JP6600696B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

関連出願へのクロスリファレンス

本出願は、日本国特許出願２０１５−２５０５２４号（２０１５年１２月２２日出願）の優先権を主張するものであり、当該出願の開示全体を、ここに参照のために取り込む。

本開示は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、投影部の表示パネルを透過した光を車両のウインドシールド等の半透過板に反射させる。反射した光は、車両の操作者に表示パネルの表示面の虚像を認識させる。

車両の操作者は、表示面の正面方向から表示面の虚像を視認する。車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、表示面の正面方向への輝度が斜め方向に比べて高い。表示パネルの正面方向への輝度を高めるために、車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、全光線透過率及び平行光線透過率の高い拡散板を含む。車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、平行光線透過率が高くなると、表示面の正面方向への輝度にムラが生じやすくなる。

例えば特開２０１１−９０２１７号公報には、光源を複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）で構成する技術が開示されている。光源は、複数のＬＥＤに対するレンズの配列の工夫によって、表示面の輝度ムラが低減されている。

本開示の一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、光源装置と、表示パネルと、光学部材と、コントローラと、を備える。前記表示パネルは、前記光源装置からの照明光を表示面によって表示光に変更する。前記光学部材は、前記表示パネルからの表示光を所定の空間に導く。前記表示面は、前記光源装置に起因する、第１輝度で表示可能な第１輝度領域と、前記第１輝度より輝度の低い第２輝度で表示可能な第２輝度領域とを含む。前記コントローラは、前記表示パネルを制御して、前記第１輝度領域及び前記第２輝度領域に情報を選択的に表示させる。前記コントローラは、前記第１輝度領域の表示色の階調を制御可能である。前記コントローラは、注意喚起情報がない場合、前記第１輝度領域の輝度が前記第２輝度領域の輝度と同程度となるように、前記情報のうちの、前記注意喚起情報以外の情報を、当該情報の表示色の階調を変更して前記第１輝度領域に表示する。

本開示の一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す図である。 図１のディスプレイの概略構成を示す図である。 図１の虚像面の一例を示す概略図である。 図１のコントローラが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、諸図面を参照しながら、本開示の一実施形態を詳細に説明する。

図１を参照して、一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイ装置１について説明する。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、ディスプレイ１０と、コントローラ２０と、投影光学系３０とを備える。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、例えば、車両Ｖのダッシュボード等に収容される。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は表示光Ｘを射出する。表示光Ｘは車両Ｖのウインドシールド等の半透過板Ｙで反射する。反射した表示光Ｘは車両Ｖの操作者Ｍ（運転手等）の眼球に入射する。このように、表示光Ｘが操作者Ｍの眼球に入射することで、半透過板Ｙの前方の所定の位置に虚像が虚像面Ｚとして操作者Ｍに視認可能に生成される。

ディスプレイ１０は、光源装置や透過型の表示パネル等を備える。光源装置から射出される照明光は、透過型の表示パネルを透過する。照明光は、表示パネルの透過後に、ディスプレイ１０の外部に射出される。照明光は、表示パネルを通過するときに、所望の画像に応じて照明光の各波長の強度が減衰する。照明光は、表示パネルの通過によって表示光Ｘとなる。ディスプレイ１０の詳細は後述する。

コントローラ２０は、例えば、マイクロコンピュータ等を含む。マイクロコンピュータは、不揮発性の記憶領域と、この記憶領域に格納される制御プログラムを実行するプロセッサとを有する。コントローラ２０は、ディスプレイ１０の表示パネルの表示を制御する。具体的には、コントローラ２０は、ディスプレイ１０の表示パネルの表示色の階調を制御することで、虚像面Ｚの第１輝度領域Ａの表示色の階調を制御することができる。

投影光学系３０は、ディスプレイ１０からの表示光Ｘを半透過板Ｙに導く。投影光学系３０は、表示光Ｘが投影される範囲を拡大しうる。投影光学系３０は、例えば凹面鏡等からなるミラー等の光学部材を有する。投影光学系３０は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１内から半透過板Ｙに向かって表示光Ｘを反射によって導く。図１には投影光学系３０が２つのミラーを有する場合を例示したが、ミラーの個数は２つに限定されない。

半透過板Ｙは、入射した光の一部を反射する光学部材である。半透過板Ｙは、入射した光の一部を透過しうる。半透過板Ｙは、車両Ｖに備えうる。半透過板Ｙは、車両Ｖのウインドシールドの他、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１からの表示光Ｘを反射させるコンバイナ等であってよい。コンバイナ等の半透過板Ｙは、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１に含まれうる。半透過板Ｙは、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１から照射される表示光Ｘの一部を反射させる。半透過板Ｙは、操作者Ｍの目が存在すると想定している空間に向かって表示光Ｘを反射させる。操作者Ｍの目が存在すると想定している空間は、アイボックスと呼ぶことがある。

虚像面Ｚは、半透過板Ｙが反射した表示光Ｘによって操作者Ｍが視認する虚像である。虚像面Ｚは、車両Ｖ前方にあると操作者Ｍが錯覚している面である。操作者Ｍには、車外の風景等と虚像面Ｚとが重なって見える。表示パネル１２の表示面は、相互相対的に輝度の高い領域と輝度の低い領域とを含む不均一な輝度分布（輝度ムラ）を有する。表示面が有する不均一な輝度分布についての詳細は後述する。

図２を参照して、ディスプレイ１０の概略構成について説明する。ディスプレイ１０は、光源装置１１と、表示パネル１２と、照明光学系１３とを備える。

光源装置１１は、照明光を発光する部材である。光源装置１１は、例えば白色光を発散して射出する一つ又は複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）を含む。光源装置１１から射出される照明光は、照明光学系１３を透過して表示パネル１２に照射される。

光源装置１１は、照明光を表示パネル１２に射出しうる場所に位置する。光源装置１１は、表示パネル１２の背面に位置しうる。不均一な照明光が表示パネル１２に入射されると、表示パネル１２の表示面は、不均一な輝度分布になる。また、光源装置１１は、複数のＬＥＤを含みうる。光源装置１１の各ＬＥＤは、図２に示すように表示パネル１２に平行な面上に、表示パネル１２の中心からの垂線との交点付近に近接させて点光源とみなせる場所に位置しうる。光源装置１１の各ＬＥＤは、例えば表示パネル１２に平行な面上であって表示パネル１２の中心からの垂線に対して非対称に配置してもよい。

表示パネル１２は、透過型の表示パネルである。表示パネル１２は、液晶表示パネル及びＭＥＭＳシャッターパネルを含む。液晶パネルは、例えば、偏光フィルタ、ガラス基板、透明電極、配向膜、液晶表示素子、カラーフィルタ等を含みうる。表示パネル１２は、照明光学系１３から照明光が照射されると、透過光を表示光Ｘとして射出する。表示光Ｘは、表示パネル１２の表示面に表示される画像に対応する光となる。表示パネル１２の表示面にカラー画像が表示されている場合、表示光Ｘはカラー画像に対応する光となる。表示パネル１２の表示面に表示される画像が変化すると、表示光Ｘは、変化した画像に対応して変化する。表示パネル１２の表示面に表示される画像は、コントローラ２０によって制御される。コントローラ２０は、表示パネル１２の表示面に表示する画像を制御することで、表示光Ｘを制御しうる。

照明光学系１３は、光源装置１１と表示パネル１２との間に位置する。照明光学系１３は、光源装置１１からの照明光を表示パネル１２に導く。照明光学系１３は、主としてレンズ１３１と拡散板１３２とを含む。照明光学系１３は、光源装置１１からの照明光をレンズ１３１及び拡散板１３２を経て表示パネル１２に導く。

レンズ１３１は、光源装置１１から発散して射出される照明光を集光もしくは収束する。レンズ１３１は、入射する照明光の光路が広がる方向を変更しうる。照明光の発散は、レンズ１３１で収束する。照明光は、レンズ１３１で集光して、拡散板１３２に向かって進む。図２では、レンズ１３１が２つの場合を例示した。しかしながら、レンズ１３１の個数は２つに限定されない。

拡散板１３２は、表示パネル１２の光源装置１１側の表面を覆うようにして設けられ、レンズ１３１からの照明光を拡散して表示パネル１２側に透過させる。拡散板１３２は、平行光線透過率が比較的高い特性を有してよい。拡散板１３２は、平行光線透過率が比較的高い特性を有する場合、表示パネル１２の正面方向への輝度の減少を少なくできる。拡散板１３２は、平行光線透過率が高いと、拡散透過率が低くなるため、表示パネル１２の表示面の正面方向への輝度にムラが生じうる。表示パネル１２の表示面の正面方向への輝度は、第１輝度と呼ぶ場合がある。

図３を参照して、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１による虚像面Ｚの一例について説明する。表示パネル１２表示面からの表示光Ｘは、不均一な輝度分布を有する場合がある。表示パネル１２の表示面は、表示可能な輝度が比較的高い第１輝度である第１輝度領域と、第１輝度領域より表示可能な輝度が低い第２輝度である第２輝度領域と、を含みうる。表示光Ｘの輝度分布は、表示面の輝度分布に対応する。ディスプレイ１０からの表示光Ｘの輝度分布が不均一であることに起因して、虚像面Ｚは、不均一な輝度分布となる。虚像面Ｚは、表示可能な輝度が比較的高い第１輝度領域Ａと、第１輝度領域Ａより表示可能な輝度が低い第２輝度領域Ｂと、を含みうる。表示光Ｘの不均一な輝度分布は、ディスプレイ１０の光源装置１１及び照明光学系１３の各構成に起因する。

なお、図３では、虚像面Ｚの中央部に第１輝度領域Ａが位置し、この中央部を囲む周辺部に第２輝度領域Ｂが位置している。しかしながら、第１輝度領域Ａ及び第２輝度領域Ｂの位置関係及び範囲は、図３に示した態様には限定されない。例えば、第１輝度領域Ａと第２輝度領域Ｂとが、虚像面Ｚの上下方向又は左右方向に並んで位置してよい。第１輝度領域Ａの輝度は、第２輝度領域Ｂの輝度の１．４倍以上であってよい。

虚像面Ｚには、情報が選択的に表示される。第１輝度領域Ａと第２輝度領域Ｂとには、異なる種類の情報を表示しうる。第１輝度領域Ａには、所定の種類の情報を優先して表示しうる。第１輝度領域Ａには、車両Ｖの操作者Ｍの注意を特に惹きたい情報（以下、適宜「注意喚起情報」と記載する）を表示しうる。注意喚起情報は、例えば、図３に示すような渋滞情報１０１、通行止め情報、工事規制情報、事故情報、制限速度超過情報、ナビゲーション情報、歩行者接近情報、信号情報、前方車発進情報、燃料切れ情報、パンク情報、路面締結情報、シフト変更の喚起等を含みうる。第１輝度領域Ａには注意喚起情報のうち、優先して注意を惹きたい情報を優先して表示しうる。第２輝度領域Ｂには、注意喚起情報以外の情報を表示しうる。第２輝度領域Ｂには、注意喚起情報のうち、相対的に優先度の低い情報を表示しうる。注意喚起情報以外の情報は、例えば、図３に示すように、方位情報１０２、車線情報１０３、時刻情報１０４、温度情報１０５、制限速度／車両速度情報１０６、平均燃費情報１０７等を含みうる。注意喚起情報以外の情報は、燃料残量もしくはバッテリー残量、航続可能距離、エンジン回転数、ターニングシグナル、ライトスイッチポジション、エアコンの各種設定、外気導入設定等を含みうる。注意喚起情報と、それ以外の情報とは、関連する情報を含みうる。例えば、制限速度超過情報と、制限速度／車両速度情報１０６とは関連する情報と言いうる。例えば、燃料切れ情報と、燃料残量もしくはバッテリー残量または航続可能距離とは関連する情報と言いうる。例えば、路面凍結情報と温度情報とは関連する情報と言いうる。

虚像面Ｚの各領域への情報の選択的な表示は、コントローラ２０が表示パネル１２の何れの領域に情報を表示するかを選択的に制御することで実現される。コントローラ２０は、現在表示させている注意喚起情報よりも優先したい注意喚起情報が生じると、優先したい注意喚起情報を選択的に表示させる。コントローラ２０は、所定の状況において、虚像面Ｚの第１輝度領域Ａ又は第２輝度領域Ｂにいずれの情報が表示されるかの対応情報を予め記憶する。コントローラ２０がこの対応情報に基づいて表示パネル１２に情報を表示制御する。例えば、第１輝度領域Ａにナビゲーション情報を表示しているときに、制限速度を超過すると、ナビゲーション情報に変えて制限速度超過情報を選択的に表示する。

コントローラ２０は、注意喚起情報の有無に応じて、第１輝度領域Ａの輝度を選択的に変更しうる。ある状況において注意喚起情報がある場合、コントローラ２０は、第１輝度領域Ａの輝度を高めうる。ある状況において注意喚起情報がない場合、コントローラ２０は、第１輝度領域Ａの輝度を低めうる。ある状況において注意喚起情報がない場合、コントローラ２０は、第１輝度領域Ａの輝度を、第２輝度領域Ｂの輝度と同程度の輝度に変更しうる。ある状況において注意喚起情報がない場合、コントローラ２０は、第１輝度領域Ａに、注意喚起情報以外の情報を表示させうる。コントローラ２０は、第１輝度領域Ａの輝度を、表示パネル１２の階調の変更によって制御しうる。コントローラ２０は、第１輝度領域Ａに表示させるときと、第２輝度領域Ｂに表示させるときとで、同一の情報の階調が異なる。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、虚像面Ｚに含まれる第１輝度領域Ａ及び第２輝度領域Ｂに情報を選択的に表示することができる。車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、例えば、輝度が高く、より目立つ第１輝度領域Ａに注意喚起情報を表示して、視認性を向上させることができる。

以下、図４のフローチャートを参照して、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１のコントローラ２０が実行する処理について説明する。

コントローラ２０は、虚像面Ｚの第１輝度領域Ａに表示される情報に注意喚起情報が含まれる場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、第１輝度領域Ａに表示する情報の表示色の階調を変更せずに虚像面Ｚに情報を表示し（ステップＳ３）、処理を終了する。一方、コントローラ２０は、虚像面Ｚの第１輝度領域Ａに表示される情報に注意喚起情報が含まれない場合（ステップＳ１のＮＯ）、第１輝度領域Ａの輝度が擬似的に第２輝度領域Ｂの輝度と同程度となるように、第１輝度領域Ａの表示色の階調を制御する（ステップＳ２）。そして、コントローラ２０は、虚像面Ｚに情報を表示し（ステップＳ３）、処理を終了する。

このような処理により、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、第１輝度領域Ａに注意喚起情報が表示されない場合には、第１輝度領域Ａの表示色の階調を制御して、第１輝度領域Ａの輝度を擬似的に第２輝度領域Ｂの輝度と同等にする。従って、注意喚起情報を表示するときには第１輝度領域Ａで注意喚起情報を際立たせて表示することができる。また、注意喚起情報を表示しないときには第１輝度領域Ａに表示される情報と第２輝度領域Ｂに表示される情報とを同等の輝度で表示させることができる。よって、視認性が向上する。

本発明を諸図面や実施形態に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

また、光源装置１１が表示パネル１２の背面に位置するとして説明したが、虚像面Ｚの不均一な輝度分布が確保される限り、このような配置には限定されない。

また、レンズ１３１が光源装置１１からの照明光を表示パネル１２の方向に集光して射出するとして説明したが、虚像面Ｚの不均一な輝度分布が確保される限り、このような構成には限定されず、照明光学系１３としてレンズ１３１が必ずしも配置されていなくてよい。

さらに、拡散板１３２が表示パネル１２の光源装置１１側の表面を覆うようにして設けられるとして説明したが、虚像面Ｚの不均一な輝度分布が確保される限り、このような配置には限定されず、照明光学系１３として拡散板１３２が必ずしも配置されていなくてよい。

１ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置
１０ ディスプレイ
１１ 光源装置
１２ 表示パネル
１３ 照明光学系
１３１ レンズ
１３２ 拡散板
２０ コントローラ
Ａ 第１輝度領域
Ｂ 第２輝度領域
Ｍ 操作者
Ｖ 車両
Ｘ 表示光
Ｙ 半透過板
Ｚ 虚像面

Claims (6)

1. 光源装置と、
   前記光源装置からの照明光を表示面によって表示光に変更する表示パネルと、
   前記表示パネルからの表示光を所定の空間に導く光学部材と、
   コントローラと、を備え、
   前記表示面は、前記光源装置に起因する、第１輝度で表示可能な第１輝度領域と、前記第１輝度より輝度の低い第２輝度で表示可能な第２輝度領域とを含み、
   前記コントローラは、前記表示パネルを制御して、前記第１輝度領域及び前記第２輝度領域に情報を選択的に表示させ、
   前記第１輝度領域の表示色の階調を制御可能であり、
   注意喚起情報がない場合、前記第１輝度領域の輝度が前記第２輝度領域の輝度と同程度となるように、前記情報のうちの、前記注意喚起情報以外の情報を、当該情報の表示色の階調を変更して前記第１輝度領域に表示する、
   車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記コントローラは、前記注意喚起情報がある場合、前記第１輝度領域に前記第１輝度で注意喚起情報を表示させる、請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記光源装置は、前記表示パネルの背面に位置する、
   請求項１又は２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記光源装置からの照明光を集光するレンズを含み、
   前記レンズは、前記照明光を集光して前記表示パネルの方向に導く、
   請求項３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記レンズで集光した前記照明光を拡散する拡散板を含む、
   請求項３又は４に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第１輝度領域は、前記表示面の中央部に位置し、
   前記第２輝度領域は、前記中央部を囲む周辺部に位置する、
   請求項１から５の何れか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

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