WO2018051683A1

WO2018051683A1 - 空中表示装置

Info

Publication number: WO2018051683A1
Application number: PCT/JP2017/028668
Authority: WO
Inventors: 盛吾種; 覚田村
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2016-09-14
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-03-22
Also published as: CN109690389A; US11491871B2; JP2018045098A; JP6597536B2; US20190232787A1; DE112017004625T5

Abstract

空中表示装置１００は、車両Ａに搭載され、車両の運転席に着座する運転者Ｄへ向けて情報を表示する。空中表示装置１００は、表示パネル３０とリフレクタアレイ５０とを備えている。表示パネル３０は、画像を発光表示する表示面３１を運転席側へ向けた姿勢で設置されており、空中表示領域３３及び画面表示領域３２を有している。空中表示領域３３は、設置された姿勢にて表示面３１の上縁部分に位置する。画面表示領域３２は、表示面３１のうちで空中表示領域３３の下側に位置する。リフレクタアレイ５０は、空中表示領域３３から射出される光を、空中表示領域３３よりも上方の空間中に空中表示像６０として結像させる。

Description

空中表示装置

関連出願の相互参照

　本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、２０１６年９月１４日に出願された日本特許出願２０１６－１７９７９０を基にしている。

　本開示は、車両に搭載される空中表示装置に関する。

　従来、車両に搭載される表示装置の一種として、例えば特許文献１には、液晶ディスプレイの表示面から射出される光を、２面コーナーリフレクタ等の空中結像素子を用いて空間中に結像させる構成が開示されている。このような空中結像素子を用いる表示装置は、運転者の前方視界を妨げるようなスクリーン等の設置が不要である。故に、運転者の前方視界を良好に維持したまま、空中に浮かぶ実鏡映像を用いた情報提示が可能になる。

特開２０１０－１９０９６０号公報

　さて、特許文献１に開示されているような空中表示像は、表示物全体が空中に浮遊した表示態様となる。そのため、空中表示像だけでの表示態様に対し、運転者は、違和感を覚え易かった。

　運転者に対しての表示の違和感を軽減した情報提示が可能な空中表示装置を提供することが望ましい。

　開示された一つの態様は、車両に搭載され、車両の運転席に着座する運転者へ向けて情報を表示する空中表示装置であって、画像を発光表示する表示面を運転席側へ向けた姿勢で設置され、画面表示領域及び画面表示領域の側方に位置する空中表示領域を表示面に有する表示パネルと、空中表示領域から射出される光を、空中表示領域の側方の空間中に空中表示像として結像させる空中結像素子と、を備える空中表示装置とされる。

　こうした態様では、運転者の前方には、画面表示領域による画像表示と、空中表示領域及び空中結像素子により空間中に結像された空中表示像とが共に表示される。このように、空中表示像だけでなく画像表示も運転者に視認されることで、空中表示像のみの表示に比べて、表示の違和感が低減され得る。

空中表示装置の各表示を示す正面図である。空中表示装置の機械的な構成を示す断面図である。リフレクタアレイに形成された多数の単位光学素子を誇張して示す模式図である。一つの単位光学素子による光の反射の様子を模式的に示す図である。空中表示装置の電気的な構成を示すブロック図である。

　本開示の一実施形態による空中表示装置１００は、図１及び図２に示すように、車両Ａにおいて運転席の前方に搭載され、コンビネーションメータとして機能する。空中表示装置１００は、画面表示領域３２に描画される画面表示像６３と、画面表示領域３２の両側に設けられた指針表示領域２０による指針表示と、画面表示領域３２の上方に結像される空中表示像６０とにより、車両Ａに関連する情報を運転者Ｄに提示する。

　空中表示装置１００には、一例として、車両Ａの走行速度、燃料残量、及び経路案内等の情報が表示される。また、自動運転機能を搭載している車両Ａの場合、自動運転機能が作動している期間において、空中表示装置１００は、運転操作を実質的に実施していない運転者Ｄへ向けて、エンターテイメント系の情報を表示できる。

　空中表示装置１００と運転席との間には、ステアリングホイールＳＷが位置している。運転席に適切に着座した運転者Ｄは、ステアリングホイールＳＷを通して、ステアリングホイールＳＷの奥側に空中表示装置１００による表示を視認する。運転者Ｄの前方視界において、画面表示領域３２及び指針表示領域２０は、ステアリングホイールＳＷのリム部分ＲＭの内周側に位置している。一方、空中表示像６０は、リム部分ＲＭの外周側であって、リム部分ＲＭの上方に位置している。尚、運転者Ｄの両眼が位置し得る視点位置の範囲（図１　二点鎖線を参照）は、予め想定された体格の運転者Ｄが運転席に着座した状態を基にして設定されている。

　空中表示装置１００は、表示パネル３０、反射鏡４０、リフレクタアレイ５０、ハウジング８０、フード部材９０、及び表示制御回路７０等によって構成されている。

　表示パネル３０は、全体として矩形の平板状に形成された液晶ディスプレイである。表示パネル３０は、表示面３１を形成する液晶表示器３７と、液晶表示器３７を背面側から透過照明するバックライト３８とを有している（図５参照）。表示パネル３０は、ハウジング８０に保持されることにより、表示面３１を運転席側へ向けた姿勢で設置されている。以下の説明では、表示面３１の向けられた方向であり、表示面３１に対して実質的に直交する仮想軸線に沿った方向を、正面方向ＦＤとする。また、表示パネル３０の短手方向を上下方向とし、表示パネル３０の長手方向を幅方向ＷＤとする。

　表示面３１には、多数の画素が二次元状に配列されている。各画素には、赤色、緑色、及び青色のサブ画素が設けられている。表示パネル３０は、サブ画素の光の透過率を制御することにより、表示面３１上に種々の画像をカラー表示可能である。表示パネル３０は、画面表示領域３２及び空中表示領域３３を表示面３１に有している。

　画面表示領域３２は、車両Ａに設置された姿勢にて、表示面３１のうちで空中表示領域３３の下側に位置する領域である。画面表示領域３２は、図１に示す如く、横長の矩形状に区画されている。画面表示領域３２は、ハウジング８０から露出しており、運転者Ｄから視認可能である。画面表示領域３２の面積は、空中表示領域３３よりも大きくされている。画面表示領域３２には、画面表示像６３となる意匠が発光表示される。例えば、図１では指針とデジタル速度表示である。

　空中表示領域３３は、画面表示領域３２の側方に位置している。本実施形態の空中表示領域３３、車両Ａに設置された姿勢にて、画面表示領域３２の上下左右の側方のうちで、画面表示領域３２の上方に規定されており、表示面３１の上縁部分に位置している。空中表示領域３３は、横長の矩形状に区画されている。上下方向に沿った空中表示領域３３の寸法は、画面表示領域３２よりも短い。空中表示領域３３は、ハウジング８０内に配置されており、ハウジング８０から露出していない。空中表示領域３３は、空中表示像６０として結像される画像の光を正面方向ＦＤへ向けて射出する。

　反射鏡４０は、ガラス等の基材にアルミニウム又はニッケル等の金属を蒸着させた平板状の鏡部材である。反射鏡４０の両面のうちの一方には、反射面４１が形成されている。反射面４１は、横長の矩形状に形成されている。反射鏡４０は、反射面４１の長手方向を幅方向ＷＤに沿わせた姿勢にて、空中表示領域３３の正面方向ＦＤに配置されている。反射面４１の長手方向の寸法は、空中表示領域３３の幅方向ＷＤの寸法以上に設定されている。反射鏡４０は、リフレクタアレイ５０の下方に位置しており、空中表示領域３３と向かい合う反射面４１を表示面３１に対し上方に約４５度傾けた姿勢にて、ハウジング８０に固定されている。こうした姿勢により、反射鏡４０は、空中表示領域３３から射出される画像の光を、上方のリフレクタアレイ５０へ向けて反射する。

　リフレクタアレイ５０は、全体として矩形の板状に形成されている。リフレクタアレイ５０は、反射鏡４０と同様に長手方向を幅方向に沿わせた姿勢にて、反射鏡４０の上方、且つ、空中表示領域３３の正面方向ＦＤに位置している。リフレクタアレイ５０は、正面方向ＦＤへ向かうに従って下方に傾斜する姿勢にて、ハウジング８０に固定されている。図２～図４に示すように、リフレクタアレイ５０は、空中表示領域３３から射出され反射面４１によって反射される光を、空間中に結像させる空中結像素子である。リフレクタアレイ５０によって結像される空中表示像６０は、リフレクタアレイ５０の基準平面ＲＰを挟んで、光源としての空中表示領域３３の反対側に位置する。

　リフレクタアレイ５０は、離散的に配置された多数の単位光学素子５１により光を細かく分割し、分割された光を幾何光学的に特定の結像位置に集める二面コーナーリフレクタアレイ（Dihedral Corner Reflector Array）である。個々の単位光学素子５１は、リフレクタアレイ５０の平面方向に沿って、所定のピッチで二次元状に配列されている。

　尚、図３及び図４に図示された各単位光学素子５１は、構成を説明するために実際よりも拡大されている。また、板厚方向におけるリフレクタアレイ５０の方向の中心を通り、且つ、リフレクタアレイ５０の平面方向と平行な仮想面を、リフレクタアレイ５０の基準平面ＲＰとする。図３における基準平面ＲＰは、模式的に一点鎖線で示す。

　個々の単位光学素子５１には、互いに垂直な姿勢で隣り合う二つの鏡面５２，５３が少なくとも形成されている。各鏡面５２，５３は、基準平面ＲＰに対して垂直な姿勢の平面状に形成されている。こうした鏡面５２，５３を形成するため、リフレクタアレイ５０は、一例として、基材としてのガラス又は透光性の樹脂材料に、多数の微細な貫通孔５４を設けた構成とされている。

　各貫通孔５４は、四つの側壁面によって区画された四角孔である。各貫通孔５４は、リフレクタアレイ５０の板厚方向に光を透過させることができる。各側壁面のうちの少なくとも隣接する二つが、アルミニウム又はニッケルの蒸着によって鏡面５２，５３を形成している。各側壁面のうちの他の二つは、鏡面状とされていてもよく、又は反射不能な面とされていてもよい。

　一つの単位光学素子５１の一辺は、例えば５０～１０００μｍ、好ましくは１００μｍ程度とされている。リフレクタアレイ５０の基材の厚さは、５０～１０００μｍ、好ましくは１００μｍ程度とされている。こうした寸法の設定により、本実施形態の各鏡面５２，５３は、正方形状とされている。

　以上の構成によるリフレクタアレイ５０は、基準平面ＲＰを挟んで一方の側から入射した光を、各単位光学素子５１によって他方の側に射出させる。リフレクタアレイ５０に入射する光は、各単位光学素子５１を通過するに際して、二つの鏡面５２，５３に一回ずつ順に反射される。各単位光学素子５１を通過した光は、基準平面ＲＰに対して光学的に面対称となる位置に集まり、実鏡映像（空中表示像６０）として結像される。上述した反射鏡４０及びリフレクタアレイ５０の空中表示領域３３に対する配置及び姿勢によれば、空中表示像６０は、空中表示領域３３よりも上方であって、且つ、リフレクタアレイ５０に対して正面方向ＦＤに結像される。リフレクタアレイ５０による空中表示像６０は、運転者Ｄが両眼にて視認した場合、左右で視差のある立体的な映像となる。加えて、運転者Ｄは、光学的な結像位置（図２参照）よりも奥側に空中表示像６０を知覚する。

　図１及び図２に示すハウジング８０は、遮光性の樹脂材料によって形成されている。ハウジング８０は、表示パネル３０、反射鏡４０、及びリフレクタアレイ５０を収容し、これらの要素を保持している。ハウジング８０には、見返し部８１及び収容空間８２が形成されている。見返し部８１は、画面表示領域３２と空中表示領域３３とを区分けする境界に沿って板状に延伸している。収容空間８２は、画面表示領域３２の上方且つ空中表示領域３３の正面方向ＦＤに区画された空間であり、反射鏡４０及びリフレクタアレイ５０を収容している。

　フード部材９０は、透光性の樹脂材料によって湾曲した板状に形成されている。フード部材９０は、全体として黒色又は濃いグレー等の暗色とされている。フード部材９０は、ハウジング８０と共に収容空間８２を区画しており、リフレクタアレイ５０の射出面側を上方から覆っている。フード部材９０のうちでリフレクタアレイ５０の射出面と対向する範囲には、透過部９１が設けられている。透過部９１の内側面には、スモーク調等の透光性の塗装が施されている。こうした塗装により、透過部９１は、リフレクタアレイ５０から射出される光を透過させる一方で、リフレクタアレイ５０を隠す暗色の領域となっている。透過部９１に覆われることで、リフレクタアレイ５０は、運転者Ｄから視認困難となっている。フード部材９０のうちで透過部９１を除く範囲には、遮光性の塗装が施されている。こうした塗装により、フード部材９０の外表面の質感は、インスツルメントパネルの外表面の質感に合わせられている。

　図２及び図５に示す表示制御回路７０は、プロセッサ、ＲＡＭ、及び記憶媒体等を有するマイクロコントローラ７１を主体に構成された電子回路である。表示制御回路７０は、車両Ａに搭載された通信バス７３と通信可能に接続されている。加えて表示制御回路７０は、表示パネル３０及び各指針２１（図１参照）を駆動する二つのステッピングモータ７８，７９と電気的に接続されている。表示制御回路７０は、通信バス７３から取得した車両Ａの情報に基づき、画面表示領域３２及び空中表示領域３３に描画される各表示と、各ステッピングモータ７８，７９の駆動とを制御する。

　ここまで説明した空中表示装置１００は、運転者Ｄの前方に、画面表示領域３２による画面表示像６３と、空間中に結像された空中表示像６０とが共に表示される。このように、空中表示像６０だけでなく画面表示像６３も運転者Ｄに視認されることで、空中表示像のみの表示に比べて、表示の違和感が低減され得る。

　また、空中表示装置１００の表示パネル３０は、図１及び図２に示すように、運転者Ｄから見てリム部分ＲＭの内周側に画面表示領域３２が位置するように、設置されている。その結果、空中表示領域３３は、運転者Ｄから見てリム部分ＲＭに隠れる範囲に位置している。こうした空中表示領域３３から射出される光は、反射鏡４０にて反射されたうえで、リフレクタアレイ５０により、空中表示領域３３よりも上方の空間中に空中表示像６０として結像される。以上により、空中表示像６０は、リム部分ＲＭに隠されることなく、画面表示領域３２に表示された画面表示像６３と同様に、運転者Ｄに視認され得る。

　加えて、リフレクタアレイ５０を用いて空中表示像６０を空間中に結像させる構成であれば、運転者Ｄから見たリム部分ＲＭの外周上側には、運転者Ｄの前方視界を妨げるような遮蔽物は、設置されない。したがって、運転者Ｄの前方視界を良好に維持しつつ、表示パネル３０の表示面３１を有効に利用した運転者Ｄへの情報提示が可能になる。

　加えて本実施形態では、空中表示領域３３から射出された光を反射する反射鏡４０が空中表示領域３３とリフレクタアレイ５０との間に設けられている。こうした構成であれば、空中表示領域３３から射出された光を、リム部分ＲＭと重ならない位置に、適切に結像させることができる。

　また本実施形態のように、反射鏡４０によって光を上方に反射させる構成であれば、リフレクタアレイ５０の設置姿勢を水平に近づけることが可能のとなる。以上によれば、収容空間８２を上下方向に小さくできるため、収容空間８２が上方に突き出す事態は、回避され得る。したがって、空中表示像６０を表示するための光学系を備えていても、運転者Ｄの前方視界は、良好に維持される。

　さらに本実施形態では、空中表示像６０の結像位置は、リフレクタアレイ５０の正面方向ＦＤに設定されている。その結果、暗色とされたフード部材９０の外表面が、運転者Ｄから見た空中表示像６０の背景となる。以上によれば、空中表示像６０と背景とのコントラストが確実に確保され得るため、運転者Ｄは、鮮明な空中表示像６０を視認できる。

　加えて本実施形態におけるリフレクタアレイ５０は、暗色のフード部材９０によって覆われることで、運転者Ｄから隠されている。こうした構成であれば、空中表示像６０を表示していない表示のオフ状態においても、空中表示装置１００の上方は、不自然な意匠にはなり難い。

　またステアリングホイールＳＷの形状に起因して、リム部分ＲＭに隠れる表示面３１の範囲は、横長になり易い。そのため本実施形態の空中表示領域３３は、表示面３１の上縁部分に横長に規定されている。こうした空中表示領域３３の形状によれば、リム部分ＲＭによって隠され易い表示面３１の範囲は、空中表示像６０を表示するための領域として確実に有効利用される。

　尚、本実施形態では、リフレクタアレイ５０が「空中結像素子」に相当し、フード部材９０が「透過部材」に相当する。

　（他の実施形態）
　以上、本開示による一実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

　上記実施形態では、空中表示領域を表示面の上縁部分に位置させ、画面表示領域を空中表示領域の下側に位置させることで、空中表示像を空中表示領域よりも上方の空間中に結像させていた。しかし、空中表示像の結像位置は、上記のような空中表示装置の上方の空間に限られない。一例として、空中表示領域を画面表示領域の左右の側方、例えば画面表示領域を互いに隣り合うように画面表示領域の左側方に位置させる。そして、空中表示領域と対向するようにリフレクタアレイを設ける構成により、空中表示像が画面表示領域の左側方の空間中（助手席側の空間中）に結像されても勿論よい。さらに、空中表示領域は、画面表示領域の右斜上の側方又は下方等に規定されていてもよい。また、複数の空中表示領域が画面表示領域と隣接して設けられていてもよい。

　また、空中表示像は、画面表示領域と常に同時表示されていなくてもよい。空中表示像は、画面表示領域にて表示される一般的な表示、例えば速度計、回転計、燃料計、温度計等のように運転中にこれら一般的な表示と同時に表示するのではなく、運転者にとって必要なタイミングで表示するようにしてもよい。例えば、車両運転時において、自車両の後方、側方に接近する他車両の位置情報を空中表示像として表示するようにしてもよい。さらに、空中表示像の表示内容も安心、安全にかかわる内容を含んだものであってもよい。

　上記実施形態では、空中表示領域とリフレクタアレイとの間に一つの反射鏡が設けられていた。しかし、空中表示領域とリフレクタアレイとの間に設けられる光学系の構成は、適宜変更可能である。例えば、空中表示装置は、空中表示領域から射出された光をリフレクタアレイの一方の入射面に直接的に入射させる構成であってもよい。さらに、複数（例えば三つ）の反射鏡が空中表示領域からリフレクタアレイまでの光路に設けられていてもよい。

　具体的には、第一の反射鏡は、空中表示領域から正面方向ＦＤに射出された光を上方に反射する。第二の反射鏡は、第一の反射鏡にて上方に反射された光を奥側（車両前方）へ向けて反射する。第三の反射鏡は、第二の反射鏡にて反射された光を、再び上方のリフレクタアレイへ向けて反射する。以上の構成であれば、空中表示像の結像位置を運転者Ｄから遠ざけることができるため、前景から空中表示像へ視線を移動させる際に焦点距離を変化させる運転者Ｄの負荷が軽減される。

　上記実施形態のリフレクタアレイは、各貫通孔における二つの側壁面に鏡面を形成した構成であった。しかし、リフレクタアレイの構成は、二つの垂直な鏡面を有する多数の単位光学素子を形成できれば、適宜変更されてよい。例えば、リフレクタアレイは、透明な四角柱状の突起部を単位光学素子とし、多数の突起部を二次元状に配列した構成であってもよい。こうした構成では、突起部の四つの側壁面のうちの隣接する二つが鏡面状とされる。さらに、各単位光学素子に形成される二つの鏡面は、板厚方向にずれた配置とされてもよい。また、二つの鏡面を形成する貫通孔は、光を透過させることができれば、物理的に貫通していなくてもよい。

　上記実施形態の空中表示像は、リフレクタアレイの正面方向ＦＤに結像されていた。しかし、空中表示像の結像位置は、反射鏡及びリフレクタアレイ等の光学系の空中表示領域に対する相対的な位置及び姿勢の変更により、適宜調整されてよい。

　上記実施形態では、リフレクタアレイを覆うフード部材が設けられていた。しかし、フード部材に相当する構成が省略されることにより、リフレクタアレイの射出側となる面が運転者Ｄから視認可能に露出していてもよい。またフード部材は、例えばインスツルメントパネルを構成する部材或いはインスツルメントパネルの一部であり、空中表示装置の構成に含まれていなくてもよい。

　上記実施形態の空中表示領域は、幅方向ＷＤを長手方向とする横長に形成されていた。しかし、空中表示領域の形状は、適宜変更されてよい。加えて、複数の空中表示領域が表示面の上縁部分に規定されていてもよい。例えば、リム部分ＲＭに隠れ易い上縁部分の左右の隅部に、空中表示領域が一つずつ形成されていてもよい。さらに、画面表示領域及び空中表示領域は、矩形状でなくてもよい。例えば、画面表示領域の上縁は、リム部分ＲＭの内周側の形状に合わせて、中央が上方へ向けて凸状に湾曲していてもよい。

　さらに、表示パネルの構成及び形状は、適宜変更可能である。例えば表示パネルは、矩形状ではない異型の液晶表示器を用いた構成であってもよい。さらに、表示面を形成する構成は、液晶表示器に限定されない。例えば表示パネルは、有機ＥＬ（Electroluminescence）ディスプレイであってもよい。また、表示面は、平面状でなくてもよい。表示面は、幅方向ＷＤの両側に向かうに従い、運転者Ｄから遠ざかる又は運転者Ｄに近づくように湾曲した形状であってもよい。こうした表示面の湾曲によれば、空中表示像も、立体感な表示態様となる。

Claims

　車両（Ａ）に搭載され、車両の運転席に着座する運転者（Ｄ）へ向けて情報を表示する空中表示装置であって、
　画像を発光する表示面（３１）を運転席側へ向けた姿勢で配置され、画面表示領域（３２）及び画面表示領域の側方に位置する空中表示領域（３３）を前記表示面に有する表示パネル（３０）と、
　前記空中表示領域から射出される光を、前記空中表示領域の側方の空間中に空中表示像（６０）として結像させる空中結像素子（５０）と、
　を備える空中表示装置。
　前記空中表示領域は、設置された姿勢にて前記表示面の上縁部分に位置しており、
　前記画面表示領域は、前記空中表示領域の下側に位置しており、
　前記空中結像素子は、前記空中表示像を前記空中表示領域よりも上方の空間中に結像させるように配置されている請求項１に記載の空中表示装置。
　前記空中表示領域から射出される光を、前記空中結像素子へ向けて反射する反射鏡（４０）、をさらに備える請求項１に記載の空中表示装置。
　前記反射鏡は、前記空中表示領域から射出される光を上方へ向けて反射し、
　前記空中結像素子は、前記反射鏡の上方に位置し、前記空中結像素子に対し前記表示面の向く正面方向（ＦＤ）に前記空中表示像を結像させる請求項３に記載の空中表示装置。
　前記空中結像素子を覆うことにより前記運転席側から前記空中結像素子を隠し、前記空中結像素子から射出される光を透過させる暗色の透過部材（９０）、をさらに備える請求項１～３のいずれか一項に記載の空中表示装置。
　前記空中表示領域は、前記表示面の上縁部分に横長に規定されており、
　前記空中結像素子は、前記空中表示領域から射出される光を結像させることによって横長の前記空中表示像を結像させる請求項２～５のいずれか一項に記載の空中表示装置。
　前記空中表示領域は、前記表示面のうちで、前記運転者から見て前記車両のステアリングホイールによって隠される範囲を含むように規定されている請求項２～６のいずれか一項に記載の空中表示装置。