JP7429689B2 - 車両用ヘッドアップディスプレイおよびそれに用いられる光源ユニット - Google Patents

Description

本開示は、車両用ヘッドアップディスプレイおよびそれに用いられる光源ユニットに関する。

特許文献１は、透明な表示媒体を用いて立体的な虚像を表示するための光学系を備えるヘッドアップディスプレイを開示している。このヘッドアップディスプレイは、ウインドシールド上で、運転手の視界内に光を投射する。投射された光の一部はウインドシールドを透過するが、他の一部はウインドシールドに反射される。この反射光は運転者の目に向かう。運転者は、目に入ったその反射光を、ウインドシールド越しに見える実在の物体を背景に、ウインドシールドを挟んで反対側（自動車の外側）にある物体の像のように見える虚像として知覚する。

日本国特開２０１８－４５１０３号公報

特許文献１にＨＵＤが知られている。ＨＵＤは、液晶素子に光を照射し、その光が形成する像をウインドシールドやコンバイナに投影している。液晶素子に光を照射する光源ユニットには、均一な輝度分布を有する光を出射させることが求められる。
本発明は、より均一な輝度分布を有する光を出射することができる光源ユニットおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面に係る光源ユニットは、
所定の画像を前記車両の乗員に向けて表示するように構成された車両用ヘッドアップディスプレイに用いられる光源ユニットであって、
入射面と、出射面と、前記入射面と出射面とを接続し内面に反射面が設けられた筒状の多重反射部材と、
前記入射面に臨むように配置され、複数の光源がマトリクス状に搭載された基板と、を備え、
前記入射面の長手方向に設けられた前記光源の個数Ａと前記入射面の短手方向に設けられた前記光源の個数Ｂとの比Ｒａ＝Ａ／Ｂが、前記出射面の長手寸法Ｃと短手寸法Ｄとの比Ｒｂ＝Ｃ／Ｄよりも大きい、または、
複数の前記光源の発光面の前記入射面の長手方向における長さの総和ａと複数の前記光源の発光面の前記入射面の短手方向における長さの総和ｂとの比Ｒｃ＝ａ／ｂが、前記出射面の長手寸法Ｃと短手寸法Ｄとの比Ｒｂ＝Ｃ／Ｄよりも大きい。

上記目的を達成するために、本発明の一側面に係る車両用ヘッドアップディスプレイは、
車両に設けられ、所定の画像を前記車両の乗員に向けて表示するように構成されたヘッドアップディスプレイであって、
前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、前記画像生成部により出射された光がウインドシールドまたはコンバイナへ照射されるように、前記光を反射させる反射部と、を有する画像生成ユニットと、を有し、
画像生成部が、液晶素子と、上記の前記光源ユニットを含んでいる。

本発明によれば、より均一な輝度分布を有する光を出射することができる光源ユニットおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイが提供される。

車両用表示システムを備えた車両用システムのブロック図である。 車両用表示システムに含まれる本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の模式図である。 液晶ユニットと光源ユニットの分解斜視図である。 基板上に設けられたＬＥＤ素子を液晶ユニット側から見た図である。 光源ユニットから出射される光の出射面における輝度分布を示す。 参考例に係る光源ユニットの図４と同様の図である。 参考例に係る光源ユニットの図５と同様の図である。 参考例に係る光源ユニットにおいて、ＬＥＤ素子から短手方向に出射された光が反射される様子を示す図である。 参考例に係る光源ユニットにおいて、ＬＥＤ素子から長手方向に出射された光が反射される様子を示す図である。 本発明の変形例に係る光源ユニットの図４と同様の図である。

以下、本発明の実施形態（以下、本実施形態という。）について図面を参照しながら説明する。本図面に示された各部材の寸法は、説明の便宜上、実際の各部材の寸法とは異なる場合がある。

また、本実施形態の説明では、説明の便宜上、「左右方向」、「上下方向」、「前後方向」について適宜言及する場合がある。これらの方向は、図２に示すＨＵＤ（Ｈｅａｄ－Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）４２について設定された相対的な方向である。ここで、「左右方向」は、「左方向」及び「右方向」を含む方向である。「上下方向」は、「上方向」及び「下方向」を含む方向である。「前後方向」は、「前方向」及び「後方向」を含む方向である。左右方向は、図２では示されていないが、上下方向及び前後方向に直交する方向である。

最初に、図１を参照して、本実施形態に係る車両システム２について以下に説明する。図１は、車両システム２のブロック図である。当該車両システム２が搭載された車両１は、自動運転モードで走行可能な車両（自動車）である。

図１に示すように、車両システム２は、車両制御部３と、車両用表示システム４（以下、単に「表示システム４」という。）と、センサ５と、カメラ６と、レーダ７とを備える。さらに、車両システム２は、ＨＭＩ（Ｈｕｍａｎ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）８と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）９と、無線通信部１０と、記憶装置１１と、ステアリングアクチュエータ１２と、ステアリング装置１３と、ブレーキアクチュエータ１４と、ブレーキ装置１５と、アクセルアクチュエータ１６と、アクセル装置１７とを備える。

車両制御部３は、車両の走行を制御するように構成されている。車両制御部３は、例えば、少なくとも一つの電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）により構成されている。電子制御ユニットは、１以上のプロセッサと１以上のメモリを含むコンピュータシステム（例えば、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ａ Ｃｈｉｐ）等）と、トランジスタ等のアクティブ素子及びパッシブ素子から構成される電子回路を含む。プロセッサは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びＴＰＵ（Ｔｅｎｓｏｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のうちの少なくとも一つを含む。ＣＰＵは、複数のＣＰＵコアによって構成されてもよい。ＧＰＵは、複数のＧＰＵコアによって構成されてもよい。メモリは、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を含む。ＲＯＭには、車両制御プログラムが記憶されてもよい。例えば、車両制御プログラムは、自動運転用の人工知能（ＡＩ）プログラムを含んでもよい。ＡＩプログラムは、多層のニューラルネットワークを用いた教師有り又は教師なし機械学習（特に、ディープラーニング）によって構築されたプログラム（学習済みモデル）である。ＲＡＭには、車両制御プログラム、車両制御データ及び/又は車両の周辺環境を示す周辺環境情報が一時的に記憶されてもよい。プロセッサは、ＲＯＭに記憶された各種車両制御プログラムから指定されたプログラムをＲＡＭ上に展開し、ＲＡＭとの協働で各種処理を実行するように構成されてもよい。また、コンピュータシステムは、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の非ノイマン型コンピュータによって構成されてもよい。さらに、コンピュータシステムは、ノイマン型コンピュータと非ノイマン型コンピュータの組み合わせによって構成されてもよい。

表示システム４は、ヘッドランプ２０と、路面描画装置４５と、ＨＵＤ４２と、表示制御部４３とを備える。

ヘッドランプ２０は、車両の前面における左側と右側に配置されており、ロービームを車両の前方に照射するように構成されたロービームランプと、ハイビームを車両１の前方に照射するように構成されたハイビームランプとを備える。ロービームランプとハイビームランプの各々は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の１以上の発光素子と、レンズ及びリフレクタ等の光学部材を有する。

路面描画装置４５は、ヘッドランプ２０の灯室内に配置されている。路面描画装置４５は、車両の外部の路面に向けて光パターンを出射するように構成されている。路面描画装置４５は、例えば、光源部と、駆動ミラーと、レンズやミラー等の光学系と、光源駆動回路と、ミラー駆動回路とを有する。光源部は、レーザ光源又はＬＥＤ光源である。例えば、レーザ光源は、赤色レーザ光と、緑色レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたＲＧＢレーザ光源である。駆動ミラーは、例えば、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）ミラー、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ガルバノミラー、ポリゴンミラー等である。光源駆動回路は、光源部を駆動制御するように構成されている。光源駆動回路は、表示制御部４３から送信された所定の光パターンに関連する信号に基づいて、光源部の動作を制御するための制御信号を生成した上で、当該生成された制御信号を光源部に送信するように構成されている。ミラー駆動回路は、駆動ミラーを駆動制御するように構成されている。ミラー駆動回路は、表示制御部４３から送信された所定の光パターンに関連する信号に基づいて、駆動ミラーの動作を制御するための制御信号を生成した上で、当該生成された制御信号を駆動ミラーに送信するように構成されている。光源部がＲＧＢレーザ光源である場合、路面描画装置４５は、レーザ光を走査することで様々の色の光パターンを路面上に描画することが可能となる。例えば、光パターンは、車両の進行方向を示す矢印形状の光パターンであってもよい。

また、路面描画装置４５の描画方式は、ラスタースキャン方式、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式又はＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式であってもよい。ＤＬＰ方式又はＬＣＯＳ方式が採用される場合、光源部はＬＥＤ光源であってもよい。また、路面描画装置の描画方式として、プロジェクション方式が採用されてもよい。プロジェクション方式が採用される場合、光源部は、マトリクス状に並んだ複数のＬＥＤ光源であってもよい。路面描画装置４５は、左右のヘッドランプの灯室内にそれぞれ配置されてもよいし、車体ルーフ上、バンパーまたはグリル部に配置されてもよい。

ＨＵＤ４２は、少なくとも一部が車両の内部に位置する。具体的には、ＨＵＤ４２は、車両の室内の所定箇所に設置されている。例えば、ＨＵＤ４２は、車両のダッシュボード内に配置されてもよい。ＨＵＤ４２は、車両と乗員との間の視覚的インターフェースとして機能する。ＨＵＤ４２は、所定の情報（以下、ＨＵＤ情報という。）が車両の外部の現実空間（特に、車両の前方の周辺環境）と重畳されるように当該ＨＵＤ情報を乗員に向けて表示するように構成されている。このように、ＨＵＤ４２は、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）ディスプレイとして機能する。ＨＵＤ４２によって表示されるＨＵＤ情報は、例えば、車両の走行に関連した車両走行情報及び／又は車両の周辺環境に関連した周辺環境情報（特に、車両の外部に存在する対象物に関連した情報）である。

図２に示すように、ＨＵＤ４２は、ＨＵＤ本体部４２０を備えている。ＨＵＤ本体部４２０は、ハウジング４２２と出射窓４２３を有する。出射窓４２３は可視光を透過させる透明板である。ＨＵＤ本体部４２０は、ハウジング４２２の内側に、画像生成部（ＰＧＵ：Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）４２４と、制御基板（制御部の一例）４２５と、レンズ４２６と、スクリーン４２７と、凹面鏡（反射部の一例）４２８とを有する。

画像生成部４２４は、光源と、光学部品と、表示デバイスとを有する。光源は、例えば、レーザ光源又はＬＥＤ光源である。レーザ光源は、例えば、赤色レーザ光と、緑光レーザ光と、青色レーザ光をそれぞれ出射するように構成されたＲＧＢレーザ光源である。光学部品は、プリズム、レンズ、拡散板、拡大鏡等を適宜有する。表示デバイスは、液晶ディスプレイ、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）等である。画像生成部４２４の描画方式は、ラスタースキャン方式、ＤＬＰ方式又はＬＣＯＳ方式であってもよい。ＤＬＰ方式又はＬＣＯＳ方式が採用される場合、ＨＵＤ４２の光源はＬＥＤ光源であってもよい。なお、液晶ディスプレイ方式が採用される場合、ＨＵＤ４２の光源は白色ＬＥＤ光源であってもよい。

制御基板４２５は、画像生成部４２４、レンズ４２６、スクリーン４２７の動作を制御するように構成されている。制御基板４２５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサとメモリが搭載され、メモリから読みだしたコンピュータプログラムをプロセッサが実行して、画像生成部４２４、レンズ４２６、スクリーン４２７の動作を制御する。制御基板４２５は、表示制御部４３から送信された画像データに基づいて、画像生成部４２４の動作を制御するための制御信号を生成した上で、当該生成された制御信号を画像生成部４２４に送信するように構成されている。また、制御基板４２５は、表示制御部４３から送信された画像データに基づいて、レンズ４２６、スクリーン４２７の位置を調整するための各制御信号を生成した上で、当該生成された制御信号をそれぞれレンズ４２６、スクリーン４２７に送信するように構成されている。また、制御基板４２５は、凹面鏡４２８の向きを変更するように制御してもよい。

レンズ４２６は、画像生成部４２４から出射された光の光路上に配置されている。レンズ４２６は、例えば凸レンズを含み、画像生成部４２４により生成された画像を所望の大きさでスクリーン４２７に投影するように構成されている。また、レンズ４２６は、駆動部を含み、制御基板４２５により生成された制御信号により短時間の応答速度で平行移動して画像生成部４２４との距離を変更できるように構成されている。

スクリーン４２７は、画像生成部４２４から出射された光の光路上に配置されている。画像生成部４２４から出射された光がレンズ４２６を透過してスクリーン４２７上に投影される。また、スクリーン４２７は、駆動部を含み、制御基板４２５により生成された制御信号により短時間の応答速度で平行移動して画像生成部４２４及びレンズ４２６との距離を変更できるように構成されている。
なお、画像生成部４２４が、レンズ４２６とスクリーン４２７とを内包していてもよい。また、レンズ４２６およびスクリーン４２７が設けられていなくてもよい。

凹面鏡４２８は、画像生成部４２４から出射された光の光路上に配置されている。凹面鏡４２８は、画像生成部４２４により出射されてレンズ４２６及びスクリーン４２７を透過した光をウインドシールド１８に向けて反射する。凹面鏡４２８は、虚像を形成するために凹状に湾曲した反射面を有し、スクリーン４２７上に結像した光の像を所定の倍率で反射させる。

ＨＵＤ本体部４２０から出射された光は、ウインドシールド１８（例えば、車両１のフロントウィンドウ）に照射される。次に、ＨＵＤ本体部４２０からウインドシールド１８に照射された光の一部は、乗員の視点Ｅに向けて反射される。この結果、乗員は、ＨＵＤ本体部４２０から出射された光（所定の画像）をウインドシールド１８の前方の所定の距離において形成された虚像として認識する。このように、ＨＵＤ４２によって表示される画像がウインドシールド１８を通して車両１の前方の現実空間に重畳される結果、乗員は、所定の画像により形成される虚像オブジェクトＩが車両外部に位置する道路上に浮いているように視認することができる。

また、虚像オブジェクトＩの距離（乗員の視点Ｅから虚像までの距離）は、レンズ４２６及びスクリーン４２７の位置を調整することによって適宜調整可能である。虚像オブジェクトＩとして２Ｄ画像（平面画像）を形成する場合には、所定の画像を任意に定めた単一距離の虚像となるように投影する。虚像オブジェクトＩとして３Ｄ画像（立体画像）を形成する場合には、互いに同一または互いに異なる複数の所定の画像をそれぞれ異なる距離の虚像となるように投影する。

表示制御部４３は、路面描画装置４５、ヘッドランプ２０及びＨＵＤ４２の動作を制御するように構成されている。表示制御部４３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成されている。電子制御ユニットは、１以上のプロセッサと１以上のメモリを含むコンピュータシステム（例えば、ＳｏＣ等）と、トランジスタ等のアクティブ素子及びパッシブ素子から構成される電子回路を含む。プロセッサは、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＧＰＵ及びＴＰＵのうちの少なくとも一つを含む。メモリは、ＲＯＭと、ＲＡＭを含む。また、コンピュータシステムは、ＡＳＩＣやＦＰＧＡ等の非ノイマン型コンピュータによって構成されてもよい。

本実施形態では、車両制御部３と表示制御部４３は、別個の構成として設けられているが、車両制御部３と表示制御部４３は一体的に構成されてもよい。この点において、表示制御部４３と車両制御部３は、単一の電子制御ユニットにより構成されていてもよい。また、表示制御部４３は、ヘッドランプ２０と路面描画装置４５の動作を制御するように構成された電子制御ユニットと、ＨＵＤ４２の動作を制御するように構成された電子制御ユニットの２つの電子制御ユニットによって構成されてもよい。また、ＨＵＤ４２の動作を制御する制御基板４２５が表示制御部４３の一部として構成されていてもよい。

センサ５は、加速度センサ、速度センサ及びジャイロセンサのうち少なくとも一つを含む。センサ５は、車両の走行状態を検出して、走行状態情報を車両制御部３に出力するように構成されている。センサ５は、運転者が運転席に座っているかどうかを検出する着座センサ、運転者の顔の方向を検出する顔向きセンサ、外部天候状態を検出する外部天候センサ及び車内に人がいるかどうかを検出する人感センサ等をさらに備えてもよい。

カメラ６は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）等の撮像素子を含むカメラである。カメラ６は、一以上の外部カメラ６Ａと、内部カメラ６Ｂとを含む。外部カメラ６Ａは、車両の周辺環境を示す画像データを取得した上で、当該画像データを車両制御部３に送信するように構成されている。車両制御部３は、送信された画像データに基づいて、周辺環境情報を取得する。ここで、周辺環境情報は、車両の外部に存在する対象物（歩行者、他車両、標識等）に関する情報を含んでもよい。例えば、周辺環境情報は、車両の外部に存在する対象物の属性に関する情報と、車両に対する対象物の距離や位置に関する情報とを含んでもよい。外部カメラ６Ａは、単眼カメラとしても構成されてもよいし、ステレオカメラとして構成されてもよい。

内部カメラ６Ｂは、車両の内部に配置されると共に、乗員を示す画像データを取得するように構成されている。内部カメラ６Ｂは、乗員の視点Ｅをトラッキングするトラッキングカメラとして機能する。ここで、乗員の視点Ｅは、乗員の左目の視点又は右目の視点のいずれかであってもよい。または、視点Ｅは、左目の視点と右目の視点を結んだ線分の中点として規定されてもよい。表示制御部４３は、内部カメラ６Ｂによって取得された画像データに基づいて、乗員の視点Ｅの位置を特定してもよい。乗員の視点Ｅの位置は、画像データに基づいて、所定の周期で更新されてもよいし、車両の起動時に一回だけ決定されてもよい。

レーダ７は、ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ及びレーザーレーダ（例えば、ＬｉＤＡＲユニット）のうちの少なくとも一つを含む。例えば、ＬｉＤＡＲユニットは、車両の周辺環境を検出するように構成されている。特に、ＬｉＤＡＲユニットは、車両の周辺環境を示す３Ｄマッピングデータ（点群データ）を取得した上で、当該３Ｄマッピングデータを車両制御部３に送信するように構成されている。車両制御部３は、送信された３Ｄマッピングデータに基づいて、周辺環境情報を特定する。

ＨＭＩ８は、運転者からの入力操作を受付ける入力部と、走行情報等を運転者に向けて出力する出力部とから構成される。入力部は、ステアリングホイール、アクセルペダル、ブレーキペダル、車両の運転モードを切替える運転モード切替スイッチ等を含む。出力部は、各種走行情報を表示するディスプレイ（ＨＵＤを除く）である。ＧＰＳ９は、車両の現在位置情報を取得し、当該取得された現在位置情報を車両制御部３に出力するように構成されている。

無線通信部１０は、車両の周囲にいる他車に関する情報（例えば、走行情報等）を他車から受信すると共に、車両に関する情報（例えば、走行情報等）を他車に送信するように構成されている（車車間通信）。また、無線通信部１０は、信号機や標識灯等のインフラ設備からインフラ情報を受信すると共に、車両１の走行情報をインフラ設備に送信するように構成されている（路車間通信）。また、無線通信部１０は、歩行者が携帯する携帯型電子機器（スマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイス等）から歩行者に関する情報を受信すると共に、車両の自車走行情報を携帯型電子機器に送信するように構成されている（歩車間通信）。車両は、他車両、インフラ設備又は携帯型電子機器とアドホックモードにより直接通信してもよいし、アクセスポイントを介して通信してもよい。さらに、車両は、図示しない通信ネットワークを介して他車両、インフラ設備又は携帯型電子機器と通信してもよい。通信ネットワークは、インターネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）及び無線アクセスネットワーク（ＲＡＮ）のうちの少なくとも一つを含む。無線通信規格は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＬＰＷＡ、ＤＳＲＣ（登録商標）又はＬｉ－Ｆｉである。また、車両１は、他車両、インフラ設備又は携帯型電子機器と第５世代移動通信システム（５Ｇ）を用いて通信してもよい。

記憶装置１１は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の外部記憶装置である。記憶装置１１には、２次元又は３次元の地図情報及び／又は車両制御プログラムが記憶されてもよい。例えば、３次元の地図情報は、３Ｄマッピングデータ（点群データ）によって構成されてもよい。記憶装置１１は、車両制御部３からの要求に応じて、地図情報や車両制御プログラムを車両制御部３に出力するように構成されている。地図情報や車両制御プログラムは、無線通信部１０と通信ネットワークを介して更新されてもよい。

車両が自動運転モードで走行する場合、車両制御部３は、走行状態情報、周辺環境情報、現在位置情報、地図情報等に基づいて、ステアリング制御信号、アクセル制御信号及びブレーキ制御信号のうち少なくとも一つを自動的に生成する。ステアリングアクチュエータ１２は、ステアリング制御信号を車両制御部３から受信して、受信したステアリング制御信号に基づいてステアリング装置１３を制御するように構成されている。ブレーキアクチュエータ１４は、ブレーキ制御信号を車両制御部３から受信して、受信したブレーキ制御信号に基づいてブレーキ装置１５を制御するように構成されている。アクセルアクチュエータ１６は、アクセル制御信号を車両制御部３から受信して、受信したアクセル制御信号に基づいてアクセル装置１７を制御するように構成されている。このように、車両制御部３は、走行状態情報、周辺環境情報、現在位置情報、地図情報等に基づいて、車両の走行を自動的に制御する。つまり、自動運転モードでは、車両の走行は車両システム２により自動制御される。

一方、車両１が手動運転モードで走行する場合、車両制御部３は、アクセルペダル、ブレーキペダル及びステアリングホイールに対する運転者の手動操作に従って、ステアリング制御信号、アクセル制御信号及びブレーキ制御信号を生成する。このように、手動運転モードでは、ステアリング制御信号、アクセル制御信号及びブレーキ制御信号が運転者の手動操作によって生成されるので、車両の走行は運転者により制御される。

次に、車両の運転モードについて説明する。運転モードは、自動運転モードと手動運転モードとからなる。自動運転モードは、完全自動運転モードと、高度運転支援モードと、運転支援モードとからなる。完全自動運転モードでは、車両システム２がステアリング制御、ブレーキ制御及びアクセル制御の全ての走行制御を自動的に行うと共に、運転者は車両を運転できる状態にはない。高度運転支援モードでは、車両システム２がステアリング制御、ブレーキ制御及びアクセル制御の全ての走行制御を自動的に行うと共に、運転者は車両を運転できる状態にはあるものの車両１を運転しない。運転支援モードでは、車両システム２がステアリング制御、ブレーキ制御及びアクセル制御のうち一部の走行制御を自動的に行うと共に、車両システム２の運転支援の下で運転者が車両を運転する。一方、手動運転モードでは、車両システム２が走行制御を自動的に行わないと共に、車両システム２の運転支援なしに運転者が車両を運転する。

このように、本実施形態のＨＵＤ４２は、車両１に設けられ、所定の画像を車両１の乗員に向けて表示するように構成されている。ＨＵＤ４２は、上方に開口したハウジング４２２と、ハウジング４２２の開口を覆う出射窓４２３（透明カバー）と、ハウジング４２２と出射窓４２３で形成される画像形成室（収容部）の内部に設けられた、所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部４２４と、画像生成部４２４により出射された光がウインドシールド１８へ照射されるように、光を反射させる反射部４２８と、を有する画像生成ユニットを備えている。

画像生成部４２４は、図３に示した液晶ユニット５０と、光源ユニット６０を備えている。液晶ユニット５０は、マトリクス状に整列された複数の液晶素子５１を有している。光源ユニット６０から出射した光が液晶素子５１を透過することにより、所望の画像をなす光が生成される。光源ユニット６０には、複数の液晶素子５１に均一な入射角度で均一な光強度の光束を入射させることが求められる。このような光源ユニット６０はロッドインテグレータと呼ばれることもある。

図３は、液晶ユニット５０と光源ユニット６０の分解斜視図である。図３に示すように光源ユニット６０は、多重反射部材６１と、基板６２とを備えている。
図示した多重反射部材６１は、長方形状の断面形状を有する角筒状の部材である。筒状の多重反射部材６１の内面は反射面とされている。多重反射部材６１の両端は開口している。多重反射部材６１の一方の端部は入射面６３であり、他方の端部は出射面６４である。多重反射面の入射面６３から光が入射し、出射面６４から光が出射される。多重反射部材６１および液晶ユニット５０は、出射面６４から出射される光が液晶ユニット５０に入射するように配置されている。

基板６２は多重反射部材６１の入射面６３に臨むように配置されている。基板６２には、複数のＬＥＤ素子６５（光源）がマトリクス状に配列されている。図示した基板６２には、１×３のＬＥＤ素子６５が基板６２上にマトリクス状に配列されている。また、図３に示したように、入射面６３の長手方向をｘ方向、入射面６３の短手方向をｙ方向、入射面６３から垂直に出射面６４に向かう方向をｚ方向と定義する。

図４は基板６２上に設けられたＬＥＤ素子６５を液晶ユニット５０側から見た図である。図４には、出射面６４の外枠も併せて表示している。図４に示したように、入射面６３の長手方向に沿って基板６２に設けられたＬＥＤ素子６５の個数をＡとする。入射面６３の短手方向に沿って基板６２に設けられたＬＥＤ素子６５の個数をＢとする。なお入射面６３の長手方向とは図４におけるｘ方向である。入射面６３の短手方向とは図４におけるｙ方向である。また、比ＲａをＡ／Ｂと定義する。図４においてＲａ＝Ａ／Ｂ＝３／１＝３である。
さらに、出射面６４の長手寸法をＣとし、短手寸法をＤとする。比ＲｂをＣ／Ｄと定義する。図４において、ＣはＤの２倍の長さを有している。このため、Ｒｂ＝２／１＝２である。このように、比Ｒａは比Ｒｂよりも大きく設定されている。

図５は、このように構成された光源ユニット６０から出射される光の出射面６４における輝度分布を示している。図５は、出射面６４におけるｙ＝０でかつｘ方向に平行な線分における輝度分布を示している。ｙ＝０とは、ｙ方向におけるＬＥＤ素子６５の発光面の中心点である。

本実施形態に係る光源ユニット６０による輝度分布を、参考例に係る光源ユニット１６０による輝度分布と比較する。図６は参考例に係る光源ユニット１６０の図４と同様の図であり、図７は参考例に係る光源ユニット１６０の図５と同様の図である。図６に示したように、参考例に係る光源ユニット１６０は、実施形態の光源ユニット６０と同じＬＥＤ素子６５および基板６２を用いているものの、ＬＥＤ素子６５の数が２個である。このため、比Ｒａ（２／１＝２）が比Ｒｂ（２／１＝２）と等しい。この参考例に係る光源ユニット６０の出射面６４における輝度分布は、図７に示したように、ｘ方向においてＬＥＤ素子６５の位置に対応する位置にピークが見られるように、輝度分布にムラが生じている。これに対して、本実施形態に係る光源ユニット６０によれば、図５に示したように、ｘ方向における輝度分布にムラが生じていない。

図８および図９を用いて、このように本実施形態に係る光源ユニット６０に輝度分布が生じにくい理由を説明する。図８は参考例に係る光源ユニット１６０において、ＬＥＤ素子６５から短手方向に出射された光が反射される様子を示す図である。図９は参考例に係る光源ユニット１６０において、ＬＥＤ素子６５から長手方向に出射された光が反射される様子を示す図である。

図８および図９に示したように、参考例に係る光源ユニット１６０においては、ＬＥＤ素子６５から長手方向に出射された光が多重反射部材６１によって反射される回数は、ＬＥＤ素子６５から短手方向に出射された光が多重反射部材６１によって反射される回数よりも少なくなる。

ところで、ＨＵＤ４２はウインドシールド１８やコンバイナなどの偏平な長方形の表示部に画像を表示させるため、液晶ユニット５０の液晶素子５１は長方形状のマトリクスを形成している。この液晶ユニット５０の形状に合わせて多重反射部材６１の出射面６４も長方形状となっているため、多重反射部材６１の出射面６４は長辺と短辺を有している。

このため、参考例に係る光源ユニット１６０のように比ＲａとＲｂが等しいかそれ以下の場合には、長手方向に進む光が多重反射部材６１によって反射される回数が、短手方向に進む光が多重反射部材６１によって反射される回数よりも少なくなる。ここで多重反射部材６１で反射される回数が多いほど、ＬＥＤ素子６５から出射される光は出射面６４において均一な輝度を示すようになる。このため、参考例に係る光源ユニット１６０においては、出射面６４において、長手方向に輝度ムラが生じやすい。

これに対して本実施形態に係る光源ユニット６０によれば、比Ｒａが比Ｒｂよりも大きいため、ＬＥＤ素子６５から出射して長手方向に進む光が多重反射部材６１によって反射される回数は、ＬＥＤ素子６５から出射して短手方向に進む光が多重反射部材６１によって反射される回数と同じかそれより多くなる。このため本実施形態に係る光源ユニット６０は、ムラが生じやすい長手方向において輝度にムラが生じにくくなっている。なお、短手方向においては反射回数そのものが大きくなりやすく、そもそも輝度にムラが生じにくい。このため、本実施形態に係る光源ユニット６０は、出射面６４から出射される光の輝度ムラが少なく、液晶ユニット５０に入射させる光を生じさせる光源ユニットに適している。

本実施形態に係る光源ユニット６０において、図４に示したように、複数のＬＥＤ素子６５は等間隔に整列されて基板６２に搭載されていることが好ましい。このような構成によれば、より輝度ムラの少ない光が出射される。

なお、上述した実施形態においては、比Ｒａと比Ｒｂとの比較を論じたが、複数のＬＥＤ素子６５の発光面の入射面６３の長手方向における長さの総和ａと複数のＬＥＤ素子６５の発光面の入射面６３の短手方向における長さの総和ｂとの比Ｒｃ＝ａ／ｂとを考慮して光源ユニット６０を構成してもよい。この場合、出射面６４の長手寸法Ｃと短手寸法Ｄとの比Ｒｂ＝Ｃ／Ｄよりも比Ｒｃが大きければ、長手方向に輝度ムラが少ない光源ユニット６０が得られる。図１０は、本発明の変形例に係る光源ユニット２６０の図４と同様の図である。

本変形例においては、ＬＥＤ素子６５の発光面が長方形である。入射面６３の長手方向におけるＬＥＤ素子６５の発光面の辺の長さａ１は、入射面６３の短手方向におけるＬＥＤ素子６５の発光面の辺の長さｂ１の３倍である。また、２つのＬＥＤ素子６５の発光面は互いに同一形状である。このため、比Ｒｃ＝３である。一方で、比Ｒｂ＝２である。このため、Ｒｃ＞Ｒｂとなっている。このように構成された光源ユニット２６０においても、出射面６４から出射される光の輝度ムラが少なく、本変形例に係る光源ユニット２６０も液晶ユニット５０に入射させる光を生じさせる光源ユニットに適している。
なお、各々のＬＥＤ素子６５の長辺と短辺の長さが異なっている場合にも、Ｒｃを同様に計算する。例えば、ｎ個目のＬＥＤ素子について長手方向の長さａｎ、短手方向の長さｂｎとすると、Ｒｃは（ａ１＋・・・＋ａｎ）／（ｂ１＋・・・＋ｂｎ）として算出できる。

上記実施形態では、車両の運転モードは、完全自動運転モードと、高度運転支援モードと、運転支援モードと、手動運転モードとを含むものとして説明したが、車両の運転モードは、これら４つのモードに限定されるべきではない。車両の運転モードは、これら４つのモードの少なくとも１つを含んでいてもよい。例えば、車両の運転モードは、いずれか一つのみを実行可能であってもよい。

さらに、車両の運転モードの区分や表示形態は、各国における自動運転に係る法令又は規則に沿って適宜変更されてもよい。同様に、本実施形態の説明で記載された「完全自動運転モード」、「高度運転支援モード」、「運転支援モード」のそれぞれの定義はあくまでも一例であって、各国における自動運転に係る法令又は規則に沿って、これらの定義は適宜変更されてもよい。

本出願は、2019年4月22日出願の日本特許出願（特願2019-80996）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明によれば、より均一な輝度分布を有する光を出射することができる光源ユニットおよびそれを用いたヘッドアップディスプレイが提供される。

１ 車両
１８ ウインドシールド
５０ 液晶ユニット
５１ 液晶素子
６０，１６０，２６０ 光源ユニット
６１ 多重反射部材
６２ 基板
６３ 入射面
６４ 出射面
６５ ＬＥＤ素子
６６ 反射面
Ａ 入射面の長手方向に設けられた光源の個数
Ｂ 入射面の短手方向に設けられた光源の個数
ａ 複数の光源の発光面の入射面の長手方向における総和
ｂ 複数の光源の発光面の入射面の短手方向における総和
Ｃ 入射面の長手寸法
Ｄ 入射面の短手寸法

Claims (3)

1. 所定の画像を車両の乗員に向けて表示するように構成された車両用ヘッドアップディスプレイに用いられる光源ユニットであって、
   入射面と、出射面と、前記入射面と出射面とを接続し内面に反射面が設けられた筒状の多重反射部材と、
   前記入射面に臨むように配置され、複数の光源がマトリクス状に搭載された基板と、を備え、
   前記入射面及び前記出射面に前記反射面は設けられておらず、
   前記入射面の長手方向に設けられた前記光源の個数Ａと前記入射面の短手方向に設けられた前記光源の個数Ｂとの比Ｒａ＝Ａ／Ｂが、前記出射面の長手寸法Ｃと短手寸法Ｄとの比Ｒｂ＝Ｃ／Ｄよりも大きく、
   複数の前記光源の発光面の前記入射面の長手方向における長さの総和ａと複数の前記光源の発光面の前記入射面の短手方向における長さの総和ｂとの比Ｒｃ＝ａ／ｂが、前記出射面の長手寸法Ｃと短手寸法Ｄとの比Ｒｂ＝Ｃ／Ｄよりも大きい、光源ユニット。
2. 複数の前記光源は等間隔に整列されて前記基板に搭載されている、請求項１に記載の光源ユニット。
3. 車両に設けられ、所定の画像を前記車両の乗員に向けて表示するように構成されたヘッドアップディスプレイであって、
   前記所定の画像を生成するための光を出射する画像生成部と、前記画像生成部により出射された光がウインドシールドまたはコンバイナへ照射されるように、前記光を反射させる反射部と、を有する画像生成ユニットと、を有し、
   前記画像生成部が、液晶素子と、請求項１に記載の前記光源ユニットを含んでいる、車両用ヘッドアップディスプレイ。

Images