JP6247884B2

JP6247884B2 - 車両用表示装置

Info

Publication number: JP6247884B2
Application number: JP2013208981A
Authority: JP
Inventors: 拓磨荻巣; 杉山　哲也; 哲也杉山
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2033-10-04
Also published as: JP2015072422A

Description

本発明は、車両の前景と、ウインドシールドに投影される重畳用画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置に関する。

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多角化に伴って、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虚像表示させ、それを透して視認される車両の前景と重畳視認させる、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と呼ぶ）と呼ばれる投影型の車両用表示装置が採用されている。

図３は、一従来例としてのＨＵＤ装置を示す模式図である。図３に示されているＨＵＤ装置５は、車両のインストルメントパネルＩＰ内に設けられ、インストルメントパネルＩＰの開口ＩＰａから、例えばナビゲーション画像等といった重畳用画像をウインドシールドＷＳに投影する。ＨＵＤ装置５は、ケース５１と、表示源５２と、非球面ミラー５３と、を備えている。また、ケース５１における、インストルメントパネルＩＰの開口ＩＰａに重なる部分には、透光性カバー部材５４が嵌め込まれている。表示源５２に表示された重畳用画像をなす光Ｌ５は、図中に破線で示されているように、非球面ミラー５３で反射され、透光性カバー部材５４を、次のような経路を経て透過する。図３では、光Ｌ５の透過経路が拡大図Ａ５に示されている。非球面ミラー５３で反射された光Ｌ５は、透光性カバー部材５４の下面に入射角φ５_inで入射する。入射角φ５_inは、この下面の法線Ｖ５₁との間になす角度である。その後、この法線Ｖ５₁に近づく側に屈折し、透光性カバー部材５４の内部を通って上面へと達する。そして、この上面からの出射時に、光Ｌ５は、上面の法線Ｖ５₂から離れる側に屈折し出射角φ５_outで出射する。出射角φ５_outは、この上面の法線Ｖ５₂との間になす角度である。ここで、下面の法線Ｖ５₁と上面の法線Ｖ５₂とが略一致することから、上記の入射角φ５_inと出射角φ５_outとは略等しい角度となる。つまり、光Ｌ５は、見掛け上、透光性カバー部材５４を略直進して透過する。出射後、光Ｌ５は、ウインドシールドＷＳへと向かう。これにより、重畳用画像が、ウインドシールドＷＳに投影サイズＳｚ５で投影され、このウインドシールドＷＳを透して視認される車両の前景と、重畳用画像の虚像とが車内における不図示のアイポイントから重畳視認されることとなる。

ここで、一般的に、ＨＵＤ装置については、インストルメントパネルＩＰ内に設けられるという性質上、小型化が求められることが多い。しかしながら、この小型化のために、小型の表示源やミラーを用いると、重畳用画像のウインドシールドＷＳへの投影サイズが小さくなってしまうという問題がある。

そこで、透光性カバー部材の上面に下記のプリズム面を形成し、このプリズム面によって重畳用画像の投影サイズを維持しつつＨＵＤ装置の小型化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。

図４は、透光性カバー部材の上面にプリズム面が形成されたＨＵＤ装置を示す模式図である。このＨＵＤ装置６では、表示源６２を出て非球面ミラー６３で反射される、重畳用画像をなす光Ｌ６は、プリズム面６５付きの透光性カバー部材６４を次のような経路を経て透過する。図４では、光Ｌ６の透過経路が拡大図Ａ６に示されている。非球面ミラー６３で反射された光Ｌ６は、透光性カバー部材６４の下面に入射角φ６_inで入射する。入射角φ６_inは下面の法線Ｖ６₁との間になす角度である。その後、この法線Ｖ６₁に近づく側に屈折し、透光性カバー部材６４の内部を通って上面に形成されたプリズム面６５に達する。プリズム面６５は、複数のプリズム６５１が、図４中に矢印Ｄ６で示されている車両の前後方向に配列されてなる。各プリズム６５１は、その稜線６５２が、この前後方向と直交する、車両の幅方向に延びている。このプリズム面６５に達した光Ｌ６は、プリズム面６５を構成するプリズム６５１の傾斜面６５３から出射する。この出射時に光Ｌ６は、この傾斜面６５３の法線Ｖ６₂から離れ、かつ、下面の法線Ｖ６₁に近づく側に屈折し、この下面の法線Ｖ６₁との間になす出射角φ６_outで出射する。この傾斜面６５３からの出射により、出射角φ６_outは入射角φ６_inよりも小さくなる。つまり、光Ｌ６は、プリズム面６５付きの透光性カバー部材６４を、見掛け上、下面の法線Ｖ６₁に近づく側に屈折して透過する。

ここで、光Ｌ６がなす重畳用画像のウインドシールドＷＳへの投影サイズＳｚ６は、透光性カバー部材６４からウインドシールドＷＳに至る光路が、次のような光路であれば、図３に示されている重畳用画像の投影サイズＳｚ５と略同サイズとなる。即ち、この光路が、図３に示されている構成における透光性カバー部材５４からウインドシールドＷＳに至る光路と略同じ光路であれば、上記の２つの投影サイズＳｚ５，Ｓｚ６が互いに略同サイズとなる。両者の光路を合わせるには、透光性カバー部材６４からの出射角φ６_outが図３に示されているプリズム面無しの透光性カバー５４からの出射角φ５_outと略同角度となればよい。この場合、透光性カバー部材６４への入射角φ６_inは、光Ｌ６を上記のような出射角φ６_outで出射させるために、プリズム面無しの透光性カバー５４への入射角φ５_inよりも大きくとられることとなる。その結果、非球面ミラー６３から透光性カバー部材６４に至る光Ｌ６の光路は水平側に寝ることとなり、その断面の高さ寸法が小さくなる。図４に示されているＨＵＤ装置６では、これを利用し、図３に示されている表示源５２や非球面ミラー５３に比べて、高さ方向について小型の表示源６２及び非球面ミラー６３が採用されている。これにより、ケース６１の、高さ方向についての小型化が図られ、延いてはＨＵＤ装置６の小型化が図られている。

特開２００４−２０６０５号公報

しかしながら、図４に示されているＨＵＤ装置６では、透光性カバー部材６４に設けられているプリズム面６５で反射された太陽光がウインドシールドＷＳで更に反射されてドライバーの眼に届き、その眼を眩ませてしまう可能性があるという問題があった。さらに、外部にさらされているプリズム面６５が外傷を受け易いという問題もあった。

したがって、本発明は、小型化が図られつつも、太陽光に対する防眩性と、外傷に対する耐久性とが向上された車両用表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１に記載の車両用表示装置は、表示源に表示された重畳用画像をミラーで反射して車両のウインドシールドに投影することで、車内のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記ウインドシールドに投影される前記重畳用画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置において、前記ミラーから前記ウインドシールドへと至る光路上には、前記重畳用画像をなす光が透過する透光性カバー部材が配置され、前記透光性カバー部材における前記ミラー側の面には、前記車両の前方から後方にかけて前記ウインドシールド側に傾斜した傾斜面を有するとともに前記車両の幅方向に稜線が延びたプリズムが前記車両の前後方向に複数配列されてなるプリズム面が形成されており、前記透光性カバー部材は、前記車両の前方から後方にかけて前記ウインドシールド側に傾斜しているとともに、前記車両の前後方向について、前記ミラー側に凸に湾曲していることを特徴とする。

請求項１に記載の車両用表示装置では、プリズム面が形成された透光性カバー部材によって、重畳用画像をなす光がウインドシールド側に曲げられる。このため、ミラーから透光性カバー部材に至る光路を水平側に寝かせて、その断面の高さ寸法を抑えても、透光性カバー部材からウインドシールドに至る光路を、プリズム面非形成の場合と略同じ光路とすることが可能となる。ミラーから透光性カバー部材に至る光路の断面の高さ寸法を抑えれば、ミラーおよび表示源の高さ寸法を小さくして車両用表示装置を小型化することができる。一方で、透光性カバー部材からウインドシールドに至る光路が、プリズム面非形成の場合と略同じ光路であれば、両者間で、ウインドシールドへの重畳用画像の投影サイズも略同サイズとなる。つまり、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、ウインドシールドへの重畳用画像の投影サイズを維持しつつ車両用表示装置を小型化することができる。ここで、ウインドシールド越しに車両前方から差し込む太陽光は、透光性カバー部材の上下両面で反射されてウインドシールドへと向かい、さらにウインドシールドで反射されてドライバー側へと向かう。このとき、プリズム面は、透光性カバー部材の下面に形成されている。そして、透光性カバー部材の内部を通って下面へと向かう太陽光は、プリズム面を構成するプリズムが有する、車両の前方から後方にかけてウインドシールド側に傾斜した傾斜面でその大部分が反射される。このため、透光性カバー部材の下面で反射される太陽光は、上面で反射される太陽光よりも、ウインドシールド側に傾けられた方向に反射される。その結果、さらにウインドシールドで反射されてドライバー側へと向かうに当たり、下面で反射される太陽光は、上面で反射される太陽光よりも下方へとドライバーの眼から離された経路を辿る。つまり、請求項１に記載の車両用表示装置では、小型化のために設けられたプリズム面で反射される太陽光に対する防眩性が向上されている。さらに、請求項１に記載の車両用表示装置では、プリズム面が透光性カバー部材の下面に形成され外部にさらされていないことから、外傷に対する耐久性も向上されている。以上のように、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、小型化が図られつつも、太陽光に対する防眩性と、外傷に対する耐久性とが向上されることとなる。

また、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、透光性カバー部材が、車両の前方から後方にかけてウインドシールド側に傾斜している。このため、透光性カバー部材の上面で反射される太陽光についても、ウインドシールド側に傾けられた方向に反射され、ドライバーの眼から下方に離された経路を辿ることとなる。従って、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、太陽光に対する防眩性が一層向上されることとなる。

また、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、透光性カバー部材の湾曲により、上面で太陽光が反射される際の、反射経路のウインドシールド側への傾きを大きくできる。このため、この傾きの増加分を見込んで、透光性カバー部材の傾斜高さを低く抑えることができる。従って、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、一層の小型化を図ることができる。

本発明の車両用表示装置の一実施形態にかかるＨＵＤ装置を示す図である。ウインドシールド越しに車両前方から差し込む太陽光の光路を示す模式図である。一従来例としてのＨＵＤ装置を示す模式図である。透光性カバー部材の上面にプリズム面が形成されたＨＵＤ装置を示す模式図である。

本発明の車両用表示装置の一実施形態にかかるＨＵＤ装置について、図１、２を参照して説明する。

図１は、本発明の車両用表示装置の一実施形態にかかるＨＵＤ装置を示す図である。この図１に示されているＨＵＤ装置１は、ケース１１と、表示源１２と、非球面ミラー１３と、を備えている。また、ケース１１における、インストルメントパネルＩＰの開口ＩＰａに重なる部分には、透光性カバー部材１４が嵌め込まれている。表示源１２は、ここでは特定しないが、液晶ディスプレイやＣＲＴ等の表示装置が一例として挙げられる。また、透光性カバー部材１４は、ガラス製や透明樹脂製のカバーが一例として挙げられる。

表示源１２に表示された重畳用画像をなす光Ｌ１は、図中に破線で示されているように、非球面ミラー１３で反射され、透光性カバー部材１４を透過し、ウインドシールドＷＳへと至る。これにより、重畳用画像がウインドシールドＷＳに投影され、車内の不図示のアイポイントから、ウインドシールドＷＳ越しの前景と、重畳用画像の虚像とが重畳視認されることとなる。表示源１２が、本発明にいう表示源の一例に相当し、非球面ミラー１３が、本発明にいうミラーの一例に相当し、透光性カバー部材１４が、本発明にいう透光性カバー部材の一例に相当する。

図１では、光Ｌ１の透過経路が拡大図Ａ１に示されている。非球面ミラー１３で反射された光Ｌ１は、透光性カバー部材６４の下面に形成されたプリズム面１５に達する。プリズム面１５は、複数のプリズム１５１が、図１中に矢印Ｄ１で示されている車両の前後方向に配列されてなる。各プリズム１５１は、その稜線１５２が、この前後方向と直交する、車両の幅方向に延びている。プリズム面１５が、本発明にいうプリズム面の一例に相当する。

このプリズム面１５に達した光Ｌ１は、プリズム面１５を構成するプリズム１５１の傾斜面１５３に入射する。この傾斜面１５３は、車両の前方から後方にかけてウインドシールドＷＳ側に傾斜した面である。上面の法線Ｖ１₁との間になす角度を、透光性カバー部材６４への見掛け上の入射角φ１_inとすると、傾斜面１５３の法線Ｖ１₂との間になす実質上の入射角φ１_in’は、見掛け上の入射角φ１_inよりも大きくなる。その結果、光Ｌ１は、この傾斜面１５３への入射時に、仮に平面に見掛け上の入射角φ１_inで入射したと仮定したときよりも、上面の法線Ｖ１₁により近づく側へと屈折する。

その後、光Ｌ１は、透光性カバー部材６４の内部を通って上面に達する。そして、光Ｌ１は、この上面の法線Ｖ１₁から離れる側に屈折し、この法線Ｖ１₁との間になす出射角φ１_outで出射する。上記の傾斜面１５３により、実質上の入射角φ１_in’が大きくなっていることから、入射時の屈折量が大きくなり、その結果、出射角φ１_outは入射角φ１_inよりも小さくなる。つまり、光Ｌ１は、プリズム面１５付きの透光性カバー部材６４を、見掛け上、上面の法線Ｖ１₁に近づく側に屈折して透過する。

このＨＵＤ装置１では、光Ｌ１がなす重畳用画像のウインドシールドＷＳへの投影サイズＳｚ１は、透光性カバー部材１４からウインドシールドＷＳに至る光路が、次のような光路であれば、図３に示されている重畳用画像の投影サイズＳｚ５と略同サイズとなる。即ち、この光路が、図３に示されている構成における透光性カバー部材５４からウインドシールドＷＳに至る光路と略同じ光路であれば、上記の２つの投影サイズＳｚ５，Ｓｚ１が互いに同サイズとなる。両者の光路を合わせるには、透光性カバー部材１４からの出射角φ１_outが図３に示されているプリズム面無しの透光性カバー５４からの出射角φ５_outと略同角度となればよい。この場合、透光性カバー部材１４への入射角φ１_inは、光Ｌ１を上記のような出射角φ１_outで出射させるために、プリズム面無しの透光性カバー５４への入射角φ５_inよりも大きくとられることとなる。その結果、非球面ミラー１３から透光性カバー部材１４に至る光Ｌ１の光路は水平側に寝ることとなり、その断面の高さ寸法が小さくなる。図１に示されているＨＵＤ装置１では、これを利用し、図３に示されている表示源５２や非球面ミラー５３に比べて、高さ方向について小型の表示源６２及び非球面ミラー１３が採用されている。これにより、ケース６１の、高さ方向についての小型化が図られ、延いてはＨＵＤ装置１の小型化が図られている。つまり、本実施形態のＨＵＤ装置１では、ウインドシールドＷＳへの重畳用画像の投影サイズＳｚ１を維持しつつＨＵＤ装置１の小型化が図られている。

ここで、ウインドシールドＷＳ越しには、車両前方から太陽光が差し込み、その一部は、ＨＵＤ装置１の透光性カバー部材１４へと向かう。本実施形態では、この太陽光によってドライバーの眼が眩まないように防眩性の向上が図られている。以下では、この防眩性の向上について、図２を参照して説明する。

図２は、ウインドシールド越しに車両前方から差し込む太陽光の光路を示す模式図である。また、この図２には、透光性カバー部材１４での太陽光ＬＳの反射の様子が、拡大図Ａ２に示されている。太陽光ＬＳは、透光性カバー部材１４に入射角φｓで入射し、透光性カバー部材１４の上下両面で、以下のように反射されてウインドシールドＷＳへと向かい、さらにウインドシールドＷＳで反射されてドライバーＤＲ側へと向かう。

ここで、本実施形態では、透光性カバー部材１４は、車両の前方から後方にかけてウインドシールドＷＳ側に傾斜して設けられている。この透光性カバー部材１４の上面で上記の入射角φ_Sと同角度の反射角φ_Uで反射される上面反射光ＬＳ_Uは、透光性カバー部材１４の傾斜により、ウインドシールドＷＳ側に傾けられた方向に反射される。その結果、ウインドシールドＷＳで反射されてドライバーＤＲ側へと向かう上面反射光ＬＳ_Uの光路は、ドライバーＤＲの眼から下方に離された経路を辿ることとなる。

また、本実施形態では、透光性カバー部材１４は、車両の前後方向について、非球面ミラー１３側に凸に湾曲している。透光性カバー部材１４の湾曲により、上面反射光ＬＳ_Uの経路のウインドシールドＷＳ側への傾きが大きくなっている。本実施形態では、この傾きの増加分を見込んで、透光性カバー部材１４の傾斜高さが低く抑えられており、以って、ＨＵＤ装置１の一層の小型化が図られている。

透光性カバー部材１４の内部へと入射し屈折して下面へと向かう太陽光ＬＳは、プリズム面１５を構成するプリズム１５１が有する、車両の前方から後方にかけてウインドシールドＷＳ側に傾斜した傾斜面１５３でその大部分が反射される。この傾斜面１５３で反射された下面反射光ＬＳ_Lは、透光性カバー部材１４の上面へと向かい屈折して上面から出射角φ_Lで出射する。この下面反射光ＬＳ_Lの出射角φ_Lは、下面での反射面が上記のようにウインドシールドＷＳ側に傾斜した傾斜面１５３であることから、上面反射光ＬＳ_Uの反射角φ_Uよりも小さくなる。つまり、下面反射光ＬＳ_Lは、上面反射光ＬＳ_Uよりも、ウインドシールドＷＳ側に傾けられた方向に向かう。その結果、さらにウインドシールドＷＳで反射されてドライバーＤＲ側へと向かうに当たり、下面反射光ＬＳ_Lの光路は、上面反射光ＬＳ_Uの光路よりも下方へとドライバーＤＲの眼から離された経路を辿る。つまり、本実施形態のＨＵＤ装置１では、小型化のために設けられたプリズム面１５で反射される太陽光ＬＳに対する防眩性が向上されている。

また、上述したように、本実施形態では、透光性カバー部材１４の傾斜により、上面反射光ＬＳ_Uの光路も、ドライバーＤＲの眼から下方に離された経路を辿ることとなっており、防眩性が一層向上されている。また、下面反射光ＬＳ_Lの光路は、上面反射光ＬＳ_Uの光路よりも下方を辿るため、設計に当たっては、上面反射光ＬＳ_Uの光路のみを念頭に透光性カバー部材１４の傾斜角度等を決めればよく、設計上の簡素化も図られることとなっている。

さらに、本実施形態のＨＵＤ装置１では、プリズム面１５が透光性カバー部材１４の下面に形成され外部にさらされていないことから、外傷に対する耐久性も向上されている。

以上のように、本実施形態のＨＵＤ装置１では、小型化が図られつつも、太陽光ＬＳに対する防眩性と、外傷に対する耐久性とが向上されることとなっている。

尚、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上記の実施形態では、重畳用画像を１つの非球面ミラー１３での反射によりウインドシールドＷＳへ投影する形態が例示されている。しかしながら、反射に使われるミラーは、非球面ミラーに限らず、例えば球面ミラー等であってもよい。また、表示源１２からウインドシールドＷＳへと至る光路も、１つのミラーでの反射による光路に限らず、例えば複数のミラーでの反射により光が導かれる光路であってもよい。

１ＨＵＤ装置（車両用表示装置の一実施形態）
１１ケース
１２表示源（表示源の一例）
１３非球面ミラー（ミラーの一例）
１４透光性カバー部材（透光性カバー部材の一例）
１５プリズム面（プリズム面の一例）
１５１プリズム（プリズムの一例）
１５２稜線
１５３傾斜面

Claims

表示源に表示された重畳用画像をミラーで反射して車両のウインドシールドに投影することで、車内のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記ウインドシールドに投影される前記重畳用画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置において、
前記ミラーから前記ウインドシールドへと至る光路上には、前記重畳用画像をなす光が透過する透光性カバー部材が配置され、
前記透光性カバー部材における前記ミラー側の面には、前記車両の前方から後方にかけて前記ウインドシールド側に傾斜した傾斜面を有するとともに前記車両の幅方向に稜線が延びたプリズムが前記車両の前後方向に複数配列されてなるプリズム面が形成されており、
前記透光性カバー部材は、前記車両の前方から後方にかけて前記ウインドシールド側に傾斜しているとともに、前記車両の前後方向について、前記ミラー側に凸に湾曲していることを特徴とする車両用表示装置。