WO2015045936A1 - 表示装置 - Google Patents

Abstract

　ドライバーがより遠方に虚像表示を認識させる場合であっても虚像表示と周囲の風景の高さを一致させやすい構造を、比較的容易に実現することが可能な表示装置を提供する。　表示光Ｌを発する液晶表示素子１８と、表示光Ｌを反射させる反射鏡２２と、反射鏡２２で反射された表示光Ｌの光路を調整する光路調整部１６と、光路調整部１６で調整された表示光Ｌが通過する透光性カバー２７とを有するハウジング１７とを備え、透光性カバー２７から出射される表示光Ｌをフロントガラス１３に投影してドライバー１４に対し表示を行う表示装置において、光の進行方向を変える光路調整部１６を反射鏡２２とドライバー１４側に配置し、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４との間隔を調節することによって表示光Ｌの高さ調整を行う。

Description

表示装置

　本発明は、表示器が発した表示画像を車両のフロントガラス等の投影部材に投影し、ドライバー（観察者）に対して虚像表示を行う表示装置に関する。

　従来より、この種の表示装置にあっては、例えば下記特許文献１に記載のごとく、車両のフロントガラス（投影部材）に表示素子からの表示光を投射して虚像表示を行うものが知られている。

　図９は、表示装置の従来技術を示している。当該従来技術による表示装置の光学系は、表示器１５、反射鏡２２から構成されており、反射鏡２２の角度を調整することによりドライバー１４の視点高さに応じて虚像表示Ｖが視認出来るように適切に調整するものである。

特開２００５－１８１６４０号公報

　従来の表示装置では、より遠方に虚像表示を出して周囲の風景と一致させようとした場合、平均的な視点高さの観察者にとっては問題ないが、視点の高い観察者は虚像表示が下側に見えてしまい、逆に視点の低い観察者は虚像表示が上側にずれて見えるといった問題点があった。

　そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ドライバーがより遠方に虚像表示を認識させる場合であっても虚像表示と周囲の風景の高さを一致させやすい構造を、比較的容易に実現することが可能な表示装置の提供を目的としたものである。

　上記目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、
表示光を出射する表示器を備え、
前記表示器から入射された前記表示光を所定の角度に出射する透過性の第１の光学部材と、
前記第１の光学部材の出射面に対して入射面が対向するよう配設し、前記第１の光学部材から入射された前記表示光を所定の角度に出射する第２の光学部材と、
前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とを保持する保持部材と、
前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とが配設された相対する面に対して間隔を変化させられる可動手段と、
を備え、
前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材との間隔を変化させることによって観察者への光路を所定の位置に補正すること、
を特徴とする。

前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材との内一方を固定し、他方を前記可動手段によって前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材との間隔を変化させるための機構を有すること、
を特徴とする。

前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とは同一特性であり、且つ相反する向きで前記保持部材に配設されること、
を特徴とする。

前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とを互いに平行となるよう配設されること、
を特徴とする。

前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材と、前記保持部材と、前記可動手段と、で構成される光路調整部と、前記表示器との間に反射部材が配設されること、
を特徴とする。

前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材にホログラフィック光学素子を用いること、
を特徴とする。

　本発明に係る表示装置によれば、ドライバーがより遠方に虚像表示を認識させる場合であっても虚像表示と周囲の風景の高さを一致させやすい構造を、比較的容易に実現することが可能な表示装置の提供をすることが出来る。

本発明の実施形態に係る表示装置の概略構成図。 同実施形態を示す断面図。 同実施形態を示す虚像高さ調整の光路イメージ図。 本実施形態に係る光路調整部で虚像を低く表示させる場合の入射、出射光路を示す図。 本実施形態に係る光路調整部で虚像を高く表示させる場合の入射、出射光路を示す図。 本発明の実施形態を示す別の光学部材（プリズム）配置の例。 本発明の実施形態を示す別の光学部材（フレネルレンズ）配置の例。 本発明の実施形態に係る表示装置の反射部材を廃止した場合の概略構成図 従来技術を示す虚像高さ調整の光路イメージ図。

　本発明に係る実施形態を、図面を参照して以下に説明する。

　本発明の実施形態に係る表示装置は、車両用計器として構成されており、表示器が発した表示画像を車両のフロントガラスに投影し、ドライバーに対して虚像表示によって多岐に亘る情報を表示する。

　まず、図２を参照して、表示装置１１を前記車両用計器として構成した場合を説明する。表示装置１１は、図２に示すように、車両１０のインパネ１２に配設された表示ユニットである表示装置１１が投射する表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス１３で車両１０のドライバー（観察者）１４の方向に反射させ、虚像表示Ｖを行うものである。換言すれば、表示装置１１は後述する表示器１５から発せられる表示光Lをフロントガラス１３に照射（投射）し、この照射によって得られた表示像（虚像表示）Ｖをドライバー１４に視認させるものである。これによりドライバー１４は、虚像表示Ｖを風景と重畳させて観察することが出来る。

　次に、表示装置１１の物理的な構成を説明する。表示装置１１は、図１に示すように表示器１５と、反射鏡２２と、光路調整部１６と、ハウジング１７とから主に構成されている。

　表示器１５は、回路基板２１に実装された発光ダイオードからなる光源２０と、この光源２０からの照明光を透過して光を拡散させる光源２０の前方側に位置する微細な凹凸からなる拡散面を有する光拡散板１９と、拡散された光から表示光Ｌを発するようにＴＦＴ型の液晶表示素子（表示素子）１８と、回路基板２１と光源２０と液晶表示素子１８と光拡散板１９とを収納する合成樹脂からなるケース体（図示せず）とから主に構成される。このことは、液晶表示素子１８の背後側に光拡散板１９が配設され、光拡散板１９の背後に光源２０が配設され、液晶表示素子１８は、光源２０から発せられる光により、所定情報（後述する表示すべき情報）を表示することを意味している。

　なお、前記ケース体には、液晶表示素子１８の表示領域（図示せず）を臨ませるための窓部が形成されている。そして、液晶表示素子１８から発せられる表示光Ｌは前記窓部を通過して反射鏡２２に導かれる構成となっている。

　また液晶表示素子１８は、図示しない制御回路によって表示すべき情報（例えば車速）を、数値等で表示する。なお、前記表示すべき情報は、車速にかぎらず、エンジン回転数等のあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。

　反射鏡２２は、凹面を有するポリカーボネートからなる樹脂基板に反射層（金属）を蒸着形成してなるものである。かかる反射鏡２２は、その反射層が表示器１５並びに後述する光路調整部１６に対向し、光路調整部１６から臨める位置に傾斜状態にて配設させる。

　また反射鏡２２は、表示器１５からの表示光Ｌを拡大しつつ、光路調整部１６側へ反射（投射）されるものである。このことは、反射鏡２２が表示器１５によって発せられた表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを光路調整部１６に投射することを意味している。なお、反射鏡２２は、ハウジング１７に固定されている。

　光路調整部１６は、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４と、保持部材２５と、ステッピングモータ２６とから主に構成される。

　第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４は光学的に同一特性のホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）と、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）を貼りあわせたものからなり、反射鏡２２で反射される表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。係る第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４は、入射する光に対して特定の角度で方向を変化させて出射するものである。上記のように前記ホログラフィック光学素子を使用することにより、透過前後の光軸設定や部材配置の自由度が飛躍的に向上し、光路調整部１６のスペースを効率よく形成できる、また第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４とを同一特性とすることで、一種類の光学部材を製造すればよく、製造コストを抑えることが可能である。

　また第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４は反射鏡２２からの表示光Ｌが入射する方向に対して互いに平行（角度の許容範囲は±１０ｄｅｇ以内で好ましくは±５ｄｅｇ以内）に設定され、相反する向きで保持部材２５に配設される。このことは、反射鏡２２で反射される表示光Ｌが第１の光学部材２３を透過（通過）し、特定方向に出射角度が変化した表示光Ｌとなり、さらに出射角度が変化した表示光Ｌが第２の光学部材２４を透過する際には元の角度（反射鏡２２から第１の光学部材２３に入射した角度）に戻されることを意味している。上記のように第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４を相反する向きに設定することにより、第１の光学部材２３に入射した表示光Ｌによる前記表示画像を完全に復元して第２の光学素子２４から出射することが容易である。

　保持部材２５は、合成樹脂材料にて形成されてなる窓枠状のものであり、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４を保持する。

　また保持部材２５にはステッピングモータ２６（可動手段）が取り付けられ、ステッピングモータ２６を回転させることで、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４が配設された相対する面に対して垂直方向に移動させ、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４との間隔を変化させる。なお、第２の光学部材２４は、保持部材２５の最上部に固定され、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４の間隔を変化させるために移動（可動）する光学部材は第１の光学部材２３とする。なお、光路調整部１６は、ハウジング１７に固定されている。

　ハウジング１７は、例えば黒色の合成樹脂材料にて形成されてなり、内部空間において、表示器１５と、反射鏡２２と、光路調整部１６等を収納している。

　またハウジング１７は開口部が設けられ透光部である透光性カバー２７が塞ぐように配設されてなる。かかる透光性カバー２７は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、光路調整部１６から出射される表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。そして、光路調整部１６から出射されるとともに透光性カバー２７から出射される表示光Ｌは、フロントガラス１３に投影され、これによりドライバー１４に対し虚像表示Ｖの表示が行われることになる。

　以上の各部により、表示装置１１が構成されている。次に、図４、図５を参照して、光路調整部１６で調整した際の表示光Ｌの光路変化を説明する。第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４は、上述のように光学的に同一仕様のものであり、互いに裏返した位置関係で配設される。これにより反射鏡２２で反射され光路調整部１６に達した表示光Ｌは、まず第１の光学部材２３を通過して所定の角度だけ進行方向を変える。

　次に第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４との間隔だけ進んだ後に、第２の光学部材２４を通過してまた元の方向（反射鏡２２から第１の光学部材２３に入射した角度）に戻る。この時、第１の光学部材２３と第２の光学部材２４の間を進んだ分だけ位置がずれる（光移動量Ｍ）ことになる。

　この光移動量Ｍは第１の光学部材２３の移動量に比例するが、第１の光学部材２３を通過した後に変化する角度θを大きな設定にするほど第１の光学部材２３の移動量は少なくすることが出来る。従って光路調整部１６に入射/出射する光移動量Ｍに対して、第１の光学部材２３の移動量の比率を２倍以下とすることで光路調整部１６の占有スペースを抑えることが可能である。これを満たすために第１の光学部材２３を通過した後の光軸方向と、第１の光学部材２３の入射方向とのなす角度θは２５ｄｅｇ以上とするのが妥当である。

　またステッピングモータ２６（可動手段）により第１の光学部材２３の位置を適切に変化させることで、表示光Ｌの投射高さを調整することができる。ドライバー１４は、スイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像表示Ｖを視認できるように）第１の光学部材２３の位置を調整すれば良い。

　以上のように本実施形態では、表示光Ｌを発する液晶表示素子１８と、表示光Ｌを反射させる反射鏡２２と、反射鏡２２で反射された表示光Ｌの光路を調整する光路調整部１６と、光路調整部１６で調整された表示光Ｌが通過する透光性カバー２７とを有するハウジング１７とを備え、透光性カバー２７から出射される表示光Ｌをフロントガラス１３に投影してドライバー１４に対し表示を行う表示装置１１において、光の進行方向を変える光路調整部１６を反射鏡２２とドライバー１４側に配置し、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４との間隔を調節することによって表示光Ｌの高さ調整を行うものである。

　従って、虚像表示Ｖが見える高さは、表示が遠方にあっても上下にずれることがなく、周囲の風景と一致させた拡張現実（ＡＲ：Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）的な表示が容易になる。

　また従来の表示装置１１内の構造を大きく変えることなく、各種光学系及び表示系部品のサイズを拡大させる必要がない。このことは、コストや占有スペースを抑えられることを意味する。

　また本実施形態では、所定情報（後述する表示すべき情報）を表示する表示素子を液晶表示素子１８として説明したが、例えばＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）や、Ｌａｓｅｒ－ｓｃａｎや、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）や、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｏｎ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）であってもよい。

　また本実施形態では、光路調整部１６を水平に配設した構成であったが、反射鏡２２で反射された表示光Ｌが入射出来ればどんな配置、角度であってもよい。

　また本実施形態では、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４はホログラフィック光学素子（ＨＯＥ：Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｅｌｅｍｅｎｔ）と、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなるものであったが、例えば図６，７で示すようなくさび形状のプリズムや、平行線状にカットを入れたフレネルレンズであってもよい。

　また本実施形態では、反射鏡２２は、凹面を有するポリカーボネートからなる樹脂基板に反射層（金属）を蒸着形成してなるものであったが、拡大機能を別途持たせた上で平面を有するポリカーボネートからなる樹脂基板に反射層（金属）を蒸着形成してなるものであってもよい。また反射鏡２２は実施形態により、複数個用いてもよい。

　また本実施形態では、表示器１５から発せられる表示光Ｌを反射鏡２２で反射して光路調整部１６に入射される例について説明したが、拡大機能を別途持たせた上で図８に示すように表示器１５から直接、光路調整部１６に表示光Ｌを入射させてもよい。

　なお本実施形態では表示器１５から発せられる表示光Ｌが、フロントガラス１３に投射される例について説明したが、例えばフロントガラス１３に表示光Ｌを良好にドライバー１４方向に反射させるコンバイナフィルムを設けてもよいし、あるいはフロントガラス１３とは別の専用の反射体に表示光Ｌを投射する構成としてもよい。

　また本実施形態では、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４は互いに平行に設定される例について説明したが、表示光Ｌを良好にドライバー１４方向に反射させることが可能であれば、第１の光学部材２３と、第２の光学部材２４とでなす角度は平行でなく設置してもよい。

　本発明は、表示器が発した表示画像を車両のフロントガラス等の投影部材に投影し虚像表示を行う表示装置に利用可能である。

　　１０　　車両
　　１１　　表示装置
　　１２　　インパネ
　　１３　　フロントガラス（投影部材）
　　１４　　ドライバー（観察者）
　　１５　　表示器
　　１６　　光路調整部
　　１７　　ハウジング
　　１８　　液晶表示素子
　　１９　　光拡散板
　　２０　　光源
　　２１　　回路基板
　　２２　　反射鏡
　　２３　　第１の光学部材
　　２４　　第２の光学部材
　　２５　　保持部材
　　２６　　ステッピングモータ
　　２７　　透光性カバー
　　　Ｌ　　表示光
　　　Ｍ　　光移動量
　　　Ｖ　　虚像表示
　　　θ　　第１の光学部材２３を通過した後の光軸方向と、第1の光学部材２３の入射方向とのなす角度

Claims (6)

1. 表示光を出射する表示器を備え、
   前記表示器から入射された前記表示光を所定の角度に出射する透過性の第１の光学部材と、
   前記第１の光学部材の出射面に対して入射面が対向するよう配設し、前記第１の光学部材から入射された前記表示光を所定の角度に出射する第２の光学部材と、
   前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とを保持する保持部材と、
   前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とが配設された相対する面に対して間隔を変化させられる可動手段と、
   を備え、
   前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材との間隔を変化させることによって観察者への光路を所定の位置に補正すること、
   を特徴とする表示装置。
2. 前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材との内一方を固定し、他方を前記可動手段によって前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材との間隔を変化させるための機構を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とは同一特性であり、且つ相反する向きで前記保持部材に配設されること、
   を特徴とする請求項１から２のいずれかに記載の表示装置。
4. 前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材とを互いに平行となるよう配設されること、
   を特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材と、前記保持部材と、前記可動手段と、で構成される光路調整部と、前記表示器との間に反射部材が配設されること、
   を特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の表示装置。
6. 前記第１の光学部材と、前記第２の光学部材にホログラフィック光学素子を用いること、
   を特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の表示装置。

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