JP7186964B2 - 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。

入射された光を入射方向へと反射する再帰反射部材と、入射された光の一部を反射し一部を透過する光分岐部材とを用いて、光源の像を空中に結像させる表示装置が知られている。この表示装置では、光源からの光の一部を光分岐部材で反射させて再帰反射部材へと出射する。再帰反射部材で再帰反射された光の一部は、光分岐部材を透過して、光源の像を空中に結像する。以下、空中に結像される光源の像を空中像という。

特開２０１２－２４７４５８号公報

ところで、表示装置に外部からの光（外光という）が入射された際に、表示装置を構成する部材による反射や屈折によって外光が収束されてしまう場合がある。特に、外光として太陽光が入射されると、外光が収束している部分が高温となり、表示装置を構成する部材やその周辺の部材に損傷を与えてしまうおそれがあった。

特許文献１では、半透過性プレートを用いて外光を弱める点が記載されているが、半透過性プレート自体が高温になってしまうおそれがあった。また、半透過性プレートを用いた場合、空中像を形成する光が半透過性プレートを透過することになり、空中像の輝度が低下してしまうおそれがあった。

本発明の目的は、空中像の輝度を向上でき、かつ、外光による熱の影響を抑制可能な車両用表示装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［６］の車両用表示装置を提供する。

［１］光源と、前記光源よりも下方に配置され、入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成され、前記再帰反射部材で再帰反射され前記空中像を結像する光の光路よりも前記光源側で、かつ、前記光分岐部材よりも前記空中像側に設けられ、上方から入射される外光の少なくとも一部を遮るように設けられた第２再帰反射部材を備え、前記第２再帰反射部材は、前記光分岐部材側に、入射された光を再帰反射する再帰反射面を有する、車両用表示装置。

［２］前記光源は、前記第２再帰反射部材の前記再帰反射面で再帰反射され前記光源まで戻った戻り光を拡散させ、再度前記光分岐部材へと出射させることが可能な拡散体を有する、［１］に記載の車両用表示装置。

［３］前記第２再帰反射部材は、外光の入射側に、入射される外光を遮光可能な遮光層を有する、［１］または［２］に記載の車両用表示装置。

［４］前記光源からの光を反射して前記光分岐部材に入射する反射部材を備え、
前記第２再帰反射部材は、上方から前記反射部材に入射される外光を遮るように設けられる、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の車両用表示装置。

［５］前記反射部材が、反射面が凹状の球面に形成された凹面鏡からなり、前記第２再帰反射部材は、前記凹面鏡で反射され前記凹面鏡の焦点へと向かう光を遮るように、前記焦点よりも前記凹面鏡側に配置されている、［４］に記載の車両用表示装置。

［６］車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、［１］乃至［５］の何れか１項に記載の車両用表示装置。

本発明によれば、空中像の輝度を向上でき、かつ、外光による熱の影響を抑制可能な車両用表示装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。 図２（ａ）は、図１の車両用表示装置を車両に取り付けた際の概略構成図、図２（ｂ）は、車体外部への空中像の表示の一例を示す図である。 図３（ａ）は、反射部材を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、反射部材の一変形例を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、本発明の一変形例に係る車両用表示装置の概略構成図である。 図４（ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係る車両用表示装置の概略構成図である。 図５は、本発明の一変形例に係る車両用表示装置の概略構成図である。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

（車両用表示装置の全体構成）
図１は、本実施の形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。図１に示すように、車両用表示装置１は、光源２と、再帰反射部材（レトロリフレクター）３と、光分岐部材（ビームスプリッター）４と、反射部材５と、第２再帰反射部材９と、を備えている。

光源２としては、例えば、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を配列した板状の表示器等を用いることができる。また、光源２としては、例えば、１つ以上のＬＥＤと、ＬＥＤからの光を拡散する拡散体と、を有するものを用いることもできる。さらに、光源２としては、液晶ディスプレイ等のディスプレイ（表示器）を用いることもできる。

本実施の形態では、光源２として、拡散体を有するものを用いる。拡散体は、例えば、各ＬＥＤにおいてチップを封止する封止樹脂であってもよいし、ＬＥＤと別体に、ＬＥＤから出射される光を拡散する導光体を設けてもよい。この拡散体は、後述する第２再帰反射部材９の再帰反射面９ａで再帰反射され光源２まで戻った戻り光を拡散させ、ＬＥＤに照射される光を弱めることで、ＬＥＤの損傷を防止し、さらに、その光の一部を再度光分岐部材４へと出射させることで、光の利用効率を高める役割を果たす。

再帰反射部材３は、入射された光を入射方向へと反射する再帰反射を行う部材である。再帰反射部材３としては、シート状に形成された再帰反射シートを用いることができる。再帰反射部材３としては、通常一般に用いられている構造のもの、例えば、ガラスビーズを用いたものやプリズムを用いたものを用いることができる。本実施の形態では、再帰反射部材３は、光源２よりも下方に配置されている。

光分岐部材４は、板状に形成されており、入射された光の一部を反射し、一部を透過するものである。光分岐部材４としては、ハーフミラーを用いることができる。なお、光分岐部材４は、ハーフミラーに限らず、アクリルやガラスからなる板状部材、パンチングメタル等の開口列を有する板、ワイヤーグリッドフィルム、反射型偏光フィルム、その他、一般にビームスプリッターと呼称されるものを用いることができる。

光分岐部材４は、光源２からの光の少なくとも一部を反射して再帰反射部材３へと出射すると共に、再帰反射部材３で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する。これにより、再帰反射部材３で再帰反射され光分岐部材４を透過した光が、光源２の像を空中に結像する。以下、空中に結像される光源２の像を空中像６と呼称する。また、光分岐部材４から空中像６までの距離を、空中像６の飛び出し量という。

（反射部材５）
本実施の形態に係る車両用表示装置１では、光源２からの光を反射部材５で反射して光分岐部材４に入射するように構成されている。光源２からの光は、反射部材５で反射された後に、光分岐部材４に入射され、入射された光の一部が再帰反射部材３へと反射されることになる。

このように構成することで、反射部材５によって、光源２の虚像７が形成されることになり、この光源２の虚像７が、空中像６として空中に結像されることになる。すなわち、本実施の形態では、空中像６は、光分岐部材４に対して光源２の虚像７と対称な位置に結像される。その結果、光分岐部材４に対して光源２や反射部材５を大きく離間させずとも、光分岐部材４から比較的離れた位置に空中像６を結像することが可能になり、空中像６の飛び出し量を大きくしつつも車両用表示装置１の薄型化が可能になる。

反射部材５としては、光のロスを避けるためになるべく反射率が高いものを用いることが望ましく、光源２からの光の反射率が８０％以上、より好ましくは９０％以上のものを用いることが望ましい。

本実施の形態では、反射部材５として、反射面５ａが凹状の球面に形成された凹面鏡５１を用いた。これにより、凹面鏡５１の焦点距離よりも近い位置に光源２を配置することで、光源２の虚像７をより光分岐部材４から離れた位置に形成して、空中像６の飛び出し量をより大きくすることができる。本実施の形態では、凹面鏡５１の薄型化を図るため、凹面鏡５１を反射型のフレネルレンズで構成している。

また、反射部材５として凹面鏡５１を用いることで、光源２の虚像７（すなわち空中像６）は光源２のサイズよりも拡大されることになるため、光源２のサイズが小さくても大きい空中像６を結像することが可能になる。よって、光源２のサイズを小さくすることができ、コンパクトでより小さいスペースに搭載可能な車両用表示装置１が実現可能になる。

また、光分岐部材４と、反射部材５（光軸５１１と直交する面）とは、非平行である。反射部材５と光分岐部材４との間隔は、光源２側で狭く、再帰反射部材３側で広くすることが好ましい。これにより、より多くの光を光分岐部材４へ向けて反射でき、空中像６をより明るくすることができる。

（第２再帰反射部材９）
第２再帰反射部材９は、太陽光等の上方から入射される外光を遮る役割と、下方（光分岐部材４側）から入射された光を再帰反射して光源２に戻し、光の利用効率を高める役割と、凹面鏡５１で反射された光が焦点に収束され高温となってしまうことを抑制する役割と、を兼ねた部材である。第２再帰反射部材９は、再帰反射部材３で再帰反射され空中像６を結像する光の光路よりも光源２側（図示左上側）で、かつ、光分岐部材４よりも空中像５側（図示右上側）に設けられ、上方から入射される外光の少なくとも一部を遮るように設けられる。

第２再帰反射部材９としては、上述の再帰反射部材３と同様に、シート状に形成された再帰反射シートを用いることができる。第２再帰反射部材９としては、例えば、ガラスビーズを用いたものやプリズムを用いたものを用いることができる。

第２再帰反射部材９は、光分岐部材４側に、入射された光を再帰反射する再帰反射面９ａを有している。これにより、光分岐部材４側から入射された光源２からの光を再帰反射して光源２に戻し、拡散体で拡散させて再度光分岐部材４へと出射させることが可能になり、光の利用効率が向上して空中像６の高輝度化に寄与する。

また、第２再帰反射部材９は、太陽光等の外光の入射側（再帰反射面９ａの裏側）に、入射される外光を遮光可能な遮光層９ｂを有している。詳細は後述するが、本実施の形態に係る車両用表示装置１は車両１０のバックドア１２に設けられるため、太陽光等を車両後方に反射してしまわないように、遮光層９ｂとしてはなるべく反射率の低いものを用いることが望ましい。遮光層９ｂは、例えば黒色の樹脂層などで構成することができる。

本実施の形態では、反射部材５としての凹面鏡５１が備えられているため、凹面鏡５１に太陽光が入射してしまうと、太陽光が集光されて凹面鏡５１の焦点が高温となってしまうおそれがある。これを抑制するため、第２再帰反射部材９は、上方から反射部材５（凹面鏡５１）に入射される外光を遮るように設けられることが望ましい。

また、第２再帰反射部材９で覆われていない部分から入射された外光が凹面鏡５１の焦点に集光されてしまうことを抑制するため、第２再帰反射部材９は、凹面鏡５１で反射され凹面鏡５１の焦点へと向かう光を遮るように、焦点よりも凹面鏡５１側に配置されていることが望ましい。これにより、凹面鏡５１の焦点へ向かう光を第２再帰反射部材９の反射面により凹面鏡５１へ反射して戻すことができる。また、凹面鏡５１に入射された光が凹面鏡５１の焦点に集光されてしまうことが抑制され、外光の収束による温度上昇を抑制することが可能になる。

より多くの外光を遮光し、かつ、光の利用効率を高めるという観点から、なるべく広い範囲が第２再帰反射部材９で覆われていることが望ましいといえる。つまり、第２再帰反射部材９は、空中像６に影響が出ない範囲（空中像６を結像する光の光路よりも光源２側の領域）において、できるだけ広い範囲を覆っていることが望ましい。つまり、空中像６を結像する光の光路よりも光源２側の領域において、光源２や光分岐部材４の背面全体を覆うように構成されていることが最も望ましいといえる。

（車両への適用）
図２（ａ）は、図１の車両用表示装置１を車両に取り付けた際の概略構成図であり、図２（ｂ）は、車体外部への空中像６の表示の一例を示す図である。図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、車両用表示装置１は、車両１０の車体１１に取り付けられ、車体１１の外部へと空中像６が結像するように構成されている。本実施の形態では、車両用表示装置１は、車両１０のバックドア（リアハッチ）１２に設けられ、バックドア１２の後方に空中像６を結像するように構成されている。

車両用表示装置１では、凹面鏡５１は、バックドア１２の外側の板金１２１の外表面に設けられており、その光軸５１１が車両１０の後方かつ上方（斜め上方向）となるように設けられている。凹面鏡５１と対向するように、光源２と光分岐部材４とが設けられている。ここでは、光源２と光分岐部材４とが略同一面上に設けられている場合を示しているが、これに限定されず、光源２の背面を覆うように光分岐部材４を延長し、光分岐部材４よりも凹面鏡５１側に光源２を配置してもよい。

光源２は、凹面鏡５１の光軸５１１よりも鉛直方向下側に配置されている。すなわち、凹面鏡５１の光軸５１１を外して、光軸５１１よりも反射面５１ａ側に光源２が配置されている。再帰反射部材３は、凹面鏡５１よりも鉛直方向下側に配置されている。なお、光軸５１１よりも上側に光源２を配置した場合、光が上方に戻ってしまい機能しなくなってしまう（再帰反射部材３側へと光が出射されなくなってしまう）。再帰反射部材３は、光分岐部材４よりも水平方向に対する傾斜角度が小さくなるように配置されている。

光分岐部材４の後方は、樹脂製のカバー８で覆われている。カバー８のうち、再帰反射部材３から光分岐部材４を介して空中像６へと至る光が通る部分は、少なくとも、当該光の一部を透過する部材で構成される。第２再帰反射部材９は、カバー８の内周面に貼付され固定されている。本実施の形態では、カバー８は、図示しないナンバープレートを照明するナンバー灯１３を覆う役割も兼ねている。再帰反射部材３は、ナンバー灯１３からの光を遮るために、板金１２１とカバー８との間を塞ぐように設けられている。なお、再帰反射部材３は、その表面（図示上側の面）が再帰反射をするように構成されており、その背面（図示下側の面）は、ナンバー灯１３からの光を遮光可能な部材（例えば黒色の樹脂層など）で構成されている。なお、図２（ａ）中の符号１２２は、バックドア１２の内層トリムを表している。

本実施の形態では、空中像６を結像する光は湾曲したカバー８を透過するため、カバー８の影響で空中像６が歪むおそれがある。そこで、カバー８の影響による空中像６の歪みを補正するカバー歪み補正手段をさらに備えてもよい。カバー歪み補正手段としては、例えば、凹面鏡５１と光源２との間にカバー８による歪みを補正可能な部材（カバー８と同じ材質で逆形状のもの等）を配置すること、あるいは、カバー８の影響で歪むことによって意図する空中像６が得られるように、もとの光源２の像自体を変更すること等が上げられる。

図２（ｂ）に示すように、空中像６のカバー８からの距離ｄ（車体１１からの飛び出し量）は、空中像６に触れようとした場合でも車体１１にはあたらないように、少なくとも７５ｍｍ以上とすることが望ましい。本実施の形態では、距離ｄが７５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下となるよう車両用表示装置１を構成した。空中像６のカバー８からの距離ｄは、凹面鏡５１と光源２との距離、凹面鏡５１の反射面５ａの曲率、あるいは、凹面鏡５１と光分岐部材４との距離等により適宜調整可能である。また、本実施の形態では、地上から１３８０ｍｍ以上１７８０ｍｍ以下の高さＨで、かつ空中像６から後方に４５０ｍｍ以上７５０ｍｍ以下の距離Ｄの位置から、空中像６を見ることができるように、視野を調整した。視野の調整は、各部材（光源２、凹面鏡５１、再帰反射部材３、及び光分岐部材４）の配置位置や配置角度等により適宜調整することができる。

（変形例）
本実施の形態では、反射部材５に用いる凹面鏡５１として、反射型のフレネルレンズを用いたが、図３（ａ）に示すように、通常の凹面鏡５１を用いてもよい。また、他部材との干渉など配置スペースの制限等がある場合には、図３（ｂ）に示すように、反射部材５として、反射面５ａが円筒の一部となるように形成された反射鏡５２を用いることもできる。ただし、この場合、垂直方向と水平方向で結像距離が変わり空中像６に歪みが生じるので、図３（ａ）に示すように反射面５ａが凹状の球面に形成された凹面鏡５１を用いることがより望ましい。なお、図３（ｂ）に示すような反射面５ａが円筒の一部となるように形成された反射鏡５２を用いる場合、この歪みを補正する手段を追加してもよい。空中像６の歪みを補正する手段としては、例えば、反射鏡５２と光源２との間に反射鏡５２による歪みを補正可能な部材（レンズ等）を配置すること、あるいは、反射部材５で歪むことによって意図する空中像６が得られるように、もとの光源２の像自体を変更すること等が上げられる。

このように、反射部材５は、反射面５ａが凹状の曲面に形成された反射鏡であるとよく、光源２と反射鏡との距離を、反射鏡の焦点距離よりも短くすることで、空中像６の飛び出し量をより大きくすることができる。

また、本実施の形態では、反射部材５として凹面鏡５１を１つ用いたが、図３（ｃ）に示すように、反射部材５として、複数の凹面鏡５１を用いてもよい。この場合、光源２からの光は、複数の凹面鏡５１で順次反射されて光分岐部材４へと出射されることになる。複数の凹面鏡５１を組み合わせることで、空中像６の飛び出し量をさらに大きくすることが可能になる。ここでは、２つの凹面鏡５１を用いる場合を示しているが、３つ以上の凹面鏡５１を用いてもよい。ただし、使用する凹面鏡５１を多くするほど空中像６を視認可能な視野が狭くなってしまうため、視野が狭くなりすぎないように使用する凹面鏡５１は２つ以下であることが望ましい。

２つの凹面鏡５１を用いる場合、光源２側の凹面鏡５１ａ（光源２から直接光が入射される凹面鏡５１）の曲率半径を、光分岐部材４側の凹面鏡５１ｂ（光分岐部材４に光を出射する凹面鏡５１）の曲率半径よりも大きくすることで、空中像６をより大きくすることができる。また、光源２側の凹面鏡５１ａの曲率半径を、光分岐部材４側の凹面鏡５１ｂよりも小さくすることで、空中像６の視野角を拡大することができる。

さらに、図４（ａ）に示すように、反射部材５として平面鏡５３を用いてもよい。この場合、上述の凹面鏡５１よりも空中像６の飛び出し量は小さくなるものの、反射部材５を用いずに光源２からの光を直接光分岐部材４に入射させる場合と比較すると、空中像６の飛び出し量を大きくすることができる。反射部材５として平面鏡５３を用いる場合についても、図４（ｂ）に示すように、複数の平面鏡５３を用いて、空中像６の飛び出し量をより大きくすることが可能である。平面鏡５３は凹面鏡５１と比較して薄く出来るため、より狭いスペースにも配置可能になる。

さらにまた、図５に示すように、光源２、再帰反射部材３、光分岐部材４、及び反射部材５が、モールド部材１４により一体に設けられていてもよい。これにより、振動により各部材の相対的な位置ずれを抑制でき、各部材の位置ずれによる空中像６の歪み等の不具合を抑制することができる。モールド部材１４としては、光源２が発する光に対して透明（透過率が高い）ものを用いるとよく、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。樹脂以外のモールド部材１４として、無機透明材を用いることもでき、ガラス等を用いることができる。モールド部材１４を用いる場合、モールド部材１４の表面に反射率の高い金属の膜を適宜な手段（例えば、蒸着等による膜形成、金属箔の貼り付け等）で形成することにより、反射部材５を形成することもできる。

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る車両用表示装置１では、再帰反射部材３で再帰反射され空中像６を結像する光の光路よりも光源２側で、かつ、光分岐部材４よりも空中像６側に設けられ、上方から入射される外光の少なくとも一部を遮るように設けられた第２再帰反射部材９を備え、第２再帰反射部材９は、光分岐部材４側に、入射された光を再帰反射する再帰反射面９ａを有している。

このような第２再帰反射部材９を備えることで、上方からの外光を遮って外光による温度上昇を抑制可能になると共に、光分岐部材４側から入射された光を再帰反射して光源２に戻して、光の利用効率を高めることが可能になる。その結果、空中像の輝度を向上して空中像６の視認性を向上させ、かつ、外光による熱の影響を抑制して安全性・信頼性を高めた車両用表示装置１を実現できる。

また、車両用表示装置１では、光源２からの光を反射して光分岐部材４に入射する反射部材５を備えている。反射部材５により光源２の虚像を形成するよう構成することで、光分岐部材４に対して虚像と対象の位置に空中像６が結像されることになる。この結果、光源２から直接光分岐部材４に光を入射する場合と比較して、空中像６の飛び出し量を大きくすることができ、薄型とした場合でも空中像６の飛び出し量が大きい車両用表示装置１が得られる。車両１０では、搭載スペースに厳しい制限があるが、本実施の形態によれば、非常に狭い（薄い）スペースにも搭載可能な車両用表示装置１を実現できる。本実施の形態では、反射部材５として凹面鏡５１を用いた場合であっても、第２再帰反射部材９により焦点に向かう光を遮ることにより、外光が凹面鏡５１の焦点に収束して高温となってしまうことを抑制できる。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

例えば、上記実施の形態では、車両１０のバックドア１２に車両用表示装置１を設ける場合について説明したが、車両用表示装置１の設置位置はこれに限定されるものではない。

また、上記の実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ 車両用表示装置
２ 光源
３ 再帰反射部材
４ 光分岐部材
５ 反射部材
５ａ 反射面
５１ 凹面鏡
６ 空中像
７ 虚像
９ 第２再帰反射部材
１０ 車両
１１ 車体

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源よりも下方に配置され、入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、
   前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、
   前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成され、
   前記再帰反射部材で再帰反射され前記空中像を結像する光の光路よりも前記光源側で、かつ、前記光分岐部材よりも前記空中像側に設けられ、上方から入射される外光の少なくとも一部を遮るように設けられた第２再帰反射部材を備え、
   前記第２再帰反射部材は、前記光分岐部材側に、入射された光を再帰反射する再帰反射面を有する、
   車両用表示装置。
2. 前記光源は、前記第２再帰反射部材の前記再帰反射面で再帰反射され前記光源まで戻った戻り光を拡散させ、再度前記光分岐部材へと出射させることが可能な拡散体を有する、
   請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記第２再帰反射部材は、外光の入射側に、入射される外光を遮光可能な遮光層を有する、
   請求項１または２に記載の車両用表示装置。
4. 前記光源からの光を反射して前記光分岐部材に入射する反射部材を備え、
   前記第２再帰反射部材は、上方から前記反射部材に入射される外光を遮るように設けられる、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用表示装置。
5. 前記反射部材が、反射面が凹状の球面に形成された凹面鏡からなり、
   前記第２再帰反射部材は、前記凹面鏡で反射され前記凹面鏡の焦点へと向かう光を遮るように、前記焦点よりも前記凹面鏡側に配置されている、
   請求項４に記載の車両用表示装置。
6. 車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両用表示装置。

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