JP7143264B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、ホログラムを用いた表示装置がある。特許文献１には、表示すべき情報を光として発生する情報表示源と、車両の風防ガラスの周縁部に設けられた暗色陰蔽部分に配されていて光を観察者に向けて回折し虚像として表示するホログラムを有するコンバイナとを備えた車両用ホログラフィック表示装置が開示されている。

特開平１１－９１４０１号公報

ホログラムがウインドシールドの内部に配置される場合、ウインドシールドの表面による表示光の反射を考慮する必要がある。反射光をアイレンジとは別の方向へ向かわせることができれば、表示像の視認性を向上させることができる。

本発明の目的は、表示像の視認性を向上させることができる車両用表示装置を提供することである。

本発明の車両用表示装置は、車両のウインドシールドの内部に配置されている反射型のホログラムと、前記ホログラムに向けて表示光を投射する投射装置と、を備え、前記ホログラムは、前記投射装置から投射された前記表示光を前記車両のアイレンジに向かう回折光として出力し、前記投射装置は、前記ウインドシールドによって反射される前記表示光が車幅方向において前記アイレンジとは異なる方向へ向かうように配置されていることを特徴とする。

本発明に係る車両用表示装置において、投射装置は、ウインドシールドによって反射される表示光が車幅方向においてアイレンジとは異なる方向へ向かうように配置されている。本発明に係る車両用表示装置によれば、ウインドシールドによって反射された光がアイレンジに向かわないため、表示像の視認性を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。 図２は、実施形態に係る車両用表示装置の配置を示す平面図である。 図３は、実施形態の車両用表示装置による表示像を示す平面図である。 図４は、実施形態のホログラムによる光の回折を説明する断面図である。 図５は、実施形態のホログラムによる光の回折を説明する他の断面図である。 図６は、ウインドシールドによって反射される反射光の光路を示す平面図である。 図７は、ウインドシールドによって反射される反射光を説明する断面図である。 図８は、実施形態に係る投射装置の構成を示す図である。 図９は、投射装置と他の部品との干渉を回避する方法を説明する図である。

以下に、本発明の実施形態に係る車両用表示装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図９を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用表示装置に関する。図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図、図２は、実施形態に係る車両用表示装置の配置を示す平面図、図３は、実施形態の車両用表示装置による表示像を示す平面図、図４は、実施形態のホログラムによる光の回折を説明する断面図、図５は、実施形態のホログラムによる光の回折を説明する他の断面図、図６は、ウインドシールドによって反射される反射光の光路を示す平面図、図７は、ウインドシールドによって反射される反射光を説明する断面図、図８は、実施形態に係る投射装置の構成を示す図、図９は、投射装置と他の部品との干渉を回避する方法を説明する図である。

図１および図２に示すように、本実施形態の車両用表示装置１は、自動車等の車両１００に搭載される。車両用表示装置１は、ホログラム２と、投射装置３と、を有する。ホログラム２は、車両１００のウインドシールド１０１の内部に配置されている。ウインドシールド１０１は、合わせガラスであり、内側ガラス１１、外側ガラス１２、および中間膜１３を有する。中間膜１３およびホログラム２は、内側ガラス１１と外側ガラス１２との間に封止されている。中間膜１３は、ポリマー等の合成樹脂によって形成されている。ホログラム２は、例えば、中間膜１３と一体に形成されていてもよく、中間膜１３に挿入されていてもよい。

ホログラム２は、所望の回折特性を有するように加工された透明な膜である。本実施形態のホログラム２は、反射型のホログラムである。ホログラム２は、第一面２１および第二面２２を有する。ホログラム２は、第一面２１に入射する光を回折させ、回折光を第一面２１から出射する。以下に説明するように、本実施形態のホログラム２は、車両上下方向Ｈおよび車幅方向Ｗのそれぞれにおいて回折光の出射方向を制御する。

図４には、車両上下方向Ｈにおけるホログラム２の回折特性が示されている。図４には、車幅方向Ｗから見た場合の入射角および出射角が示されている。ホログラム２は、第一面２１に第一の角度θ１で光が入射すると、第一面２１から回折光３０を出力する。ホログラム２は、車幅方向Ｗから見た場合の回折光３０の出射角が第二の角度θ２となるように作られている。第二の角度θ２は、回折光３０がアイレンジＥＲへ向かうように定められている。アイレンジＥＲは、車両１００における運転者の目の位置として想定された領域である。

本実施形態のホログラム２では、高さ方向Ｈに沿った位置に応じて第一の角度θ１および第二の角度θ２が異なっている。ホログラム２は、後述するように、アイレンジＥＲに向けて回折光３０を集光するように作られている。ホログラム２は、車幅方向Ｗから見た場合の第一面２１に対する光の入射角が第一の角度θ１と異なる場合、その光を透過させる。つまり、ホログラム２は、第一の角度θ１で入射する光を選択的にアイレンジＥＲに向けて反射する。また、ホログラム２は、第二面２２に入射する光をアイレンジＥＲ側に向けて透過させる。

図５には、車幅方向Ｗにおけるホログラム２の回折特性が示されている。図５には、車両上下方向Ｈから見た場合の入射角および出射角が示されている。ホログラム２は、第一面２１に第三の角度θ３で光が入射すると、第一面２１から回折光３０を出力する。ホログラム２は、車両上下方向Ｈから見た場合の回折光３０の出射角が第四の角度θ４となるように作られている。第四の角度θ４は、回折光３０がアイレンジＥＲへ向かうように定められている。第四の角度θ４は、例えば、第三の角度θ３よりも小さい。ホログラム２は、車両前後方向Ｌに沿って進む回折光３０を出力するように構成されている。

本実施形態のホログラム２では、車幅方向Ｗに沿った位置に応じて第三の角度θ３および第四の角度θ４が異なっている。ホログラム２は、第一面２１に対する光の入射角が第三の角度θ３と異なる場合、その光を透過させる。つまり、ホログラム２は、車両上下方向Ｈから見た場合の第一面２１に対する光の入射角が第三の角度θ３と異なる場合、その光を透過させる。つまり、ホログラム２は、第三の角度θ３で入射する光を選択的にアイレンジＥＲ向けて反射する。

このように、本実施形態のホログラム２は、車幅方向Ｗから見た入射角が第一の角度θ１で、かつ車両上下方向Ｈから見た入射角が第三の角度θ３である光が入射すると、回折光３０を出力する。回折光３０は、車幅方向Ｗから見た出射角が第二の角度θ２であり、かつ車両上下方向Ｈから見た出射角が第四の角度θ４の光である。

図１に示すように、投射装置３は、筐体７、画像表示装置４、規制部５、ミラー６、およびカバー８を有する。筐体７は、例えば、車両１００のダッシュボードの内部に配置される。筐体７は、開口部７ａを有しており、開口部７ａを上方に向けて車両１００に固定されている。ダッシュボードには、図２に示すように、開口１０２が設けられている。筐体７は、開口部７ａを開口１０２と対向させて配置される。画像表示装置４、規制部５、およびミラー６は、筐体７の内部に収容されている。カバー８は、筐体７の開口部７ａを閉塞している。カバー８は、透明な部材であり、表示光１０を透過させる。

画像表示装置４は、表示光を出力する装置である。本実施形態の画像表示装置４は、レーザスキャナである。規制部５は、表示光１０の拡散角度を規制する光学系の部材である。ミラー６は、画像表示装置４から規制部５を介して出力される表示光１０をホログラム２に向けて反射する反射装置である。本実施形態のミラー６は、拡大ミラーである。ミラー６の反射面の形状は、自由曲面であり、表示光１０を拡大してホログラム２に向けて反射する。つまり、投射装置３は、拡散角度が規制された表示光１０をホログラム２の第一面２１に向けて投射する。

図２に示すように、本実施形態の投射装置３は、ホログラム２よりも車幅方向Ｗにおける車両中央ＣＬ側に位置している。従って、図３に示すように、投射装置３から投射される表示光１０の進む方向は、車幅方向Ｗに沿って車両中央ＣＬから遠ざかる方向である。

ホログラム２は、図１および図３に示すように、ミラー６から入射する表示光１０をアイレンジＥＲに向かう回折光３０として出力する。ユーザがアイレンジＥＲからホログラム２を見た場合、回折光３０によって表示像３１が視認される。表示像３１は、回折光３０によってユーザが視認する虚像である。表示像３１は、ユーザから見てホログラム２よりも車両前後方向Ｌの前方において結像する。

本実施形態のホログラム２は、回折光３０をアイレンジＥＲに集光させる回折特性を有している。例えば、図１に示すように、アイレンジＥＲに向かう回折光３０の幅ＷＬは、ホログラム２からアイレンジＥＲへ向かうに従って狭くなる。幅ＷＬは、車両上下方向Ｈにおける回折光３０の幅である。なお、ホログラム２は、車幅方向Ｗにおける回折光３０の幅もアイレンジＥＲへ向かうに従って狭くするように構成されてもよい。本実施形態のホログラム２は、表示像３１を拡大させてユーザに視認させることができる。

また、本実施形態の車両用表示装置１は、以下に説明するように、ウインドシールド１０１による反射光がアイレンジＥＲとは異なる方向へ向かうように構成されている。図６および図７には、アイレンジＥＲ内の一つのアイポイントＥＰが示されている。図６および図７において、回折光３０ｐは、ホログラム２からアイポイントＥＰへ向けて出力される回折光３０である。また、表示光１０ｐは、回折光３０ｐに対応する表示光１０である。すなわち、図７に示すように、表示光１０ｐがホログラム２に入射すると、回折光３０ｐとして出力される。

図７に示すように、表示光１０ｐの一部は、ウインドシールド１０１における車室側の面１０１ａによって反射されて反射光４０となる。本実施形態の投射装置３は、反射光４０が車幅方向ＷにおいてアイポイントＥＰとは異なる方向へ向かうように配置されている。言い換えると、投射装置３は、反射光４０をアイポイントＥＰから逸らすような入射角で表示光１０ｐをウインドシールド１０１に入射させる。反射光４０がアイポイントＥＰからずれた位置を通過することで、反射光４０によるゴーストの発生が抑制される。投射装置３は、アイレンジＥＲ内の全てのアイポイントＥＰに関して、反射光４０がアイポイントＥＰとは異なる領域を通過するように配置されている。

つまり、本実施形態の投射装置３は、ウインドシールド１０１によって反射される表示光１０が車幅方向ＷにおいてアイレンジＥＲとは異なる方向へ向かうように配置されている。従って、本実施形態の車両用表示装置１によれば、表示像３１の視認性が向上する。

また、本実施形態の規制部５は、以下に説明するように、反射光４０がアイレンジＥＲへ向かわないように、表示光１０の拡散角度を規制する。図８に示すように、画像表示装置４から出力される光は、フィールドレンズ９を介して規制部５に入射する。画像表示装置４は、レーザ光を出射する光源４１と、レーザ光を反射する可動式のミラー４２と、を有する。画像表示装置４は、ミラー４２を振動させることにより、レーザ光を画像横方向Ｘおよび画像縦方向Ｙに走査させる。画像横方向Ｘは、アイレンジＥＲから表示像３１を見た場合の横方向であり、画像縦方向Ｙは、アイレンジＥＲから表示像３１を見た場合の縦方向である。図８における画像縦方向Ｙは、紙面と直交する方向である。画像表示装置４から出力される表示光１０ａは、フィールドレンズ９に入射する。

フィールドレンズ９は、光の進行方向を揃えるレンズである。フィールドレンズ９は、画像表示装置４から入射した表示光１０ａを実質的な平行光に揃えて規制部５に向けて出力する。本実施形態の規制部５は、複数のレンズを有するマイクロレンズアレイである。複数のレンズは、フィールドレンズ９から入射する表示光１０を拡散させる。規制部５によって拡散された表示光１０は、ミラー６によってホログラム２に向けて反射される。本実施形態の規制部５は、スクリーンであり、アイレンジＥＲ内のどの位置からも表示像３１が視認できるように表示光１０を拡散させる。

拡散角の上限角度γは、反射光４０がアイレンジＥＲへ向かわないように定められる。上限角度γが大きくなると、反射光４０の拡散角度β（図６参照）が大きくなる。規制部５における上限角度γは、反射光４０がアイレンジＥＲへ向かわないように、表示光１０の拡散角度を規制する。なお、上限角度γの値は、画像横方向Ｘの位置に応じて異なっていてもよい。

車両１００において投射装置３を配置するためのまとまったスペースが確保できない場合、投射装置３は、図９を参照して説明するように構成されてもよい。図９には、車両後方から見た投射装置３が示されている。車幅方向Ｗにおける筐体７の位置を調整する場合に、他の部品の配置スペース１０３を避ける必要がある。この場合、投射装置３に第二ミラー１５が設けられてもよい。ミラー６は、画像表示装置４から出力される表示光１０を車幅方向Ｗに向けて反射する。第二ミラー１５は、ミラー６によって反射された表示光１０の光路上に配置される。第二ミラー１５は、表示光１０をホログラム２に向けて反射する。第二ミラー１５は、例えば、平面ミラーである。このような構成により、ホログラム２およびウインドシールド１０１に対する表示光１０の入射角を所望の角度に設定することが容易となる。

以上説明したように、本実施形態の車両用表示装置１は、反射型のホログラム２と、投射装置３と、を有する。ホログラム２は、車両１００のウインドシールド１０１の内部に配置されている。投射装置３は、ホログラム２に向けて表示光１０を投射する。ホログラム２は、投射装置３から投射された表示光１０を車両１００のアイレンジＥＲに向かう回折光３０として出力する。

投射装置３は、ウインドシールド１０１によって反射される表示光１０が車幅方向ＷにおいてアイレンジＥＲとは異なる方向へ向かうように配置されている。投射装置３は、例えば、ウインドシールド１０１に対する表示光１０の入射角がアイレンジＥＲへ向けて反射されないような大きな角度となるように配置される。本実施形態の車両用表示装置１は、反射光４０がアイレンジＥＲへ向かうことを抑制し、表示像３１の視認性を向上させることができる。

本実施形態のホログラム２は、車両上下方向Ｈから見た場合に、ホログラム２に対する表示光１０の入射角よりもホログラム２から出力される回折光３０の出射角を小さくする特性を有する。図５を参照して説明したように、ホログラム２は、第三の角度θ３よりも第四の角度θ４が小さくなるように構成されている。このような回折特性により、ホログラム２は回折光３０をアイレンジＥＲへ向かわせることができる。

本実施形態の投射装置３は、ホログラム２よりも車幅方向Ｗにおける車両中央ＣＬ側に位置している。従って、投射装置３によって投射される表示光１０が進む方向は、車幅方向Ｗに沿って車両中央ＣＬから遠ざかる方向である。これにより、ウインドシールド１０１で反射された反射光４０は、車幅方向Ｗに沿って車両中央ＣＬから遠ざかる方向へ進む。反射光４０が車両１００の側方へ向けて進むことで、反射光４０が車両１００の搭乗者から視認されにくい。

［実施形態の変形例］
投射装置３の配置は、上記実施形態で例示された配置には限定されない。例えば、投射装置３の位置は、ホログラム２よりも車両中央ＣＬから遠い位置であってもよい。この場合、投射装置３によって投射される表示光１０が進む方向は、車幅方向Ｗに沿って車両中央ＣＬに近づく方向となる。投射装置３は、ウインドシールド１０１によって反射される表示光１０が車幅方向ＷにおいてアイレンジＥＲとは異なる方向へ向かうように配置される。

上記実施形態の投射装置３において、規制部５は、表示光１０の拡散角度を上限角度γ以下に規制する機能を有していなくてもよい。例えば、反射光４０をアイレンジＥＲとは異なる方向へ向かわせるために、規制部５による表示光１０の拡散角度の規制が不要であるとする。この場合、規制部５は、表示光１０の拡散角度を上限角度γ以下に規制しなくてもよい。

画像表示装置４は、レーザスキャナには限定されない。例えば、画像表示装置４は、ＴＦＴ－ＬＣＤ（Thin Film Transistor－Liquid Crystal Display）等によって表示光１０を生成する液晶表示装置であってもよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 車両用表示装置
２ ホログラム
３ 投射装置
４ 画像表示装置
５ 規制部
６ ミラー
７ 筐体
７ａ 開口部
８ カバー
９ フィールドレンズ
１０ 表示光
１１ 内側ガラス
１２ 外側ガラス
１３ 中間膜
２１ 第一面
２２ 第二面
３０ 回折光
３１ 表示像
４０ 反射光
４１ 光源
４２ ミラー
１００ 車両
１０１ ウインドシールド
１０２ 開口
ＥＲ アイレンジ
ＥＰ アイポイント
Ｈ 車両上下方向
Ｗ 車幅方向
Ｌ 車両前後方向
ＷＬ 回折光の幅
Ｘ 画像横方向
Ｙ 画像縦方向
β 拡散角度
γ 上限角度
θ１：第一の角度、 θ２：第二の角度、 θ３：第三の角度θ３、
θ４：第四の角度

Claims (3)

1. 車両のウインドシールドの内部に配置されている反射型のホログラムと、
   前記ホログラムに向けて表示光を投射する投射装置と、
   を備え、
   前記ホログラムは、前記投射装置から投射された前記表示光を前記車両のアイレンジに向かう回折光として出力し、
   前記投射装置は、前記表示光を出力する画像表示装置と、前記画像表示装置から出力される前記表示光を車幅方向に向けて反射する第一ミラーと、前記第一ミラーによって反射された前記表示光を前記ホログラムに向けて反射する第二ミラーと、を有し、
   前記投射装置は、車幅方向に沿って車両中央から遠ざかる方向に向けて前記表示光を投射し、
   前記投射装置によって前記ホログラムに向けて投射される前記表示光の一部は、前記ウインドシールドの車室側の面において反射されて反射光となり、かつ前記ホログラムに向けて投射される前記表示光の残りの一部は、前記車室側の面によって反射されることなく前記ホログラムに入射して前記回折光として出力され、
   前記投射装置は、前記反射光が車幅方向において前記アイレンジとは異なる方向へ向かうように、かつ前記アイレンジ内の全てのアイポイントに関して、前記反射光がアイポイントとは異なる領域を通過するように配置されている
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記ホログラムは、車両上下方向から見た場合に、前記ホログラムに対する前記表示光の入射角よりも前記ホログラムから出力される前記回折光の出射角を小さくする特性を有する
   請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記投射装置は、前記ホログラムよりも車幅方向における車両中央側に位置している
   請求項１または２に記載の車両用表示装置。

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