JP7152449B2 - 車両用表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両用表示装置に関する。
従来、立体的な虚像を表示する装置がある。特許文献１には、透視図法を用いて生成された線を含む虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置は、運転者から見て上方に向かうにつれて遠ざかるように傾斜していることを強調するための虚像を表示する。
立体的な虚像を表示する場合に、虚像におけるコントラストの低下を抑制できることが望ましい。
本発明の目的は、コントラストの低下を抑制しつつ立体的な虚像を表示することができる車両用表示装置を提供することである。
本発明の車両用表示装置は、画像を表示する表示面を有する液晶表示装置と、反射面を有し、前記表示面から車両のアイポイントまでの表示光の光路を形成する光学系と、を備え、前記光学系は、前記表示光の光路において最も前記表示面の近くに位置する第一の反射面を有し、かつ前記表示光を拡大して反射する拡大反射面を含み、画像横方向から見た場合に、前記表示面は、前記表示面から前記第一の反射面へ向かう前記表示光の光軸に対して傾斜しており、前記光学系は、前記表示面から前記第一の反射面へ向かうに従って前記表示光の光路における画像縦方向の幅が狭くなるように構成されていることを特徴とする。
本発明に係る車両用表示装置の表示面は、画像横方向から見た場合に、表示面から第一の反射面へ向かう表示光の光軸に対して傾斜している。光学系は、表示面から第一の反射面へ向かうに従って表示光の光路における画像縦方向の幅が狭くなるように構成されている。本発明に係る車両用表示装置によれば、コントラストの低下を抑制しつつ立体的な虚像を表示することができるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施形態に係る車両用表示装置につき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、下記の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。
［実施形態］
図１から図５を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用表示装置に関する。図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図、図２は、実施形態に係るバックライトを示す図、図３は、実施形態に係る表示光の光路を示す図、図４は、実施形態に係る表示光の光路を示す図、図５は、比較例に係る表示光の光路を示す図である。
図１から図５を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、車両用表示装置に関する。図１は、実施形態に係る車両用表示装置の概略構成図、図２は、実施形態に係るバックライトを示す図、図３は、実施形態に係る表示光の光路を示す図、図４は、実施形態に係る表示光の光路を示す図、図５は、比較例に係る表示光の光路を示す図である。
図１に示すように、実施形態に係る車両用表示装置１は、液晶表示装置２と、光学系３と、を有する。車両用表示装置１は、液晶表示装置２から出射される表示光により、虚像１０を形成する。本実施形態の車両用表示装置１は、虚像１０を車両１００の前景に重ねて表示するように構成されている。虚像１０は、例えば、車両１００の前方の路面に重ねて表示される。表示される虚像１０は、例えば、ナビゲーション装置による経路案内の表示や、検出された注意対象に関する表示である。
図２に示すように、液晶表示装置２は、液晶パネル４およびバックライトユニット５を有する。液晶パネル４は、例えば、ＴＦＴ－ＬＣＤ（Thin Film Transistor－Liquid Crystal Display）である。ただし、液晶パネル４は、ＴＦＴ－ＬＣＤ以外の液晶パネルであってもよい。液晶パネル４は、画像を表示する表示面４１を有する。表示面４１の形状は、例えば、矩形である。例示された液晶パネル４では、車両上下方向Ｈに対して画像縦方向Ｖが逆である。図１に示すように、光学系３は、表示面４１の下部に位置する画素Ｐｄが虚像１０において画像上部の画素Ｉｕとなるように構成されている。また、光学系３は、表示面４１の上部に位置する画素Ｐｕが虚像１０において画像下部の画素Ｉｄとなるように構成されている。
図２に示すように、バックライトユニット５は、液晶パネル４に対して背面側に配置されている。バックライトユニット５は、液晶パネル４の背面４２と対向している。背面４２は、表示面４１とは反対側の面である。バックライトユニット５は、光源６およびマイクロレンズアレイ７を有する。光源６は、例えば、画像縦方向Ｖおよび画像横方向Ｈに沿って配列された複数の発光素子を有する。発光素子は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源６は、発光素子から出射される光を集光する集光レンズを有している。集光レンズは、例えば、マイクロレンズアレイ７に対して直交する方向に光を集光する。光源６から出射される光は、マイクロレンズアレイ７を介して液晶パネル４に照射される。
マイクロレンズアレイ７は、画像縦方向Ｖおよび画像横方向Ｈに沿って配列された複数の微小なレンズを有する。マイクロレンズアレイ７は、液晶パネル４に向けて照射する照明光１１の向きを制御する。本実施形態のマイクロレンズアレイ７は、図２に示すように、バックライトユニット５から液晶パネル４へ向かうに従って画像縦方向で照明光１１を集光するように構成されている。図２における照明光１１の矢印は、各点における照明光１１の光軸１１ｄ，１１ｘ，１１ｕの方向を示している。マイクロレンズアレイ７の特性についての詳細は後述する。
図１および図３に示すように、光学系３は、第一の反射部材３１、第二の反射部材３２、および第三の反射部材３３を有する。第一の反射部材３１は、表示光３０を反射する第一の反射面３１ａを有する。同様に、第二の反射部材３２は第二の反射面３２ａを有し、第三の反射部材３３は第三の反射面３３ａを有する。第三の反射面３３ａは、表示光３０をウインドシールド１０１の反射面１０１ａに向けて反射する。ウインドシールド１０１は、ドライバ２００の前方に配置されており、透明なガラス等で形成されている。
例示された第一の反射面３１ａは、平面である。つまり、第一の反射部材３１は、平面ミラーである。第二の反射面３２ａおよび第三の反射面３３ａは、凹形状の自由曲面である。第二の反射面３２ａおよび第三の反射面３３ａは、表示光３０を拡大して反射する。表示面４１に表示された画像の表示光３０は、第一の反射面３１ａ、第二の反射面３２ａ、および第三の反射面３３ａの順で反射される。第三の反射面３３ａによって反射された表示光３０は、ウインドシールド１０１の反射面１０１ａによってアイポイントＥＰに向けて反射される。アイポイントＥＰは、ドライバ２００の目の位置として想定される位置、または検出手段によって検出されたドライバ２００の目の位置である。検出手段は、例えば、ドライバ２００を撮像するカメラである。
ドライバ２００は、反射面１０１ａによって反射された表示光３０により虚像１０を視認する。虚像１０は、ウインドシールド１０１よりも車両前後方向Ｌの前方の位置において結像する。本実施形態の車両用表示装置１は、虚像１０を路面ＲＳに対して傾斜させるように構成されている。図１に示すように、車両用表示装置１は、虚像１０の上部１０ｕを虚像１０の下部１０ｄよりも車両前後方向Ｌの前方において結像させる。つまり、虚像１０の上部１０ｕに対応する表示光３０の光路長は、虚像１０の下部１０ｄに対応する表示光３０の光路長よりも長い。
虚像１０を傾斜させる手段の一つとして、図４に示すように、表示面４１が表示光３０の光軸３０ｘに対して傾斜している。光軸３０ｘは、表示面４１から第一の反射面３１ａへ向かう表示光３０の光軸である。光軸３０ｘは、表示面４１の中心４１ｃから出射される光のうち、アイポイントＥＰへ向かう光の進路である。言い換えると、光軸３０ｘは、ドライバ２００によって視認される表示光３０の光軸である。画像横方向Ｈから見た場合に、表示面４１は光軸３０ｘに対して傾斜している。
より詳しくは、表示面４１は、表示光３０の第一経路３０ｕにおける光路長が、表示光３０の第二経路３０ｄにおける光路長よりも短くなるように傾斜している。ここで、第一経路３０ｕは、虚像１０の上部１０ｕを形成する光の経路である。例示された車両用表示装置１における第一経路３０ｕは、表示面４１の下部４１ａからアイポイントＥＰへ至る光の経路である。第二経路３０ｄは、虚像１０の下部１０ｄを形成する光の経路である。例示された車両用表示装置１における第二経路３０ｄは、表示面４１の上部４１ｂからアイポイントＥＰへ至る光の経路である。
本実施形態の光学系３は、表示面４１から第一の反射面３１ａへ向かうに従って表示光３０の光路２０における画像縦方向Ｖの幅Ｗｄが狭くなるように構成されている。言い換えると、光学系３は、表示面４１から第一の反射面３１ａへ近づくに従って第一経路３０ｕおよび第二経路３０ｄが互いに近づくように構成されている。例示された光学系３では、第一経路３０ｕの傾斜角θｕは、第二経路３０ｄの傾斜角θｄよりも大きい。傾斜角θｕは、表示面４１の垂線に対する第一経路３０ｕの傾斜角である。傾斜角θｄは、上記垂線に対する第二経路３０ｄの傾斜角である。また、光軸３０ｘの傾斜角θｃは、第二経路３０ｄの傾斜角θｄよりも大きく、第一経路３０ｕの傾斜角θｕよりも小さい。傾斜角θｃは、上記垂線に対する光軸３０ｘの傾斜角である。
本実施形態の車両用表示装置１では、表示面４１から第一の反射面３１ａに向けて光路２０の幅Ｗｄが狭まることで、以下に説明するように、コントラストの低下が抑制される。図５には、比較例に係る光学系３００が示されている。比較例の光学系３００は、表示面４１から第一の反射面３１ａへ向かうに従って光路の幅Ｗｄが広くなるように構成されている。この場合に、表示光３０の光軸３０ｘに対して表示面４１を傾けると、第二経路３０ｄの傾斜角βｄが大きな角度となる。傾斜角βｄが大きくなることで、虚像１０におけるコントラストの低下を招きやすい。
これに対して、本実施形態に係る光学系３は、第二経路３０ｄの傾斜角θｄを小さな角度としてコントラストの低下を抑制することが可能である。また、本実施形態の光学系３は、第一経路３０ｕの傾斜角θｕが最大角θｔ以下となるように構成されている。最大角θｔは、必要なコントラストを確保する観点から定められる閾値である。最大角θｔは、例えば、液晶パネル４の視野角に基づいて定められる。
また、本実施形態に係るバックライトユニット５は、虚像１０におけるコントラストの低下を抑制するように構成されている。図２を参照して説明したように、バックライトユニット５は、表示面４１へ向かうに従って画像縦方向Ｖで照明光１１を集光する。よって、バックライトユニット５は、表示光３０の光路２０へ向けて光源６の光を集中させることができる。また、マイクロレンズアレイ７は、照明光１１の光軸１１ｘが表示光３０の光軸３０ｘに沿うように構成されている。よって、マイクロレンズアレイ７は、表示光３０の光路２０へ向けて効率よく照明光１１を集めることができる。
また、マイクロレンズアレイ７は、表示面４１の下部４１ａに対して第一経路３０ｕに沿った方向の光を照射する。より詳しくは、マイクロレンズアレイ７の下部７ａのレンズが出射する光の光軸１１ｕは、第一経路３０ｕに沿っている。よって、虚像１０の上部１０ｕにおけるコントラストの向上が可能となる。
また、マイクロレンズアレイ７は、表示面４１の上部４１ｂに対して第二経路３０ｄに沿った方向の光を照射する。より詳しくは、マイクロレンズアレイ７の上部７ｂのレンズが出射する光の光軸１１ｄは、第二経路３０ｄに沿っている。よって、虚像１０の下部１０ｄにおけるコントラストの向上が可能となる。
以上説明したように、本実施形態に係る車両用表示装置１は、液晶表示装置２と、光学系３と、を有する。液晶表示装置２は、画像を表示する表示面４１を有する。光学系３は、反射面３１ａ，３２ａ，３３ａを有し、表示面４１から車両１００のアイポイントＥＰまでの表示光３０の光路２０を形成する。
反射面３１ａ，３２ａ，３３ａは、第一の反射面３１ａを有する。第一の反射面３１ａは、表示光３０の光路２０において最も表示面４１の近くに位置する反射面である。また、反射面３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、表示光３０を拡大して反射する拡大反射面を含む。本実施形態では、第二の反射面３２ａおよび第三の反射面３３ａが拡大反射面である。
画像横方向Ｈから見た場合に、表示面４１は、表示面４１から第一の反射面３１ａへ向かう表示光３０の光軸３０ｘに対して傾斜している。光学系３は、表示面４１から第一の反射面３１ａへ向かうに従って表示光３０の光路２０における画像縦方向Ｖの幅Ｗｄが狭くなるように構成されている。本実施形態の車両用表示装置１は、虚像１０のコントラストの低下を抑制しつつ光軸３０ｘに対して表示面４１を傾斜させ、立体的な虚像１０を表示させることができる。
本実施形態の光学系３は、車両１００のウインドシールド１０１によって表示光３０をアイポイントＥＰへ向けて反射させて表示光３０による虚像を形成する。表示面４１は、虚像１０の上部１０ｕが虚像１０の下部１０ｄよりも車両前後方向Ｌの前方において結像するように表示光３０の光軸３０ｘに対して傾斜している。これにより、前景に重ねて表示される虚像１０の視認性が向上する。
表示光３０の光路２０は、画像縦方向Ｖにおける下端側の境界線である第一境界線を得する。本実施形態では、第二経路３０ｄが第一境界線に相当する。表示面４１の垂線に対する第二経路３０ｄの傾斜角θｄは、垂線に対する表示光３０の光軸３０ｘの傾斜角θｃよりも小さい。表示面４１をこのように傾斜させることで、第一経路３０ｕの光路長を第二経路３０ｄの光路長よりも長くすることが可能である。
本実施形態の液晶表示装置２は、表示面４１に対して背面側から照明光１１を照射するバックライトユニット５を有する。バックライトユニット５は、バックライトユニット５から表示面４１へ向かうに従って画像縦方向Ｖで照明光１１を集光するように構成されている。表示光３０の光路２０に向けて照明光１１が集光されることで、虚像１０におけるコントラストの向上を図ることができる。
本実施形態のバックライトユニット５の光軸１１ｘは、表示面４１から第一の反射面３１ａへ向かう表示光３０の光軸３０ｘに沿っている。よって、照明光１１が光軸３０ｘに沿って効果的に集光される。
［実施形態の変形例］
液晶表示装置２は、バックライトユニット５を有していないものであってもよい。第一の反射面３１ａは、平面には限定されない。第一の反射面３１ａは、自由曲面等の拡大反射面であってもよい。光学系３が有する反射面の数は、三つには限定されない。光学系３は、少なくとも一つの反射面を有し、かつ少なくとも一つの拡大反射面を有していればよい。光学系３が有する反射面が一つである場合、第一の反射面３１ａが拡大反射面とされる。表示光３０をアイポイントＥＰに向けて反射する反射部材は、ウインドシールド１０１には限定されず、例えば、コンバイナであってもよい。
液晶表示装置２は、バックライトユニット５を有していないものであってもよい。第一の反射面３１ａは、平面には限定されない。第一の反射面３１ａは、自由曲面等の拡大反射面であってもよい。光学系３が有する反射面の数は、三つには限定されない。光学系３は、少なくとも一つの反射面を有し、かつ少なくとも一つの拡大反射面を有していればよい。光学系３が有する反射面が一つである場合、第一の反射面３１ａが拡大反射面とされる。表示光３０をアイポイントＥＰに向けて反射する反射部材は、ウインドシールド１０１には限定されず、例えば、コンバイナであってもよい。
上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
１ 車両用表示装置
２ 液晶表示装置
３ 光学系
４ 液晶パネル
５ バックライトユニット
６ 光源
７ マイクロレンズアレイ
１０ 虚像
１０ｕ：虚像の上部、 １０ｄ：虚像の下部
１１ 照明光
１１ｘ：光軸
２０ 光路
３０ 表示光
３０ｕ：第一経路、 ３０ｄ：第二経路、 ３０ｘ：光軸
４１：表示面
４１ａ：下部、 ４１ｂ：上部、 ４１ｃ：中心
４２：背面
１００：車両、 １０１：ウインドシールド
２００ ドライバ
ＥＰ アイポイント
Ｐｕ：上部に位置する画素、 Ｐｄ：下部に位置する画素
ＲＳ 路面
Ｗｄ 光路の幅
θｃ：光軸の傾斜角、 θｕ：第一経路の傾斜角、 θｄ：第二経路の傾斜角
２ 液晶表示装置
３ 光学系
４ 液晶パネル
５ バックライトユニット
６ 光源
７ マイクロレンズアレイ
１０ 虚像
１０ｕ：虚像の上部、 １０ｄ：虚像の下部
１１ 照明光
１１ｘ：光軸
２０ 光路
３０ 表示光
３０ｕ：第一経路、 ３０ｄ：第二経路、 ３０ｘ：光軸
４１：表示面
４１ａ：下部、 ４１ｂ：上部、 ４１ｃ：中心
４２：背面
１００：車両、 １０１：ウインドシールド
２００ ドライバ
ＥＰ アイポイント
Ｐｕ：上部に位置する画素、 Ｐｄ：下部に位置する画素
ＲＳ 路面
Ｗｄ 光路の幅
θｃ：光軸の傾斜角、 θｕ：第一経路の傾斜角、 θｄ：第二経路の傾斜角
Claims (5)
- 画像を表示する表示面を有する液晶表示装置と、
反射面を有し、前記表示面から車両のアイポイントまでの表示光の光路を形成する光学系と、
を備え、
前記光学系は、前記表示光の光路において最も前記表示面の近くに位置する第一の反射面を有し、かつ前記表示光を拡大して反射する拡大反射面を含み、
画像横方向から見た場合に、前記表示面は、前記表示面から前記第一の反射面へ向かう前記表示光の光軸に対して傾斜しており、
前記光学系は、前記表示面から前記第一の反射面へ向かうに従って前記表示光の光路における画像縦方向の幅が狭くなるように構成されている
ことを特徴とする車両用表示装置。 - 前記光学系は、前記車両のウインドシールドによって前記表示光を前記アイポイントへ向けて反射させて前記表示光による虚像を形成し、
前記表示面は、前記虚像の上部が前記虚像の下部よりも車両前後方向の前方において結像するように前記表示光の光軸に対して傾斜している
請求項１に記載の車両用表示装置。 - 前記表示光の光路は、画像縦方向における前記虚像の下端に対応する境界線である第一境界線を有し、
前記表示面の垂線に対する前記第一境界線の傾斜角は、前記垂線に対する前記表示光の光軸の傾斜角よりも小さい
請求項２に記載の車両用表示装置。 - 前記液晶表示装置は、前記表示面に対して背面側から照明光を照射するバックライトユニットを有し、
前記バックライトユニットは、前記バックライトユニットから前記表示面へ向かうに従って画像縦方向で前記照明光を集光するように構成されている
請求項１から３の何れか１項に記載の車両用表示装置。 - 前記照明光の光軸は、前記表示面から前記第一の反射面へ向かう前記表示光の光軸に沿っている
請求項４に記載の車両用表示装置。
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