JP7447162B2 - Vehicle display device - Google Patents
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Description
本発明は、車両用表示装置に関する。 The present invention relates to a display device for a vehicle.
車両には、車室内のドライバに提供する情報を虚像表示させる車両用表示装置を搭載するものがある。この車両用表示装置は、所謂ヘッドアップディスプレイ装置であり、基板に実装され、間隔をあけて配置された複数の発光素子と、ウインドシールドやコンバイナ等の被投影部材に投影させる表示画像を表示光として出射する表示デバイスとを備えるものがある(例えば、特許文献1参照)。 Some vehicles are equipped with a vehicle display device that displays a virtual image of information provided to a driver inside the vehicle. This vehicle display device is a so-called head-up display device, and includes a plurality of light emitting elements mounted on a board and arranged at intervals, and a display light that projects a display image onto a projected member such as a windshield or combiner. There is a device equipped with a display device that emits light as a light source (for example, see Patent Document 1).
従来の車両用表示装置では、表示デバイスの表示エリアの全域に光源の光を照射するため、当該表示エリアの大きさに合わせて偏光レンズが配置されている。偏光レンズは、機能上、当該偏光レンズの出射面が凸状に湾曲して形成されているが、複数の発光素子に合わせて複数の凸部(山部)が形成され、複数の山部の間、すなわち山部の境界に凹部(谷部)も形成される。 In conventional vehicle display devices, polarizing lenses are arranged to match the size of the display area in order to irradiate the entire display area of the display device with light from a light source. Functionally, a polarized lens has a convexly curved exit surface, but a plurality of convex portions (peaks) are formed to match the plurality of light emitting elements, and the plurality of peaks are curved. Recesses (troughs) are also formed between the peaks, that is, at the boundaries of the peaks.
ところで、従来の車両用表示装置では、光源から偏光レンズに入射した光が、当該偏光レンズの谷部で反射することで、偏光レンズを透過する光にロスが発生する場合がある。そのため、偏光レンズの山部を通過する光量に対して谷部を透過する光量が減少し明るさが変化するので、ドライバにとって虚像の視認性の点で改善の余地がある。 By the way, in conventional vehicle display devices, the light that enters the polarizing lens from the light source is reflected at the troughs of the polarizing lens, which may cause a loss in the light that passes through the polarizing lens. Therefore, the amount of light that passes through the troughs of the polarizing lens decreases with respect to the amount of light that passes through the troughs, and the brightness changes, so there is room for improvement in terms of visibility of virtual images for drivers.
本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、運転者の前方に表示される虚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を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle display device that can improve the visibility of a virtual image displayed in front of a driver.
上記目的を達成するために、本発明に係る車両用表示装置は、1つの光源と、車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を、前記光源から入射する光により表示光として出射する表示デバイスと、前記光源と前記表示デバイスとの間の光路上に配置され、前記光源から入射する光を前記表示デバイスに向けて偏向する第1レンズと、前記光路上において、前記第1レンズと前記表示デバイスとの間に配置され、前記第1レンズにより偏向される光を前記表示デバイスに向けて配光する第2レンズと、を備え、前記第1レンズは、前記表示デバイスに向けて光を出射する出射面を有し、前記第1レンズの出射面は、1つの前記光源に応じた1つの凸状の湾曲面で形成され、前記第2レンズは、前記第1レンズにより偏向された光が入射する入射面と、前記表示デバイス側に凸状に湾曲して形成され、かつ前記入射面から入射し透過する光を出射する出射面と、を有し、前記第2レンズの出射面は、複数配置された微小レンズ曲面を有する、ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a vehicle display device according to the present invention includes one light source and a display image projected onto a projection member provided in a vehicle, which is emitted as display light by light incident from the light source. a first lens disposed on an optical path between the light source and the display device to deflect incident light from the light source toward the display device; and a second lens disposed between the lens and the display device, the second lens distributing the light deflected by the first lens toward the display device, the first lens directing the light toward the display device. The first lens has an exit surface that emits light, the exit surface of the first lens is formed by one convex curved surface corresponding to one of the light sources, and the second lens is deflected by the first lens. and an exit surface that is curved convexly toward the display device and that outputs the light that is incident and transmitted from the entrance surface, and the exit surface of the second lens The surface is characterized in that it has a plurality of curved microlens surfaces.
本発明に係る車両用表示装置によれば、運転者の前方に表示される虚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。 According to the vehicle display device according to the present invention, it is possible to improve the visibility of the virtual image displayed in front of the driver.
以下に、本発明に係る車両用表示装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。また、下記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。また、下記実施形態における構成要素は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Below, embodiments of a vehicle display device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment. Furthermore, the components in the embodiments described below include those that can be easily imagined by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, various omissions, substitutions, and changes may be made to the constituent elements in the embodiments described below without departing from the gist of the invention.
[実施形態]
車両用表示装置1は、図1に示すように、例えば自動車等の車両100に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置である。車両用表示装置1は、車両100において、インストルメントパネル102の内側に配置され、被投影部材であるウインドシールド103に表示画像を投影する。ウインドシールド103は、入射する光の一部を反射し、残りを透過させる半透過性を有することから、車両100の前景を透過させながら、車両用表示装置1から出射された表示光Lを表示画像としてドライバDのアイポイントEPに向けて反射する。ドライバDは、ウインドシールド103によって反射された表示画像を虚像Sとして認識する。虚像Sは、ドライバDに対してウインドシールド103よりも前方に認識される。本実施形態の車両用表示装置1は、図2に示すように、筐体2と、2つの反射ミラー3と、バックライトユニット5と、制御部7とを含んで構成される。
[Embodiment]
As shown in FIG. 1, the
筐体2は、例えば、合成樹脂等で成形され、車体(不図示)に固定される。筐体2は、図2に示すように、内部空間2bに、バックライトユニット5、2つの反射ミラー3、及び制御部7を収容し、これらを支持している。筐体2は、外部と内部空間2bとを連通する開口2aを有する。開口2aは、筐体2において、ウインドシールド103に対向する位置に設けられ、透明カバー6で閉塞されている。透明カバー6は、バックライトユニット5から出射し、2つの反射ミラー3を反射した表示光Lを透過する。透明カバー6を透過した表示光Lは、ウインドシールド103に向かう。
The
2つの反射ミラー3は、図2に示すように、バックライトユニット5からウインドシールド103までの表示光Lの光路上に配置され、バックライトユニット5から出射された表示光Lをウインドシールド103に向けて反射する。2つの反射ミラー3は、平面ミラー8と、凹面ミラー9とで構成される。
As shown in FIG. 2, the two reflecting
平面ミラー8は、反射面が平面で形成され、バックライトユニット5と対向する位置に配置される。平面ミラー8は、バックライトユニット5から出射された表示光Lを反射面で凹面ミラー9に向けて全反射させる。
The
凹面ミラー9は、反射面が凹状曲面で形成され、平面ミラー8と対向する位置に配置される。凹面ミラー9は、平面ミラー8で反射した表示光Lを、透明カバー6を介してウインドシールド103に向けて全反射させる。凹面ミラー9は、例えば、拡大ミラーとしての機能を有する。凹面ミラー9は、当該凹面ミラー9にて反射する前の表示光Lが表す表示画像と比較して当該凹面ミラー9にて反射した後の表示光Lが表す表示画像が相対的に大きくなるように当該表示画像を拡大して反射する。
The
バックライトユニット5は、ウインドシールド103に投影される表示画像を表示光Lとして出射するものである。バックライトユニット5は、筒状筐体10と、表示デバイス11と、光源12と、光源基板13と、第1レンズ14と、第2レンズ15とを含んで構成される。
The
筒状筐体10は、例えば、合成樹脂等により箱形状に成形され、光軸方向に沿って表示デバイス11、第2レンズ15をそれぞれ支持している。筒状筐体10は、光軸方向の両端が開口しており、一方の開口が光源基板13で閉塞され、他方の開口が表示デバイス11で閉塞されている。
The
表示デバイス11は、ウインドシールド103に投影される表示画像を、光源12から入射する光により表示光Lとして出射する。表示デバイス11は、いわゆる液晶パネルであり、例えば光透過型または光半透過型のTFT液晶(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display)等から成る。表示デバイス11は、複数の画素を含む表示エリア11aを有する。表示エリア11aにおいて、複数の画素は、マトリクス状に配列されている。表示デバイス11は、例えば制御部7の制御信号に応じて数字や文字、図形等を含む表示画像を表示する。表示エリア11aは、表示画像が表示される領域である。表示デバイス11は、光源12から出射された光の光路上に配置され、光源12側から照明されることで、光軸方向における光源12と反対側の表示面が発光する。
The
光源12は、表示デバイス11を照明するものである。光源12は、例えば、光源基板13に実装された1つの発光素子で構成される。発光素子は、例えばLED(Light Emitting Diode)である。また、光源12には、第1レンズ14の光軸方向から見た光源基板13の当該第1レンズ14の光軸が通る位置に複数の発光素子が集中実装されているものが含まれる。この場合、1つの光源12は、例えば、図3、図4の(A)、図4の(B)に示すよう、光源基板13において、第1レンズ14の光軸が通る位置に集中実装された3つのLED16で構成される。3つのLED16は、光源基板13に対して、光源方向と直交する方向に一列に配置される。光源12は、例えば、車両100に搭載された電源、例えばバッテリー(不図示)等から得られる電力により点灯する。なお、LED16の数は、3つに限定されるものではない。また、複数のLED16の配列は、一列に限定されるものではなく、1つの光源と認識可能な範囲であれば、円環状に配置されても、多角形状に配置されていてもよい。
The
光源基板13は、光源方向から見て矩形状に形成される。光源基板13は、いわゆる実装面に光源12である複数のLED16、複数の電子部品が実装されている。一方、光源基板13の実装面の反対側の面には、例えば、ヒートシンク(不図示)が固定されている。光源12から発生した熱は、光源基板13に蓄積される。ヒートシンクは、光源基板13に蓄積された熱をバックライトユニット5の外部に放出するものである。
The
第1レンズ14は、光源12と表示デバイス11との間の光路上に配置され、光源12から入射する光を表示デバイス11に向けて偏向する。第1レンズ14は、図3に示すように、光源12と表示デバイス11との間の光路上において、光源12と第2レンズ15との間に配置されている。第1レンズ14は、例えばガラスや透明樹脂等の高屈折率材料で成形され、外側に向かおうとする光を内側に屈折させて第2レンズ15に偏向するように機能する。第1レンズ14は、図4の(B)の示すように、光軸方向から見て楕円形状に形成されている。第1レンズ14は、図3、図4の(A)に示すように、光源12から出射された光が入射する入射面14aと、入射面14aから入射した光を表示デバイス11に向けて出射する出射面14bとを有する。
The
第1レンズ14の入射面14aは、光源12と対向しており、平坦面である。出射面14bは、入射面14aとは反対側の面であり、第2レンズ15に対向している。
The
第1レンズ14の出射面14bは、1つの光源12に応じた1つの凸状の湾曲面で形成される。出射面14bは、光軸方向と直交する方向から見た場合、従来の第1レンズ40の出射面に形成される1つまたは複数の谷部が形成されておらず、1つの山部で構成される。従来の第1レンズ40の出射面は、図4の(A)、図4の(B)に示すように、複数の光源であるLED60に対して複数の山部を有するが、第1レンズ14の出射面14bは、1つの光源12に対して1つの山部を有する。
The
第2レンズ15は、光源12と表示デバイス11との間の光路上において、第1レンズ14と表示デバイス11との間に配置され、第1レンズ14により偏向される光を表示デバイス11に向けて配光する。第2レンズ15は、例えばガラスや透明樹脂等の材料で成形され、表示デバイス11の表示エリア11aに向かうように光を屈折して集光する。第2レンズ15は、ネジ等によって筒状筐体10に固定される。第2レンズ15は、図4の(B)に示すように、光軸方向から見て矩形状に形成されている。第2レンズ15は、第1レンズ14により偏向された光が入射する入射面15aと、表示デバイス11側に凸状に湾曲して形成され、かつ入射面15aから入射し透過する光を出射する出射面15bとを有する。
The
第2レンズ15の入射面15aは、第1レンズ14と対向しており、第1レンズ14側に凸状に形成された湾曲面である。
The
第2レンズ15の出射面15bは、図5の(A)、図5の(B)に示すように、複数の微小レンズ曲面20を有する。微小レンズ曲面20は、いわゆるマイクロレンズの曲面であり、例えばフライアイ状のレンズ面である。複数の微小レンズ曲面20は、凸状に湾曲した出射面15bに沿って、例えば格子状に複数配列されている。複数の微小レンズ曲面20は、図5の(A)、図5の(B)に示すように、出射面15bにおけるX方向およびX方向に直交するY方向に複数配列されている。各微小レンズ曲面20は、正面視において、例えば長方形状をしている。微小レンズ曲面20は、X方向に長さxの長辺を有し、Y方向に長さxと異なる長さy(≠x)の短辺を有する。複数の微小レンズ曲面20は、例えば、X方向において同一の長さxを有し、かつY方向において同一の長さy(≠x)を有する。
The
制御部7は、図2に示すように、バックライトユニット5に接続され、当該バックライトユニット5を制御する。制御部7は、例えば、基板に実装されたICチップ等で構成され、車両100に搭載されたバッテリーから得られる電力により駆動する。
The
次に、車両用表示装置1における虚像表示動作について図2、図3を参照して説明する。まず、光源12から出射した光は、第1レンズ14の入射面14aから入射し、内部を透過して出射面14bから出射する。出射面14bから出射する光は、第1レンズ14により屈折して第2レンズ15の入射面15aに向けて偏光される。第2レンズ15の入射面15aに入射した光は、内部を透過して出射面15bから出射する。出射面15bから出射する光は、第2レンズ15により屈折し、出射面15bに形成された複数の微小レンズ曲面20により拡散して、表示デバイス11の表示エリア11aに向けて照射される。表示デバイス11は、表示エリア11aに表示された表示画像を、内部を透過した光により表示光Lとして出射する。
Next, the virtual image display operation in the
バックライトユニット5の表示デバイス11から出射された表示光Lは、平面ミラー8に向かう。平面ミラー8は、バックライトユニット5から入射した表示光Lを凹面ミラー9に向けて反射する。凹面ミラー9は、平面ミラー8から入射する表示光Lを、凹状の反射面により、透明カバー6を介してウインドシールド103に向けて反射させる。これにより、ウインドシールド103に表示光Lに対応する表示画像が投影され、ドライバDのアイポイントEPの前方に虚像Sが表示される。
Display light L emitted from the
本実施形態の車両用表示装置1は、第1レンズ14の出射面14bが、1つの光源12に応じた1つの凸状の湾曲面で形成される。これにより、表示デバイス11の表示エリア11a全域への光の照射を確保しつつ、光源12を第1レンズ14の光軸または光軸側に配置させることが可能となる。この結果、1つの光源として、例えば1つの発光素子を用いた場合では、従来の基板サイズに対して光源基板13を約50%程度に小型化することができ、ひいてはバックライトユニット5及び車両用表示装置1の小型化を図ることができる。また、従来、1つの第1レンズに対して複数の光源を光源基板に均等に配置し、表示エリアの拡大化を行いつつ輝度の均一化を図っていることから、1つの光源と呼ばれる範囲外に光源が配置され、第1レンズの出射面に複数の山部が必要となる。しかしながら、1つの光源に対して1つの発光素子に限らず、例えば複数の発光素子を用いた場合、1つの光源と呼ばれる範囲に複数の発光素子を集中実装することで、1つの発光素子を用いた場合と同様に、第1レンズに複数の山部が不要となり、併せて谷部が無くなることで、虚像Sの明るさの変化が減少し視認性を向上させることができる。
In the
また、車両用表示装置1は、第2レンズ15が、出射面15bに複数の微小レンズ曲面20を有する。従来、光源12の光を表示デバイス11の表示エリア11aに照射するために、光路上に拡散レンズを配置して光を拡散しているが、拡散レンズを透過させることで光の損失が生じるおそれがある。そこで、第2レンズ15の出射面15bに複数の微小レンズ曲面20を形成することで、拡散レンズが不要となり、拡散レンズを透過させることで生じる明るさの低下を抑制することができる。その結果、少なくとも10%以上の視認性の向上を図ることができる。また、従来の拡散レンズが追加部品であることから、追加部品の組付けを削減し、装置の組み付け性を向上させることができる。
Further, in the
また、車両用表示装置1は、図6の(A)に示すように、第2レンズ15の出射面15bが表示デバイス11側に凸状に湾曲して形成され、かつ第2レンズ15の入射面15aが、光源12側に凸状に湾曲して形成される。一方、図6の(B)に示す従来の拡散レンズ50は、入射面及び出射面の両面が凹状に湾曲して形成される。そのため、第2レンズ15の光軸方向と直交する方向の両端面15cの面積は、従来の拡散レンズ50の両端面50aよりも減らすことができる。この結果、第2レンズ15の両端面15cで反射する反射光Laを削減し、2つの遮光壁30の間に形成される正規光路を通ってウインドシールド103に向かう反射光Laを抑制することができ、虚像Sの視認性を向上させることができる。また、第2レンズ15の端面15cの傾き15dを、外側から内側に向けて傾くように形成することにより、端面15cで反射した反射光Laを遮光壁30に当てて遮光し、正規光路以外を通る光を減らして虚像Sの視認性を向上させることができる。
Further, in the
また、図7の(A)に示す従来のバックライトユニット202は、表示光L以外の反射光Laを出射するので、バックライトユニット202と凹面ミラー9との距離を短くすると、反射光Laの一部が透明カバー6に反射して迷光となり、凹面ミラー9を介して表示光Lに混じって虚像Sを視認性が低下するおそれがある。上記構成により、反射光Laを減らすことでバックライトユニット202と凹面ミラー9との距離を短くすることができる(図7(B))。この結果、筐体2を従来の車両用表示装置200の筐体201よりも小型化することができる。
Furthermore, since the
上記実施形態では、微小レンズ曲面20は、フライアイ状のレンズ面であると説明した。一般的に、フライアイ状のレンズには、球面レンズからなるものと、シリンドリカルレンズからなるものがあるが、微小レンズ曲面20が球面に限定されるものではなく、例えば非球面であってもよい。図8は、実施形態の変形例に係る微小レンズ曲面に適用された非球面の部分側面図、図9は、非球面の微小レンズによる照度分布を示す図である。実施形態の変形例に係る微小レンズ曲面20Aは、輝度ムラが抑制されるように略均一に光を拡散させる非球面である(図8、図9)。当該非球面の形状は、装置の光学系の幾何学的な配置や形状に応じて設計される。上記を満たす形状であれば、微小レンズ曲面20Aを光軸方向と直交する方向からみた形状が、対称形状、非対称形状、いずれでもよい。また、上記を満たす形状であれば、微小レンズ曲面20が球面の場合のレンズ高さに対して微小レンズ曲面20が非球面の場合のレンズ高さが高くてもよいし、低くてもよい。また、第2レンズ15全体で輝度ムラが抑制されるように均一に光を拡散させることが可能であれば、複数の微小レンズ曲面20Aの全てが同一形状の非球面であってもよいし、互いに異なる形状の非球面であってもよい。このように微小レンズ曲面20Aは、非球面であることにより、第2レンズ15の出射面15bから表示デバイス11に向けて出射される光を効率よく拡散することができ、光の局所的な集光が抑制されるので、表示画像の輝度ムラを抑制することが可能となる。この結果、本実施形態の変形例に係る車両用表示装置1は、ドライバDの前方に表示される虚像Sの視認性を向上させることができる。
In the above embodiment, the microlens curved
なお、上記実施形態では、バックライトユニット5は、液晶方式であるが、他の方式、例えばレーザ方式やDLP(Digital Light Processing)方式、プロジェクタ方式であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、制御部7は、車両100に搭載されたECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)(不図示)に接続され、当該ECUとの間で信号の送受信を行っていてもよい。
Further, in the embodiment described above, the
また、上記実施形態では、車両用表示装置1は、2つの反射ミラー3を有しているが、これに限定されない。例えば、図7の(B)に示す車両用表示装置1Aのように、1つの反射ミラー3(凹面ミラー9)を有していてもよい。また、3つ以上の反射ミラー3を有していてもよい。平面ミラー8は、凹面ミラーであってもよいし、例えば、凸面ミラー、非球面ミラー、球面ミラー、自由曲面ミラー等であってもよい。凹面ミラー9は、例えば、凸面ミラー、非球面ミラー、球面ミラー、自由曲面ミラー等であってもよい。また、凹面ミラー9は、拡大ミラーとしての機能を有するが、これに限定されず、補正ミラーとしての機能を有してもよい。
Further, in the embodiment described above, the
また、上記実施形態では、車両用表示装置1,1Aは、表示画像を車両100のウインドシールド103に投影しているが、これに限定されず、例えばコンバイナ等に投影してもよい。
Further, in the embodiments described above, the
また、上記実施形態では、車両用表示装置1,1Aは、自動車等の車両100に適用されているが、これに限定されず、例えば車両100以外の船舶や航空機等に適用してもよい。
Further, in the above embodiments, the
1 車両用表示装置
5 バックライトユニット
11 表示デバイス
12 光源
13 光源基板
14 第1レンズ
14a,15a 入射面
14b,15b 出射面
15 第2レンズ
20 微小レンズ曲面
100 車両
103 ウインドシールド
L 表示光
S 虚像
1
Claims (3)
車両に設けられた被投影部材に投影される表示画像を、前記光源から入射する光により表示光として出射する表示デバイスと、
前記光源と前記表示デバイスとの間の光路上に配置され、前記光源から入射する光を前記表示デバイスに向けて偏向する第1レンズと、
前記光路上において、前記第1レンズと前記表示デバイスとの間に配置され、前記第1レンズにより偏向される光を前記表示デバイスに向けて配光する第2レンズと、を備え、
前記第1レンズは、
前記表示デバイスに向けて光を出射する出射面を有し、
前記第1レンズの出射面は、
1つの前記光源に応じた1つの凸状の湾曲面で形成され、
前記第2レンズは、
前記第1レンズにより偏向された光が入射する入射面と、
前記表示デバイス側に向けて凸状に湾曲して形成され、かつ前記入射面から入射し透過する光を出射する出射面と、を有し、
前記第2レンズの出射面は、
複数配置された微小レンズ曲面を有する、
ことを特徴とする車両用表示装置。 one light source and
a display device that emits a display image projected onto a projection target member provided in a vehicle as display light using light incident from the light source;
a first lens that is disposed on an optical path between the light source and the display device and deflects light incident from the light source toward the display device;
a second lens disposed on the optical path between the first lens and the display device, and distributing the light deflected by the first lens toward the display device;
The first lens is
having an exit surface that emits light toward the display device,
The exit surface of the first lens is
formed of one convex curved surface corresponding to one of the light sources,
The second lens is
an entrance surface on which the light deflected by the first lens enters;
an output surface that is curved in a convex shape toward the display device and that outputs light that has entered and passed through the input surface;
The exit surface of the second lens is
Having a plurality of curved microlens surfaces,
A vehicle display device characterized by:
前記光源側に凸状に湾曲して形成される、
請求項1に記載の車両用表示装置。 The entrance surface of the second lens is
Curved convexly toward the light source side,
The vehicle display device according to claim 1.
非球面である、
請求項1または2に記載の車両用表示装置。 The microlens curved surface is
It is aspherical,
The vehicle display device according to claim 1 or 2.
Priority Applications (3)
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