JP2019028137A

JP2019028137A - 車両用表示装置

Info

Publication number: JP2019028137A
Application number: JP2017144486A
Authority: JP
Inventors: 青木　邦光; Kunimitsu Aoki; 邦光青木
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2019-02-21
Also published as: US10802272B2; US20190033584A1; DE102018212234A1

Abstract

【課題】容易に小型化を図ることができる車両用表示装置を提供する。【解決手段】車両用表示装置１Ａは、車両１００のドライバ２００に視認させる表示画像に対応する表示光１４を出射する表示デバイス１１と、表示光１４を反射して車両１００のウインドシールド１０１に表示画像を投影する拡大ミラー５と、表示デバイス１１と拡大ミラー５との間の光路上に配置され、かつ表示光１４を反射する凹状の反射面７ａを有する折り返しミラー７とを備える。拡大ミラー５は、折り返しミラー７より拡大倍率が高く設定される。折り返しミラー７は、折り返しミラー７と表示デバイス１１との距離をａ、折り返しミラー７の焦点距離をｆとした場合に、表示デバイス１１に対して、ａ＞２ｆを満たす位置に配置され、かつ折り返しミラー７から距離ｂ離れた光路上に表示画像に対応する実像２１を倍率ｂ／ａで結像させる。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

近年、自動車等の車両には、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head Up Display）等の車両用表示装置を搭載するものがある。車両用表示装置には、例えば表示デバイスから出射された表示光を平面ミラーで折り返して凹面ミラーに入射し、当該凹面ミラーで反射させてウインドシールドに投影することで、ドライバに虚像を視認させるものがある。

例えば、特許文献１では、凸面状スクリーン上に表示画像の実像を結像させるプロジェクタと、凸面状スクリーン上に結像された表示画像の実像の虚像を形成する凹面鏡とを備え、凹面鏡が形成する虚像を表示する画像表示装置が開示されている。また、特許文献２では、自動車の計器用の表示画像に対応する実像を、非球面ミラーを利用して、運転者と計器板間の距離よりも大きな視界距離の位置に結像させる自動車装置用実像表示装置が開示されている。

特開２００９−１４９６２号公報特表平２−５０１２３８号公報

ＨＵＤでは、表示デバイス内のＴＦＴ液晶（Thin Film Transistor−Liquid Crystal Display）等が既製サイズで作られていることから更なる小型化が難しく、反射ミラーや拡大ミラー等の光学系の改善による小型化が望まれている。

本発明は、容易に小型化を図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。

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、車両のドライバに視認させる表示画像に対応する表示光を出射する表示デバイスと、前記表示光を反射して前記車両のウインドシールドに前記表示画像を投影する第１反射ミラーと、前記表示デバイスと前記第１反射ミラーとの間の光路上に配置され、かつ前記表示光を反射する凹状の反射面を有する第２反射ミラーとを備え、前記第１反射ミラーは、前記第２反射ミラーより拡大倍率が高く設定され、前記第２反射ミラーは、前記第２反射ミラーと前記表示デバイスとの距離をａ、前記第２反射ミラーの焦点距離をｆとした場合に、前記表示デバイスに対して、ａ＞２ｆを満たす位置に配置され、かつ前記第２反射ミラーから距離ｂ離れた光路上に前記表示画像に対応する実像を倍率ｂ／ａで結像させることを特徴とする。

上記車両用表示装置において、前記第２反射ミラーは、前記反射面が球面形状または非球面形状を有することが好ましい。

本発明に係る車両用表示装置によれば、容易に小型化を図ることができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成を示す模式図である。図２は、実施形態に係る折り返しミラーと表示デバイスの位置関係を示す模式図である。図３は、実施形態に係る車両用表示装置に入射された外光の光路を説明するための模式図である。図４は、実施形態の変形例に係る車両用表示装置の概略構成を示す模式図である。

以下に、本発明に係る車両用表示装置の実施形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの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。

［実施形態］
図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成を示す模式図である。図２は、実施形態に係る折り返しミラーと表示デバイスの位置関係を示す模式図である。図３は、実施形態に係る車両用表示装置に入射された外光の光路を説明するための模式図である。なお、図１は、車両用表示装置を搭載した車両を側方側から視た場合の各要素の位置関係を示す図である。

本実施形態に係る車両用表示装置１Ａ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（ＨＵＤ）である。車両用表示装置１Ａは、車両１００のダッシュボード（不図示）の内側に配置され、車両１００のウインドシールド１０１に表示画像を投影する。車両用表示装置１Ａは、ウインドシールド１０１に表示画像を投影して、アイポイント２０１の前方に虚像１１０を表示する。アイポイント２０１は、運転席（不図示）に着座したドライバ２００の目視位置である。ドライバ２００は、ウインドシールド１０１によって反射された画像を虚像１１０として認識する。虚像１１０は、ドライバ２００にとって、ウインドシールド１０１よりも前方に認識される。車両用表示装置１Ａは、表示ユニット３と、拡大ミラー５と、折り返しミラー７と、筐体９とを含んで構成される。

表示ユニット３は、折り返しミラー７を介して拡大ミラー５に向けて表示光１４を出射し、当該拡大ミラー５で反射した表示光１４による表示画像によってドライバ２００に種々の視覚情報を提供するものである。視覚情報には、車両に関する種々の情報、例えばドライバ２００の運転を支援するための情報が含まれる。表示ユニット３は、その一部が車両用表示装置１Ａの外部の外気に触れるように筐体９に収容されている。表示ユニット３は、表示デバイス１１と、バックライト１２と、ヒートシンク１３とを含んで構成される。

表示デバイス１１は、ドライバ２００に視認させる表示画像に対応する表示光１４を出射する。表示デバイス１１は、例えば透過型または半透過型のＴＦＴ液晶（ＴＦＴ−ＬＣＤ）等で構成される。表示デバイス１１は、車両１００に搭載された制御部（不図示）からの制御指示に応じて数字や文字、図形等を含む表示画像を表示する。表示デバイス１１は、平面状の表示面１１ａを有する。表示デバイス１１は、表示面１１ａが折り返しミラー７に向けて配置される。

バックライト１２は、表示デバイス１１を背面側から照明するものである。バックライト１２は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）、レンズアレイ、および拡散シートを含んで構成される。ＬＥＤは光源である。バックライト１２は、複数のＬＥＤが基板（不図示）の表面側（表示デバイス１１側）に実装されている。レンズアレイは、例えば略半球状のレンズが面状に複数個配列された光学素子である。レンズアレイは、各レンズの凸部が表示デバイス１１に向かって突出し、その反対側の平面がＬＥＤと対向するように配置されている。レンズアレイの各レンズは、ＬＥＤから入射した光を表示デバイス１１に向けて出射する。拡散シートは、薄板状に形成されており、表示デバイス１１とレンズアレイとの間に配置される。拡散シートは、レンズアレイから入射した光を表示デバイス１１に向けて拡散して出射する。

ヒートシンク１３は、いわゆる放熱部材である。ヒートシンク１３は、上記基板の裏面側に積層されており、当該基板に蓄積される熱を車両用表示装置１Ａの外部に放出する。ヒートシンク１３は、車両用表示装置１Ａの外部の外気に触れるように配置される。

拡大ミラー５は、第１反射ミラーである。拡大ミラー５は、折り返しミラー７により反射された表示光１４の光路上に配置される。拡大ミラー５は、表示光１４を反射して車両１００のウインドシールド１０１に当該表示光１４で表示させる表示画像を投影する。拡大ミラー５は、凹面鏡であり、ウインドシールドに投影する表示画像を拡大する。拡大ミラー５は、後述する折り返しミラー７より拡大倍率が高く設定されている。拡大ミラー５は、例えば５〜６倍の拡大倍率を有することが好ましいが、これらの数値に限定されるものではない。拡大ミラー５は、非球面ミラーであり、凹状かつ非球面の反射面５ａを有する。反射面５ａは、入射した表示光１４を拡散して反射する部分である。

折り返しミラー７は、第２反射ミラーである。折り返しミラー７は、表示デバイス１１と拡大ミラー５との間の光路上に配置され、表示デバイス１１から出射された表示光１４を拡大ミラー５に向けて反射する。折り返しミラー７は、表示デバイス１１と対向する位置に配置されている。折り返しミラー７は、凹面鏡であり、表示デバイス１１と拡大ミラー５との間の光路上に、表示画像に対応する実像２１を結像させる。折り返しミラー７は、球面ミラーであり、凹状かつ球面の反射面７ａを有する。反射面７ａは、表示デバイス１１から入射した表示光１４を反射して光路上に実像２１を結像させる部分である。

筐体９は、表示ユニット３、拡大ミラー５、および折り返しミラー７を含む種々の部品を収容する。筐体９は、絶縁性の樹脂材料等によって構成される。筐体９は、ウインドシールド１０１に向かう面に透明カバー９ａを有する。拡大ミラー５により反射された表示光１４は、透明カバー９ａを介してウインドシールド１０１に照射される。

次に、車両用表示装置１Ａにおける折り返しミラー７と表示デバイス１１との位置関係を折り返しミラー７により結像される実像２１について図２を参照して説明する。表示デバイス１１は、表示面１１ａと対向する位置に折り返しミラー７が配置される。折り返しミラー７は、表示デバイス１１の表示面１１ａから距離ａ離れた位置（点Ｐ）に配置される。折り返しミラー７は、反射面７ａが点Ｏを中心とする半径ｒの球面反射面とすると、ａ＞ｒとなる位置に配置される。折り返しミラー７は、反射面７ａに入射する表示光１４の主光線を基準光軸Ｌとすると、基準光軸Ｌ上のＯＰ間に焦点Ｆを有する。点Ｐから焦点Ｆまでの焦点距離ｆは、ｒ／２である。折り返しミラー７は、表示デバイス１１までの距離をａ、焦点距離をｆとすると、表示デバイス１１に対して、ａ＞２ｆを満たす位置に配置されることが好ましい。折り返しミラー７は、表示デバイス１１から出射された表示光１４を反射して点Ｐから距離ｂ離れた位置に実像２１を結像する。実像２１は、表示デバイス１１に表示された表示画像より小さく上下逆さになっている。例えば、表示画像（表示デバイス１１）の上下方向の長さをｘとし、実像２１の上下方向の長さをｙとするとｘ＞ｙとなる。また、実像２１は、表示画像に対して倍率ｂ／ａの大きさに拡大されたものである。

以上説明したように、本実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、車両１００のドライバ２００に視認させる表示画像に対応する表示光１４を出射する表示デバイス１１と、表示光１４を反射して車両１００のウインドシールド１０１に表示画像を投影する拡大ミラー５と、表示デバイス１１と拡大ミラー５との間の光路上に配置され、かつ表示光１４を反射する凹状の反射面７ａを有する折り返しミラー７とを備える。拡大ミラー５は、折り返しミラー７より拡大倍率が高く設定される。折り返しミラー７は、折り返しミラー７と表示デバイス１１との距離をａ、折り返しミラー７の焦点距離をｆとした場合に、表示デバイス１１に対して、ａ＞２ｆを満たす位置に配置され、かつ折り返しミラー７から距離ｂ離れた光路上に表示画像に対応する実像２１を倍率ｂ／ａで結像させる。

上記構成を有する車両用表示装置１Ａによれば、表示光１４の光路上に２つの凹面鏡（拡大ミラー５，折り返しミラー７）を配置することで拡大倍率を上げて投射距離を短くすることができ、よって筐体９の奥行きを薄くして容易に小型化を図ることができる。ＨＵＤを小型化する場合、拡大ミラー５の拡大倍率を上げて投射距離を短くすることができるが、併せて表示デバイス１１も小型化する必要がある。例えばＴＦＴ液晶のドット表示を小さくすると、透過率が低下して表示品質が劣化するおそれがある。そこで、凹状かつ球面の反射面７ａを有する折り返しミラー７により表示光１４の光路上に表示デバイス１１の表示画像に対する実像２１を結像するように構成したので、表示デバイス１１を小型化することなく、拡大ミラー５の拡大倍率をあげることができ、投射距離を短くすることができる。また、折り返しミラー７が平面ミラーの場合、筐体９の透明カバー９ａを介して太陽光等が入射すると、拡大ミラー５で集光した光が平面ミラーで折り返されて表示デバイス１１に照射され、集光熱により表示デバイス１１の熱破壊が生じるおそれがある。図３に示すように、折り返しミラー７が凹面鏡であることから、拡大ミラー５の拡大倍率があがっても、集光した光が表示デバイス１１に向かうことなく、表示デバイス１１を保護することができる。また、拡大ミラー５が、折り返しミラー７より拡大倍率が高く設定されていることから、より大きな画面を表示することが可能となる。

また、本実施形態に係る車両用表示装置１Ａは、折り返しミラー７の反射面７ａが球面形状または非球面形状を有する。折り返しミラー７の反射面７ａが球面形状の場合には、製造コストを低減することが可能となる。折り返しミラー７の反射面７ａが非球面形状の場合には、表示歪み補正や収差補正が可能となり、表示画像の品質を向上させることができる。

［変形例］
なお、上記実施形態では、拡大ミラー５が固定されているが回動する構成であってもよい。図４は、実施形態の変形例に係る車両用表示装置の概略構成を示す模式図である。変形例に係る車両用表示装置１Ｂは、図４に示す点線のように、拡大ミラー５が回動することで表示光１４の光路の向きが変わり、ウインドシールド１０１に投影される表示画像の位置が上下方向に移動する。例えば、ドライバ２００の身長に応じて拡大ミラー５を回動することで、身長の高低にかかわらず、ドライバ２００の視認し易い位置に表示画像を投影することが可能となる。

また、上記実施形態では、表示画像の投影対象が車両１００のウインドシールド１０１であるが、これに限定されず、例えばコンバイナ等であってもよい。

また、上記実施形態では、拡大ミラー５は、凹状かつ非球面の反射面５ａを有する非球面ミラーであるがこれに限定されず、反射面５ａが凹状かつ球面の球面ミラーであってもよい。

また、上記実施形態では、折り返しミラー７は、凹状かつ球面の反射面７ａを有する球面ミラーであるがこれに限定されず、反射面７ａが凹状かつ非球面の非球面ミラーであってもよい。また、折り返しミラー７は、上述したように、表示デバイス１１の表示画像に対応する実像２１を結像できるものであればどのような構成であってもよく、例えば凸面ミラーや、複数のレンズで構成された光学系であっても構わない。

１Ａ，１Ｂ車両用表示装置
３表示ユニット
５拡大ミラー
５ａ，７ａ反射面
７折り返しミラー
９筐体
９ａ透明カバー
１１表示デバイス
１１ａ表示面
１２バックライト
１３ヒートシンク
１４表示光
２１実像
１００車両
１０１ウインドシールド
１１０虚像
２００ドライバ
２０１アイポイント

Claims

車両のドライバに視認させる表示画像に対応する表示光を出射する表示デバイスと、
前記表示光を反射して前記車両のウインドシールドに前記表示画像を投影する第１反射ミラーと、
前記表示デバイスと前記第１反射ミラーとの間の光路上に配置され、かつ前記表示光を反射する凹状の反射面を有する第２反射ミラーとを備え、
前記第１反射ミラーは、
前記第２反射ミラーより拡大倍率が高く設定され、
前記第２反射ミラーは、
前記第２反射ミラーと前記表示デバイスとの距離をａ、前記第２反射ミラーの焦点距離をｆとした場合に、前記表示デバイスに対して、ａ＞２ｆを満たす位置に配置され、かつ前記第２反射ミラーから距離ｂ離れた光路上に前記表示画像に対応する実像を倍率ｂ／ａで結像させる、
ことを特徴とする車両用表示装置。
前記第２反射ミラーは、
前記反射面が球面形状または非球面形状を有する、
請求項１に記載の車両用表示装置。