１９に示すバックライト４５１は、第１の光源４５１の照明する領域（第１の表示領域２１１）と第２の光源４５２の照明する領域（第２の表示領域２１２）とが重複しない。

ここで、第１の光源４５１の発する光量は、第２の光源４５２の発する光量と等しい。また、発散角Ｑは、発散角Ｒよりも小さい。このような構成により、第１の表示領域２１１に照明された光の照度は、第２の表示領域２１２に照明された光の照度よりも低くなる。つまり、半透過領域１２に表示される映像は、ミラー領域１１に表示される映像よりも高い輝度で表示される。「照度」とは、平面状の物体に照射された光の明るさを表す物理量である。単位面積あたりに照射された光束と等しい。

車両用表示装置１は、１つの表示デバイス２１及び１つの投写光学系１１，１２，１３を備える。１つの投写光学系１１，１２，１３は、表示デバイス２１が表示する映像を運転者の前方に虚像として表示する。投写光学系１１，１２，１３は、運転者の眼の位置３００に向けて映像光３１０を反射させる反射部材１１０を有する。反射部材１１０は、前方からの光を透過して映像光３１０に重畳させる半透過領域１２及び前方からの光を遮断するミラー領域１１を有する。

車両用表示装置１は、表示デバイス２１を照明する光源４５１，４５２をさらに有する。表示デバイス２１は、ミラー領域１１に表示される第１の映像を表示する第１の表示領域２１１と、半透過領域１２に表示される第２の映像を表示する第２の表示領域２１２とを有する。光源４５１，４５２が照明する第１の表示領域２１１の照度は、第２の表示領域２１２の照度よりも低い。

光源４５１，４５２は、第１の表示領域２１１及び第２の表示領域２１２の両方の表示領域を照明する第１の光源４５１と、第２の表示領域２１２を照明する第２の光源４５２とを有する。

光源４５１，４５２は、第１の表示領域２１１及び第２の表示領域２１２の両方の表示領域を照明する第１の光源４５１と、第１の表示領域２１１を除き第２の表示領域２１２を含む領域を照明する第２の光源４５２とを有する。

光源４５１，４５２は、第１の表示領域２１１及び第２の表示領域２１２の両方の表示領域に向けて光を照射する第１の光源４５１と、第２の表示領域２１２に向けて光を照射する第２の光源４５２とを有する。

つまり、表示領域２１２は、光源４５１から発せられた光と光源４５２から発せられた光とが重畳されて照明されている。

実施の形態２．
実施の形態１では、コンバイナー１１０の反射面の一部をミラー領域１１とし、一部を半透過領域１２とした。実施の形態２に係る車両用表示装置２は、半透過領域１２を構成する部材と、ミラー領域１１を構成する部材とを別の部材としている。半透過領域１２を構成する部材は、ミラー領域１１と並べて配置される位置と、ミラー領域１１を構成する部材の裏面側に収納される位置との２つの位置に配置される。半透過領域１２を構成する部材は、この２つの位置の間で移動可能な構成をしている。実施の形態１と同一の構成要素には同一の符号を付しその説明を省略する。実施の形態１と同一の構成要素は、ミラー１３、液晶パネル２１、ギア５３、モータ５４、スイッチ９１及びコントローラ４０１である。

また、実施の形態１と同一の符号を付ししているが、少し異なる点を有する構成要素がある。支軸５１は、筐体１０１を回転可能に支持している点で実施の形態１と異なる。扇型ギア５２は、筐体１０１に取り付けられている点で実施の形態１と異なる。コンバイナー１１０は、ミラー領域１１を有しない点及び筐体１０１に移動可能に取り付けられている点で実施の形態１と異なる。コントローラ４０２は、モータ５４に加えて、モータ６３を駆動する点で実施の形態１と異なる。これらの構成要素は、上述の相違点以外では、実施の形態１と同じである。また、図２０及び図２１では、バックライト４５０の表示を省いている。しかし、バックライト４５０を用いる点、及びコントローラ４０１がバックライト４５０を駆動する点等、実施の形態１で示した内容は、実施の形態２でも同様である。

＜車両用表示装置２の構成＞
図２０及び図２１は、本発明の実施の形態２に係る車両用表示装置２の構成図である。図２０は、コンバイナー１１０が筐体１０１の内部に収納された状態を表している。図２１は、コンバイナー１１０が筐体１０１の上側に突出した状態を表している。

車両用表示装置２は、液晶パネル２１及び投写光学系を備えている。投写光学系は、ミラー１３、筐体１０１のミラー領域１１及びコンバイナー１１０の半透過領域１２を有している。筐体１０１は、ミラー領域１１を有している。コンバイナー１１０は、半透過領域１２を有している。車両用表示装置１は、透明窓２０６、コントローラ４０１，４０２、バックライト４５０、光源４５１，４５２、支軸５１、扇型ギア５２、ギア５３，６２、モータ５４，６３又はスイッチ９１を有することができる。

図２０及び図２１に示すように、筐体１０１は、運転者の眼の位置３００の方向の表面にミラー領域１１を有する。ミラー領域１１は、運転者の眼の位置３００から見て凹面形状をしている。ミラー領域１１は、前方の風景を透過して見ることができない。つまり、ミラー領域１１は、光を透過しない不透過のミラーで形成されている。

コンバイナー１１０は、筐体１０１の内部に収納された状態（図２０に示す状態）から、筐体１０１の上部に突出する状態（図２１に示す状態）に、移動可能に保持されている。コンバイナー１１０は、投写光学系の光路から退避した状態から、投写光学系の光路上に移動する。コンバイナー１１０は、運転者の眼の位置３００の側に半透過領域１２を有している。半透過領域１２は、運転者の眼の位置３００から見て凹面形状をしている。半透過領域１２が筐体１０１の上部に突出した状態では、半透過領域１２は、ミラー領域１１と一連の凹面形状となるように配置される。「一連の凹面形状」とは、ミラー領域１１及び半透過領域１２が１つの曲面を形成することである。コンバイナー１１０は透明部材で形成されている。半透過領域１２には、所定の反射率になるような、半透過膜が形成されている。前景は、半透過領域１２を透過するため、運転者は前景を視認できる。また、半透過領域１２は、所定の反射率を有しているため、凹面鏡として機能する。

ピン７３，７４は、コンバイナー１０１に形成されている。ピン７３，７４は、筐体１０１の内側に形成されたガイド溝７１，７２にそれぞれが案内されている。ピン７３は、ガイド溝７１に案内され、ピン７４は、ガイド溝７２に案内されている。液晶パネル２１は、映像を表示する。支軸５１は、筐体１０１を支持している。支軸５１は、ｘ軸に平行に配置されている。筐体１０１は、支軸５１を中心に回転する。筐体１０１は、ｘ軸に平行な軸回りに回転する。つまり、筐体１０１は、支軸５１を中心として運転者に対して角度を変えることができる。ラック６１は、コンバイナー１１０から下方へ延在している。「延在」とは、延びて存在することである。ラック６１は、ギア６２と噛合っている。ギア６２は、駆動源としてのモータ６３の回転軸に取り付けられている。扇型ギア５２は、筐体１０１に形成されている。扇型ギア５２は、支軸５１を中心として回転する。扇型ギア５２は、ギア５３と噛合っている。ギア５３は、駆動源としてのモータ５４の回転軸に取り付けられている。コントローラ４０１は、映像信号に基づき、液晶パネル２１を制御する。コントローラ４０２は、モータ５４，６３の回転を制御する。

＜一般道を走行する際の表示＞
図２２は、車両用表示装置２の表示方法を説明する説明図である。次に、図２２を用いて一般道における情報表示の表示方法について説明をする。

この状態では、コンバイナー１１０は、筐体１０１の中に収められている。液晶パネル２１には、実施の形態１の図８で説明したように、表示領域２１１に映像が表示されている。バックライト４５０は、光源４５１が点灯して、光源４５２が消灯している状態である。表示領域２１１に表示された映像は、図２２に示すように液晶パネル２１から映像光３１２として出射される。映像光３１２は、ミラー１３で反射され、筐体１０１のミラー領域１１でさらに反射されて運転者の眼の位置３００に至る。

この状態を運転者から見ると、運転情報は、ミラー領域１１の部分に表示される。反射領域１１に表示された運転情報は、虚像として、所定の距離だけ離れた遠方に表示される。運転者は、従来のメーターを見る動作と同様に、運転中にこの反射領域１１に視線を向ける。運転者は、目の焦点を近くに合せることなく、運転情報が数メートル先に浮いているようにその運転情報を見ることができる。

実施の形態１で述べたように、虚像表示装置の場合には、運転者の目に到達する映像光３１０は、アイボックスと呼ばれる範囲に限られる。そこで、運転者の眼の位置３００の上下方向に対しては、アイボックスの高さを調節する。運転者は、例えば、スイッチ９１を操作して、コントローラ４０２にモータ５４に対する指令を出させる。モータ５４は、コントローラ４０２からの指令を受けて回転する。モータ５４の駆動力は、ギア５３から扇型ギア５２に伝わる。扇型ギア５２が支軸５１を中心に回転することで、筐体１０１は支軸５１を中心に回転する。つまり、筐体１０１のミラー領域１１が映像光３１０を反射する角度が変わる。この操作によって、反射領域１１から出射される映像光３１０の出射方向は上下方向に変化する。そして、運転者の眼の位置３００にアイボックスの位置を移動させることができる。

＜高速道路を走行する際の表示＞
次に、高速道路を走行する場合のヘッドアップディスプレイの表示について、図２０及び図２１を用いて説明する。例えば、高速道路の走行に入ると、運転者がスイッチ９１を操作することで、予め設定されたプログラムに基づいてモータ６３が所定の方向に回転を開始する。または、車両が高速道路の走行モードに入ると、車両が高速道路に入ったことを検知して、予め設定されたプログラムに基づいてモータ６３が所定の方向に回転を開始する。モータ６３の駆動力は、ギア６２を介してラック６１に伝わる。ラック６１が上方向（＋ｙ軸方向）に移動することで、コンバイナー１１０は筐体１０１の上方向に移動する。筐体１０１の上方向は、図２０中に矢印Ａで表されている。

このとき、ピン７３はガイド溝７１に沿って移動する。また、ピン７４はガイド溝７２に沿って移動する。ピン７３，７４はコンバイナー１１０と一体に形成されている。ガイド溝７１，７２の上側（＋ｙ軸方向側）の終端部は、ミラー領域１１側（−ｚ軸方向）に屈曲している。ピン７３がガイド溝７１の上側（＋ｙ軸方向側）の終端部に至り、ピン７４がガイド溝７２の上側（＋ｙ軸方向側）の終端部に至ると、ピン７３，７４はガイド溝７１，７２の屈曲に沿って案内される。そして、コンバイナー１１０は、筐体１０１の上側に突出した状態でミラー領域１１側（−ｚ軸方向）に移動する。このとき、コンバイナー１１０の半透過領域１２の反射面とミラー領域１１の反射面とは、ひとつの連続した曲面を形成する。なお、「一体に形成」とは、１つの材料で作製されている場合と、１つの部材を他の部材に取り付けることとの両方の意味を含む。

図２３は、車両用表示装置２の表示方法を説明する説明図である。次に図２３を用いて虚像の表示方法について説明をする。

液晶パネル２１は、図１１に示すように、表示領域２１１及び表示領域２１２に映像が表示される。バックライト４５０は、光源４５１および光源４５２が共に点灯をしている状態である。表示領域２１１，２１２に表示された映像は、図２３に示すように、液晶パネル２１から映像光３１１，３１２として出射される。映像光３１１，３１２は、ミラー１３で反射される。映像光３１２は、さらに筐体１０１のミラー領域１１で反射されて運転者の眼の位置３００に至る。映像光３１１は、さらにコンバイナー１１０の半透過領域１２で反射されて運転者の眼の位置３００に至る。

この状態を運転者から見ると、図１０に表すように、メーター等の運転情報は、先ほどの一般道の場合と同じように、ミラー領域１１の部分に表示される。また、時速と注意喚起を示すマークの運転情報は、半透過領域１２の部分に表示される。半透過領域１２は、ミラー領域１１の上側（＋ｙ軸方向側）に位置している。半透過領域１２に表示される映像は、フロントガラスを通して見える前景と重畳される。ミラー領域１１に表示される映像は、虚像として遠方に表示される。また、半透過領域１２に表示される映像は、虚像として遠方に表示される。

運転者は、運転中に大きく視線を動かすことなく、また、目の焦点を近くに合せることなく、半透過領域１２の部分に表示された情報をあたかも数メートル先に浮いているように見ることができる。高速道路の場合には、進行方向の遠方を注視する必要がある。ヘッドアップディスプレイは、運転者の視線を大きく動かすことなく情報を視認できるという点で有効である。しかも、表示される情報の背景は、概ね路面であることが多い。背景が比較的均一なので、運転者は半透過領域１２に表示された表示内容を容易に認識できる。

例えば、高速道路での運転中には、コンバイナー１１０の半透過領域１２による表示のみを提供し、筐体１０１のミラー領域１１の表示は消灯するという使い方にも対応できる。図２４を用いてその表示方法を説明する。図２４は、車両用表示装置２の表示方法を説明する説明図である。

液晶パネル２１は、図１４に示すように、表示領域２１２に映像が表示されている。液晶パネル２１は、表示領域２１２以外の領域では、光を遮光している。バックライト４５０は、光源４５１および光源４５２が共に点灯している。液晶パネル２１で形成された映像は、図２４に示すように、液晶パネル２１から映像光３１１として出射され、ミラー１３で反射され、さらにコンバイナー１１０の半透過領域１２で反射されて運転者の眼の位置３００に至る。

この状態を運転者から見ると、ミラー領域１１の部分には、映像が表示されていない。ミラー領域１１の上側に位置するコンバイナー１１０の半透過領域１２には、映像が表示されている。半透過領域１２の映像は、フロントガラスを通して見える前景と重畳されて、数メートル先に浮いているように表示される。

一般道路に戻った場合には、液晶パネル２１の表示領域２１２の映像は表示されない。コンバイナー１１０が筐体１０１の上側に突出した図２１に示す状態から、モータ６３を逆に回転させて、コンバイナー１１０を筐体１０１の内部に収める。コンバイナー１１０を筐体１０１の内部に収納した状態は、図２０に表されている。

実施の形態１と同様に、例えば、反射領域１１への表示又半透過領域１２への表示の選択は、運転者がスイッチ９２を用いて行うことができる。また、例えば、反射領域１１への表示又半透過領域１２への表示の選択は、速度センサなどのセンサ９３からの信号をコントローラ４０１が受けて行うことができる。同様に、コンバイナー１１０を筐体１０１から出し入れする操作も、速度センサなどのセンサ９３からの信号をコントローラ４０２が受けて行うことができる。

車両が高速道路を走行して車両の速度が一定の速度以上になった際に、センサ９３から受けた速度情報を基に、コントローラ４０１は、自動的にモータ６３を駆動して、コンバイナー１１０を筐体１０１から出す。そして、コントローラ４０１は、自動的に半透過領域１２への表示に切り替えることができる。

一方、車両の速度が一定の速度以下になった際に、コントローラ４０１は、自動的にモータ６３を駆動して、コンバイナー１１０を筐体１０１の中に入れる。そして、コントローラ４０１は、自動的に半透過領域１２への表示を取止めることができる。

実施の形態２に係る車両用表示装置２は、一つの光学系を用いて、前景と重畳しない虚像による運転情報表示と、前景と重畳した虚像による運転情報表示とを切り替えることができる。また、車両用表示装置２は、一つの光学系を用いて、前景と重畳しない虚像による運転情報表示と、前景と重畳した虚像による運転情報表示とを並べて同時に表示することができる。これらの表示により、車両用表示装置２は、運転状況に適した情報を運転者に提供することができる。また、車両用表示装置２は、前景と重畳して表示するコンバイナー１１０を、不要時には筐体１０１の内部に格納して、視界を妨げることを防止できる。

反射部材１０１，１１０は、映像を表示しない場合には、投写光学系１１，１２，１３の光路から退避する可動の反射部１１０を有する。可動の反射部１１０は、半透過領域１２を有する。

なお、上述の各実施の形態においては、「平行」や「垂直」などの部品間の位置関係又は部品の形状を示す用語を用いている場合がある。これらは、製造上の公差や組立て上のばらつきなどを考慮した範囲を含むことを表している。このため、請求の範囲に部品間の位置関係もしくは部品の形状を示す記載した場合には、製造上の公差又は組立て上のばらつき等を考慮した範囲を含むことを示している。

なお、以上のように本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限るものではない。

１，２ 車両用表示装置、 １１ ミラー領域、 １２ 半透過領域、 １３ ミラー、 １０１ 筐体、 １１０ コンバイナー、 ２１ 液晶パネル、 ２０１ フロントガラス、 ２０２ ダッシュボード、 ２０３ ステアリングホイール、 ２１１，２１２ 表示領域、 ２０６ 透明窓、 ３００ 運転者の眼の位置、 ３１０，３１１，３１２ 映像光、 ４０１ コントローラ、 ４０２ コントローラ、 ４５０，４５５ バックライト、 ４５１，４５２ 光源、 ４６１，４６２ 照明レンズ、 ５１ 支軸、 ５２ 扇型ギア、 ５３，６２ ギア、 ５４，６３ モータ、 ７１，７２ ガイド溝、 ７３，７４ ピン、 ８１ ベース、 ９１,９２ スイッチ、 ９３ センサ。

Claims (2)

1. １つの表示デバイスと、
   前記表示デバイスが表示する映像を運転者の前方に虚像として表示する１つの投写光学系と、
   前記表示デバイスを照明する光源と
   を備え、
   前記投写光学系は、運転者の眼の位置に向けて映像光を反射させる反射部材を有し、
   前記反射部材は、前方からの光を透過して前記映像光に重畳させる半透過領域及び前方からの光を遮断するミラー領域を有し、
   前記表示デバイスは、前記ミラー領域に表示される第１の映像を表示する第１の表示領域と、前記半透過領域に表示される第２の映像を表示する第２の表示領域とを有し、
   前記光源が照明する前記第１の表示領域の照度は、前記第２の表示領域の照度よりも低く、
   前記光源は、前記第１の表示領域及び前記第２の表示領域の両方の表示領域を照明する第１の光源と、前記第２の表示領域を照明する第２の光源とを有する車両用表示装置。
2. 前記反射部材は、映像を表示しない場合には、前記投写光学系の光路から退避する可動の反射部を有し、前記可動の反射部は、前記半透過領域を有する請求項１に記載の車両用表示装置。

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