JP7024484B2 - 車載透過表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車室内に設けられる車載透過表示装置に関する。

従来、車両用のサンバイザーに表示装置を取り付けて各種情報を表示させる技術が存在する。例えば、サンバイザーによって遮られる死角範囲の映像をカメラで撮影し、その撮影画像を表示装置に表示する技術が知られている。このような技術により、あたかもサンバイザーを透かして車両前方の景色を見ているような感覚を乗員に与えることができる。また、ハーフミラーを用いて車両前方の風景と虚像とを重畳表示させるヘッドアップディスプレイも提案されている。ヘッドアップディスプレイは、実際よりも遠方に存在するように見える虚像を表示することができる（特許文献１，２参照）。

特開2017-034615号公報 特開2015-045690号公報

上記のような既存の表示装置は、基本的には乗員の視界のうち車両の進行方向である前方の範囲のみをカバーする形状に形成されている。そのため、各種情報を表示するための領域が狭く、画面に表示される情報量や情報密度を高めることが難しい。また、将来的にVR（Virtual Reality，仮想現実），AR（Augmented Reality，拡張現実），MR（Mixed Reality，複合現実）といったデジタル環境の表現技術を車両に導入するためには、乗員の視界を広範囲に被覆する表示装置を用意することが望ましい。一方、そのような表示装置は大型化しやすく、車室内に設けることが困難である。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、簡素な構成で乗員の視界を広範囲に被覆でき、利便性を向上させることのできる車載透過表示装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けることができる。

（１）開示の車載透過表示装置は、車両の車室内に設けられる車載透過表示装置であって、可撓性及び光透過性を有する面状に形成され、透過する景色に虚像を重畳して表示するスクリーンを備える。また、前記車室内の天井面に沿って前記スクリーンを車両前後方向に駆動するスライド機構と、車幅方向に伸びる回転軸を中心に前記スクリーンを回転駆動する回転機構とを備える。さらに、前記回転軸に沿って前記スクリーンの一端辺に取り付けられ、前記車幅方向の両端部が乗員に接近する方向に前記スクリーンを湾曲変形させる湾曲変形機構を備える。

（２）前記湾曲変形機構が、前記スクリーンの一端辺に固定され、互いに揺動可能に連設された複数のユニットと、隣接する前記ユニットの間に介装された弾性部材と、前記車幅方向の両端部に位置する前記ユニットを前記スクリーンの中央側に向かって牽引するワイヤー部材と、を有することが好ましい。
（３）前記スクリーンが遮光パネルであって、前記スクリーンに対する前記乗員の視点位置及び光源位置を特定する特定部と、少なくとも前記乗員から見て前記スクリーン上の前記光源位置に対応する箇所に遮光用の虚像を表示する表示部と、を備えることが好ましい。
（４）前記車室内の天井面をなすヘッドライニングとその上方を覆うルーフパネルとの間に形成された収納部を備えることが好ましい。

スクリーンの位置や形状を変更するための三つの機構を設けることで、状況に応じてスクリーンを収納することや、乗員の視界を覆うように配置することが容易となる。また、スクリーンの車幅方向の両端部を乗員に接近するように湾曲変形させることで、視界の被覆範囲を拡大することができ、利便性を向上させることができる。例えば、スクリーンに重畳表示される虚像の実像感や臨場感を高めることができ、VR・AR・MRなどの表示技術に対する適合性を改善することができる。

本実施形態の車載透過表示装置が適用された車両の車室内を示す図である。 車載透過表示装置の機能を説明するための図である。 スクリーンと乗員の視界との関係を示す図である。 車載透過表示装置の構造を示す斜視図である。 車載透過表示装置の上面図（使用時）である。 車載透過表示装置の上面図（収納時）である。 スクリーンの上端辺を示す斜視図である。 蛇状部の構造を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）はユニットの斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は蛇状部の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して実施形態としての車載透過表示装置１について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨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。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。

［１．装置構成］
図１は車両１０の車室内に設けられた車載透過表示装置１を示す図であり、図２は車両１０の縦断面図である。車載透過表示装置１とは、少なくとも光透過性を有するスクリーン２を備えた表示装置であり、スクリーン２の向こう側の背景とスクリーン２に表示される画像（CG画像や文字，模様など）とが重畳表示されるものである。一般に、車載透過表示装置１では、スクリーン２に対する乗員の視点位置を把握することで、乗員から見た景色に適合する位置及び大きさで仮想的な物体をスクリーン２に描画することが可能である。描画される画像を乗員の視界における座標系に適合させることで、重畳表示の臨場感が向上する。

図２に示すように、車載透過表示装置１は、車室内の天井面をなすヘッドライニング１６とその上方を覆うルーフパネル１７との間の収納部１９に収納される。収納部１９の内側には、車幅方向に延在する複数のルーフクロスメンバー１８が、車両前後方向に間隔を空けて配置される。車載透過表示装置１は、これらのルーフクロスメンバー１８に対して取り付けられる。車載透過表示装置１を使用しないときには、車載透過表示装置１の全体が収納部１９の内部に収容され、乗員からは見えない状態となる。一方、車載透過表示装置１の使用時には、乗員の視界前方にスクリーン２が移動し、視界の広い範囲を覆うように展開される。乗員の視界内でスクリーン２の占める範囲は、図３に示すように、乗員の正面（前方）だけでなく，左側方や右側方までが広くカバーされる範囲とする。

車載透過表示装置１の構造を図４，図５に例示する。車載透過表示装置１には、スクリーン２，スライド機構３，回転機構４，湾曲変形機構５が設けられる。スクリーン２は、可撓性及び光透過性を有する面状に形成され、透過する景色に虚像を重畳して表示する機能を持つ。スクリーン２の具体例としては、発光パネル〔透明有機EL（Electro-Luminescence）パネル，透明無機ELパネル〕や遮光パネル（液晶パネル，調光樹脂パネル，エレクトロクロミックパネル）などが挙げられる。

スライド機構３は、車室内の天井面に沿ってスクリーン２を車両前後方向に駆動するための機構である。スライド機構３は、スクリーン２が天井面にほぼ平行となる姿勢で、スクリーン２を前後方向にスライドさせる機能を持つ。回転機構４は、スクリーン２を回転駆動するための機構である。スクリーン２は、車幅方向に伸びる回転軸を中心に回転駆動される。本実施形態では、スクリーン２の上端辺に沿って車幅方向に延在するシャフト６が回転軸となる。湾曲変形機構５は、スクリーン２を湾曲変形させるための機構である。スクリーン２は、車幅方向の両端部（左右両端部）が乗員に接近する方向に曲げられる。本実施形態の湾曲変形機構５は、上記の回転軸に沿ってスクリーン２の上端辺に取り付けられる。

図４，図７に示すように、シャフト６には蛇状部７と軸状部８とが設けられる。軸状部８は、ベース３０の前端辺に隣接する軸状の部位（中央の部位）である。また、蛇状部７は、軸状部８を除く左右両端の部位であり、屈曲可能に形成された部位である。スクリーン２のうち、上端辺が軸状部８によって支持されている中央部付近は、常に平面状に保たれる部位となる。これに対し、上端辺が蛇状部７によって支持されているスクリーン２の左右両端部は、蛇状部７の屈曲変形に応じて湾曲変形しうる部位となる。なお、スクリーン２の左右両端辺には端部シャフト２０が取り付けられる。

シャフト６の軸状部８は、平板状のベース３０に前端部に固定された一対のサポート３３によって軸支される。ベース３０の左右両端辺には、ローラー３１が回転自在に取り付けられる。それぞれのローラー３１の下方には、車両前後方向に延設されたレール２１が配置される。ローラー３１は、レール２１に沿って車両前後方向に移動可能とされる。また、レール２１のうちローラー３１と干渉しない位置には、レール２１をルーフクロスメンバー１８に取り付けるためのブラケット２２が固定される。左右一対のレール２１の間はレール接続部２３によって接続される。図４，図５中には、一つのレール接続部２３のみを示すが、複数のレール接続部２３を設けてレール２１を梯子状に接続してもよい。

図４中に、ローラー３１及びレール２１の断面構造を例示する。この構造では、レール２１の内側に車両前後方向に延在する空洞が設けられ、その空洞内をローラー３１が滑動するようになっている。つまり、ローラー３１の周囲がレール２１によって囲まれた状態とされる。このような構造により、たとえスクリーン２に無理な荷重が作用したとしても、ローラー３１がレール２１から脱線，脱落することが防止される。

スライド機構３は、スライド用モーター２４，ギヤ２５，２６，ワーム２７，ワームホイール２８，棒ねじ２９，回転受けナット３２を含んで構成される。スライド用モーター２４は、ベース３０を車両前後方向に駆動するための小型電動機である。このスライド用モーター２４は、レール接続部２３の上に固定され、通電時にギヤ２５，２６を介して一対のワーム２７を回転させる機能を持つ。ギヤ２５，２６は、スライド用モーター２４のトルクを増大させるための減速機である。ワーム２７及びワームホイール２８は、ワームギヤとして機能する減速機であり、トルクを増大させつつ回転方向を変換する機能を持つ。

ワームホイール２８は棒ねじ２９に対して同軸で固定されるため、ワーム２７の回転は棒ねじ２９の回転に変換される。このとき、左右一対の棒ねじ２９は、同一速度で回転する。棒ねじ２９の外周面には、回転受けナット３２の内周面と螺合するネジ山が形成される。また、回転受けナット３２は、棒ねじ２９と螺合した状態でベース３０の上面に固定される。スライド用モーター２４を回転させることで一対の棒ねじ２９が回転し、棒ねじ２９に対する回転受けナット３２の相対位置が変化する。これにより、スクリーン２を支持しているベース３０が車両前後方向にスライド移動する。図５は、ベース３０がワームホイール２８から離隔した状態（使用時，スライド時）を示し、図６は、ベース３０がワームホイール２８に近接した状態（収納時）を示す。なお、ベース３０の移動方向を反転させるには、スライド用モーター２４の回転方向を逆転させればよい。

回転機構４は、回転用モーター３４とギヤ３５，３６とを含んで構成される。回転用モーター３４は、スクリーン２を回転駆動するための小型電動機である。回転用モーター３４はベース３０の上に固定され、通電時にギヤ３５，３６を回転させる機能を持つ。ギヤ３５，３６は、回転用モーター３４のトルクを増大させるための減速機である。ギヤ３５の回転軸は回転用モーター３４と同軸とされる。一方、ギヤ３６はシャフト６に固定されており、ギヤ３６の回転軸はシャフト６と同軸配置される。回転用モーター３４を回転させることでスクリーン２が回転し、ベース３０に対するスクリーン２の回転角度（俯仰角度）が変動する。なお、スクリーン２の回転方向を反転させるには、回転用モーター３４回転方向を逆転させればよい。

湾曲変形機構５は、曲げ用モーター３７，ギヤ３８，歯付きベルト３９を含んで構成される。曲げ用モーター３７は、スクリーン２を湾曲変形させるための小型電動機である。曲げ用モーター３７はベース３０の上に固定され、通電時にギヤ３８を回転させて歯付きベルト３９を牽引する（または緩める）機能を持つ。また、歯付きベルト３９の前端部には、蛇状部７の内部に挿通されたワイヤー部材４２の一端が固定される。歯付きベルト３９を牽引することでワイヤー部材４２がベース３０側に引き込まれ、蛇状部７とともにスクリーン２が湾曲変形する。

図８，図９は、蛇状部７の構造を簡略化して示す図である。蛇状部７は、複数のユニット４０，弾性部材４１，ワイヤー部材４２を含んで構成される。ユニット４０は、スクリーン２の上端辺（一端辺）に固定された部材であり、それぞれのユニット４０が隣接するユニット４０に対して互いに揺動可能に連設される。個々のユニット４０には、軸状のピン４６が緩嵌される上連結孔４４及び下連結孔４５が穿孔され、ピン４６を回転軸として揺動可能に設けられる。また、弾性部材４１は隣接するユニット４０間に介装されて、ユニット４０間を弾性的に接続する部材（バネ，ゴムなど）である。

ユニット４０の下面には、スクリーン２を支持するスクリーン支持部４７が設けられる。スクリーン２の上端辺は、スクリーン支持部４７に嵌め込まれて固定される。また、それぞれのユニット４０には、内部にワイヤー部材４２を通すためのワイヤー通路４３が形成される。このワイヤー通路４３は、スクリーン２を湾曲変形させたときに、湾曲の内側となる位置に設けられる。ワイヤー部材４２がベース３０側に引き込まれていない状態では、図１０（Ａ）に示すように、弾性部材４１の復元力によってユニット４０が直線状に配置され、スクリーン２が平面状となる。一方、ワイヤー部材４２がベース３０側に引き込まれると、ワイヤー部材４２の張力によってそれぞれのユニット４０がピン４６を中心として回転方向に移動する。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、ユニット４０が曲線状に配置され、スクリーン２が曲面状に湾曲変形する。

［２．制御構成］
車載透過表示装置１を用いた制御例として、太陽光や他車両のヘッドライト光を遮光する制御について詳述する。この制御は、遮光パネル（液晶パネル，調光樹脂パネル，エレクトロクロミックパネル）で構成されたスクリーン２を用いた場合に実施可能である。車両１０には、図２に示すように、車外の光源位置を把握するための外カメラ１４と、乗員の視点位置を把握するための内カメラ１５とが設けられる。これらの外カメラ１４，内カメラ１５で撮影された映像は、制御装置１１に入力される。

制御装置１１は、スクリーン２の表示内容を制御するための電子制御装置（コンピューター）である。制御装置１１には、プロセッサ（中央処理装置），メモリ（メインメモリ），記憶装置（ストレージ），インタフェース装置などが内蔵され、内部バスを介して互いに接続される。また、制御装置１１には、特定部１２と表示部１３とが設けられる。これらの要素は、制御装置１１の機能を便宜的に分類して示したものであり、個々の要素を独立したプログラムとして記述してもよいし、これらの機能を兼ね備えた複合プログラムとして記述してもよい。

特定部１２は、スクリーン２に対する乗員の視点位置と、スクリーン２に対する光源位置とを特定するものである。乗員の視点位置は、内カメラ１５の撮影画像から乗員の顔や虹彩，角膜反射などを認識することで特定可能である。また、光源位置は、外カメラ１４の撮影画像の中で、著しく輝度の高い部位（白飛びしている部位）に基づいて特定することが可能である。なお、太陽の位置に関しては、季節，時間，車両１０の位置，向きなどに基づいて特定することも可能である。ここで特定された視点位置及び光源位置に関する情報は、表示部１３に伝達される。

表示部１３は、少なくとも乗員から見てスクリーン２上の光源位置に対応する箇所に、遮光用の虚像を表示するものである。ここでいう虚像とは、例えば網目パターンやハッチングパターンなどの模様であってもよいし、スクリーン２を透過する実際の光量を減少させるための減光画像（黒い矩形の模様）であってもよい。例えば、対向車のヘッドライトが検知された場合には、図１中に示すように、そのヘッドライトの周囲が暗くなるように（すなわち、乗員の目に届くヘッドライトの光が遮光されるように）、虚像が重畳表示される。

［３．作用，効果］
（１）上記の車載透過表示装置１には、スクリーン２の位置や形状を変更するための三つの機構（スライド機構３，回転機構４，湾曲変形機構５）が設けられる。これにより、状況に応じてスクリーン２を収納することや、乗員の視界を覆うように配置することが容易となる。また、スクリーン２の車幅方向の両端部を乗員に接近するように湾曲変形させることで、視界の被覆範囲を拡大することができ、利便性を向上させることができる。例えば、スクリーン２に重畳表示される虚像の実像感や臨場感，没入感を高めることができ、VR・AR・MRなどの表示技術に対する適合性を改善することができる。したがって、簡素な構成で乗員の視界を広範囲に被覆でき、利便性を向上させることができる。

（２）上記の車載透過表示装置１では、図８～図１０に示すように、弾性部材４１を挟んで複数のユニット４０を連設し、それらのユニット４０に挿通されたワイヤー部材４２を牽引することで湾曲変形を実現している。このような構造により、スクリーン２を容易に湾曲変形させることができ、確実に乗員の視界を覆うようにスクリーン２を配置することができる。

（３）上記の車載透過表示装置１では、図２，図３に示すように、乗員の視界内がスクリーン２によって広範囲にカバーされる。したがって、図２に示すような制御装置１１による遮光制御を実施した場合には、太陽の日差しだけでなく他車両のヘッドライトに対する防眩効果を向上させることができ、利便性をさらに向上させることができる。

（４）上記の車載透過表示装置１は、図２に示すように、ヘッドライニング１６とルーフパネル１７との間に形成された収納部１９に収納することができる。一方、使用時にはスクリーン２を車両前後方向にスライド移動させてから回転，湾曲変形させることで、乗員の前方及び左右側方を覆うようにスクリーン２を展開することができる。したがって、利便性を向上させつつ車室内の美観を向上させることができる。

１ 車載透過表示装置
２ スクリーン
３ スライド機構
４ 回転機構
５ 湾曲変形機構
７ 蛇状部
１０ 車両
１１ 制御装置
１２ 特定部
１３ 表示部
１４ 外カメラ
１５ 内カメラ
１６ ヘッドライニング
１７ ルーフパネル
１８ ルーフクロスメンバー
１９ 収納部
２４ スライド用モーター
３４ 回転用モーター
３７ 曲げ用モーター
４０ ユニット
４１ 弾性部材
４２ ワイヤー部材

Claims (4)

1. 車両の車室内に設けられる車載透過表示装置であって、
   可撓性及び光透過性を有する面状に形成され、透過する景色に虚像を重畳して表示するスクリーンと、
   前記車室内の天井面に沿って前記スクリーンを車両前後方向に駆動するスライド機構と、
   車幅方向に伸びる回転軸を中心に前記スクリーンを回転駆動する回転機構と、
   前記回転軸に沿って前記スクリーンの一端辺に取り付けられ、前記車幅方向の両端部が乗員に接近する方向に前記スクリーンを湾曲変形させる湾曲変形機構と、
   を備えることを特徴とする、車載透過表示装置。
2. 前記湾曲変形機構が、
   前記スクリーンの一端辺に固定され、互いに揺動可能に連設された複数のユニットと、
   隣接する前記ユニットの間に介装された弾性部材と、
   前記車幅方向の両端部に位置する前記ユニットを前記スクリーンの中央側に向かって牽引するワイヤー部材と、を有する
   ことを特徴とする、請求項１記載の車載透過表示装置。
3. 前記スクリーンが遮光パネルであって、
   前記スクリーンに対する前記乗員の視点位置及び光源位置を特定する特定部と、
   少なくとも前記乗員から見て前記スクリーン上の前記光源位置に対応する箇所に遮光用の虚像を表示する表示部と、を備える
   ことを特徴とする、請求項１または２記載の車載透過表示装置。
4. 前記車室内の天井面をなすヘッドライニングとその上方を覆うルーフパネルとの間に形成された収納部を備える
   ことを特徴とする、請求項１～３の何れか１項に記載の車載透過表示装置。

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