JP7447160B2

JP7447160B2 - 車両用表示装置

Info

Publication number: JP7447160B2
Application number: JP2022002804A
Authority: JP
Inventors: 範昭成島
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2022-01-12
Filing date: 2022-01-12
Publication date: 2024-03-11
Anticipated expiration: 2042-01-12
Also published as: US20240210690A1; CN117980802A; JP2023102372A; WO2023136099A1

Description

本発明は、車両用表示装置に関する。

従来、ヘッドアップディスプレイ等の車両用表示装置がある。特許文献１には、シリンドリカルレンズを透過した映像光がフロントウインドシールドを反射することで車両の乗員に映像光の虚像を視認させ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では、屈折率及び色分散が異なる材料からなる複数のレンズを用いて色収差が補正される。

特開２００８－２６８８８３号公報

車両用表示装置において、簡素な構成で色収差を抑制できることが望ましい。例えば、材料の種類や部品数の増加を抑制することと、色収差の抑制とを両立できることが好ましい。

本発明の目的は、簡素な構成で色収差を抑制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、車両に搭載されており、かつウインドシールドと対向する開口を有する筐体と、前記筐体の内部に配置され、画像の表示光を出力する画像表示装置と、前記筐体の内部に配置され、かつ前記開口を介して前記ウインドシールドと対向しており、前記表示光を前記ウインドシールドに向けて反射するミラーと、前記開口に配置されており、前記表示光を透過させる透明なカバーと、を備え、前記カバーは、前記ウインドシールドと対向する外側面と、前記ミラーと対向する内側面と、を有し、かつ前記筐体の内方に向けて湾曲しており、前記内側面は、前記画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面であり、前記内側面の形状は、前記カバーを透過して前記ウインドシールドへ向けて出射する前記表示光において色収差による色の分離角度を１［ｍｒａｄ］以下とする形状であることを特徴とする。

本発明に係る車両用表示装置において、透明なカバーの内側面は、画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面である。内側面の形状は、カバーを透過してウインドシールドへ向けて出射する表示光において色収差による色の分離角度を１［ｍｒａｄ］以下とする形状である。本発明に係る車両用表示装置によれば、簡素な構成で表示光の色収差を抑制す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が搭載された車両を示す図である。図２は、実施形態に係る車両用表示装置の斜視図である。図３は、実施形態のカバーを透過する表示光を示す斜視図である。図４は、実施形態のカバーを透過する表示光を示す断面図である。

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４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が搭載された車両を示す図、図２は、実施形態に係る車両用表示装置の斜視図、図３は、実施形態のカバーを透過する表示光を示す斜視図、図４は、実施形態のカバーを透過する表示光を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車両用表示装置１は、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、画像の表示光Ｌｔをウインドシールド１１０に向けて投影する。表示光Ｌｔは、ウインドシールド１１０の反射面１１０ａによってアイポイントＥＰに向けて反射される。車両１００のドライバは、表示光Ｌｔによって虚像Ｖｉを視認することができる。虚像Ｖｉは、車両１００の前方の対象物に重畳されて表示されてもよい。虚像Ｖｉは、車両１００のメータ画像であってもよい。

車両用表示装置１は、筐体２、画像表示装置３、ミラー４、カバー５、および制御部６を有する。筐体２は、アイポイントＥＰに対して車両前方に配置されており、例えば、インストルメントパネル１２０に収容されている。筐体２は、遮光性の材料で形成される。筐体２は、車両上下方向においてウインドシールド１１０と対向する開口２１を有する。例示された開口２１は、筐体２の上面に配置されており、筐体２の前端部に位置する。

画像表示装置３およびミラー４は、筐体２の内部に配置されている。画像表示装置３は、画像の表示光Ｌｔを出力する装置である。例示された画像表示装置３は、表示器３１およびバックライトユニット３２を有する。表示器３１は、例えば、ＴＦＴ－ＬＣＤ（Thin Film Transistor－Liquid Crystal Display）等の液晶表示装置である。画像表示装置３は、バックライトユニット３２の光によって表示光Ｌｔを生成する。表示器３１およびバックライトユニット３２は、制御部６によって制御される。

ミラー４は、表示光Ｌｔをウインドシールド１１０に向けて反射する反射部材である。ミラー４は、凹状の反射面４１を有しており、画像を拡大することができるように構成されている。ミラー４の反射面４１は、例えば、画像補正機能を有する自由曲面である。より詳しくは、反射面４１の形状は、ウインドシールド１１０の反射面１１０ａにおいて表示光Ｌｔが反射されるときに生じる画像の歪みを補正するように設計されている。反射面４１によって反射された表示光Ｌｔは、更に、ウインドシールド１１０によってアイポイントＥＰに向けて反射される。

カバー５は、筐体２の開口２１に配置され、開口２１を閉塞している。カバー５は、透明な部材であり、例えば、透明な樹脂で成型される。カバー５の形状は、筐体２の内方に向けて湾曲した形状である。カバー５の湾曲形状は、外光を見返し１３０に向けて反射するように定められている。見返し１３０は、インストルメントパネル１２０に設けられた遮光壁である。見返し１３０は、低い反射率を有しており、外光を吸収することができる。見返し１３０の表面形状は、光を拡散させる形状であってもよい。見返し１３０は、カバー５に対して車両前方に配置されており、かつ車両上下方向に沿って延在している。

カバー５は、外側面５１と、内側面５２と、を有する。外側面５１は、車両上側を向く面であり、ウインドシールド１１０と対向している。内側面５２は、車両下側を向く面であり、ミラー４と対向している。

図２には、カバー５の斜視図が示されている。カバー５は、第一方向Ｘ、第二方向Ｙ、および第三方向Ｚを有する。第一方向Ｘは、虚像Ｖｉの画像横方向に対応した方向であり、第二方向Ｙは、虚像Ｖｉの画像縦方向に対応した方向である。第三方向Ｚは、車両上下方向である。第三方向Ｚは、例えば、第一方向Ｘと直交している。ＹＺ平面における外側面５１の形状は、湾曲形状であり、例えば、円弧形状である。外側面５１は、車両上下方向の下側に向けて湾曲している。ＸＺ平面における外側面５１の形状は、例えば、直線形状である。

外側面５１は、外光Ｌ１を見返し１３０に向けて反射するように形成されている。例えば、外側面５１は、ウインドシールド１１０を透過して外側面５１に入射する外光Ｌ１を見返し１３０に向けて反射することができる。見返し１３０は、カバー５によって反射された外光がアイポイントＥＰに向かうことを抑制し、虚像Ｖｉの視認性を向上させることができる。

内側面５２の形状は、自由曲面である。例えば、ＹＺ平面における内側面５２の形状、およびＸＺ平面における内側面５２の形状は、自由曲線である。内側面５２の形状は、画像の歪み又は収差を補正するように定められている。内側面５２は、例えば、ミラー４の反射面４１において発生する歪み、およびウインドシールド１１０の反射面１１０ａにおいて発生する歪みの少なくとも一方を補正するように設計される。内側面５２は、例えば、反射面４１において発生する収差、および反射面１１０ａにおいて発生する収差の少なくとも一方を補正するように設計される。内側面５２は、画像の歪みおよび収差の両方を補正してもよく、画像の歪みおよび収差の何れか一方を補正してもよい。

カバー５は、ミラー４からウインドシールド１１０へ向かう表示光Ｌｔを透過させる。本実施形態のカバー５は、以下に説明するように、色収差による色の分離角度を１［ｍｒａｄ］以下とするように構成されている。図３には、カバー５を透過する表示光Ｌｔが示されている。

ミラー４によって反射された表示光Ｌｔは、内側面５２からカバー５に入射し、カバー５の内部を通過して外側面５１から出射する。出射光Ｌｘは、赤色光ＬＲおよび青色光ＬＢを含む。カバー５は、出射光Ｌｘにおいて色収差による色の分離角度θを１［ｍｒａｄ］以下とするように構成されている。分離角度θは、可視光における色の分離角度であり、例えば、赤色光ＬＲと青色光ＬＢとがなす角度である。

表示器３１がカラーフィルタを有する場合、赤色光ＬＲは、赤色のフィルタによって生成される光であってもよく、青色光ＬＢは、青色のフィルタによって生成される光であってもよい。画像表示装置３が有機ＥＬディスプレイである場合、赤色光ＬＲは、赤色のＥＬ素子が出力する光であってもよく、青色光ＬＢは、青色のＥＬ素子が出力する光であってもよい。画像表示装置３がレーザ光によって画像を生成する装置である場合、赤色光ＬＲは、赤色レーザ素子が出力する光であってもよく、青色光ＬＢは、青色レーザ素子が出力する光であってもよい。

本実施形態のカバー５は、例えば、外光Ｌ１を見返し１３０に反射できるように設計された外側面５１に対して、内側面５２の形状が設計される。内側面５２に対する光学設計の条件は、画像の歪み又は収差を補正する条件、および分離角度θを１［ｍｒａｄ］以下とする条件の両方を含む。すなわち、内側面５２には、分離角度θが１［ｍｒａｄ］を超えない範囲で補正機能が付与される。

図４に示すように、カバー５は、所定光路Ｐｔを有する。所定光路Ｐｔは、アイポイントＥＰへ向かう表示光Ｌｔの光路である。所定光路Ｐｔに沿ってカバー５を透過した表示光Ｌｔは、ウインドシールド１１０の反射面１１０ａによってアイポイントＥＰに向けて反射される。カバー５は、内側面５２の各点に応じた所定光路Ｐｔを有している。

カバー５は、所定光路Ｐｔを通ってウインドシールド１１０へ向けて出射する表示光Ｌｔにおける分離角度θを１［ｍｒａｄ］以下とするように構成されている。アイポイントＥＰに向かう表示光Ｌｔの分離角度θが十分に小さくなることで、画像の滲み等が抑制される。よって、本実施形態の車両用表示装置１は、虚像Ｖｉの画質を向上させることができる。

カバー５の光学設計においては、例えば、カバー５の厚さｔ１、カバー５の材料の屈折率、カバー５の材料のアッベ数等に基づいて内側面５２の形状が設計される。カバー５は、入射光Ｌｉと出射光Ｌｘとの角度差δを上限角度以下とするように設計されてもよい。なお、入射光Ｌｉは、内側面５２に入射する表示光Ｌｔである。出射光Ｌｘは、入射光Ｌｉに対応する表示光Ｌｔであって、所定光路Ｐｔに沿ってカバー５を透過して外側面５１から出射する表示光Ｌｔである。入射光Ｌｉと出射光Ｌｘとの角度差δは、例えば、ＹＺ平面における角度である。角度差δを小さくすることにより、分離角度θを小さくすることができる。

カバー５が大きなアッベ数を有する場合、カバー５における色収差が抑制される。よって、カバー５がアッベ数の大きい材料で成型される場合、内側面５２に対する設計の自由度が大きくなる。例えば、カバー５のアッベ数が大きい場合、角度差δの上限角度が大きくされてもよい。

本実施形態の車両用表示装置１では、主としてミラー４によって画像の拡大作用を実現している。カバー５は、歪みなどの収差補正のために形状が決められている。よって、カバー５によって画像を拡大させる場合と比較して、入射光Ｌｉと出射光Ｌｘとの角度差δを小さくすることが容易である。

以上説明したように、本実施形態の車両用表示装置１は、筐体２と、画像表示装置３と、ミラー４と、カバー５と、を有する。筐体２は、車両１００に搭載されており、かつウインドシールド１１０と対向する開口２１を有する。画像表示装置３は、筐体２の内部に配置されており、画像の表示光Ｌｔを出力する。ミラー４は、筐体２の内部に配置されており、かつ開口２１を介してウインドシールド１１０と対向している。ミラー４は、表示光Ｌｔをウインドシールド１１０に向けて反射する。カバー５は、開口２１に配置されており、表示光Ｌｔを透過させる透明な部材である。

カバー５は、ウインドシールド１１０と対向する外側面５１と、ミラー４と対向する内側面と、を有する。カバー５は、筐体２の内方に向けて湾曲している。内側面５２は、画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面である。内側面５２の形状は、カバー５を透過してウインドシールド１１０へ向けて出射する表示光Ｌｔにおいて色収差による色の分離角度θを１［ｍｒａｄ］以下とする形状である。本実施形態の車両用表示装置１は、表示光Ｌｔにおける色の分離を抑制し、虚像Ｖｉの画質を向上させることができる。

本実施形態の車両用表示装置１は、カバー５の形状および材料によって色収差を抑制し、虚像Ｖｉの画質を向上させることができる。比較例として、複数のレンズを組み合わせて色収差を補正する構成を検討する。比較例では、複数のレンズを用いることで製造費用の増加を招く。本実施形態の車両用表示装置１は、製造費用を抑制しつつ色収差を低減することができる。また、本実施形態の構成では、カバー５の厚みを薄くし、厚みの変化も小さくすることができる。よって、カバー５の製造にかかる時間を短縮し使用する材料も減らすことができる。

本実施形態によれば、内側面５２が収差補正を行なうことで、内側面５２が収差補正の機能を有していない場合と比較してミラー４の倍率を上げることができる。ミラー４の反射面４１の倍率を大きくすることにより、車両用表示装置１の小型化が可能である。

本実施形態のカバー５は、車両１００のアイポイントＥＰへ向かう表示光Ｌｔの光路である所定光路Ｐｔを有する。カバー５は、所定光路Ｐｔを通ってウインドシールド１１０へ向けて出射する表示光Ｌｔにおける分離角度θを１［ｍｒａｄ］以下とする。よって、本実施形態のカバー５は、アイポイントＥＰへ向かう表示光Ｌｔにおける色の分離を抑制し、虚像Ｖｉの画質を向上させることができる。

なお、カバー５の形状は、アイリプス（Eyellipse）の内部やアイボックスの内部の各点に対して分離角度θを１［ｍｒａｄ］以下とするように設計されることが望ましい。

上記の実施形態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：筐体、３：画像表示装置、４：ミラー、５：カバー、６：制御部
２１：開口
３１：表示器、３２：バックライトユニット
４１：反射面
５１：外側面、５２：内側面
１００：車両、１１０：ウインドシールド、１１０ａ：反射面
１２０：インストルメントパネル、１３０：見返し
ＥＰ：アイポイント
Ｌｔ：表示光、Ｌｉ：入射光、Ｌｘ：出射光、ＬＢ：青色光、ＬＲ：赤色光
Ｐｔ：所定光路、Ｖｉ：虚像
Ｘ：第一方向、Ｙ：第二方向、Ｚ：第三方向
θ：分離角度、 δ：角度差

Claims

車両に搭載されており、かつウインドシールドと対向する開口を有する筐体と、
前記筐体の内部に配置され、カラー画像を表示するための複数の色の表示光を出力する画像表示装置と、
前記筐体の内部に配置され、かつ前記開口を介して前記ウインドシールドと対向しており、前記表示光を前記ウインドシールドに向けて反射するミラーと、
前記開口に配置されており、前記表示光を透過させる透明なカバーと、
を備え、
前記カバーは、前記ウインドシールドと対向する外側面と、前記ミラーと対向する内側面と、を有し、かつ前記筐体の内方に向けて湾曲しており、
前記内側面は、前記ウインドシールド及び前記ミラーの少なくとも一方において発生する画像の歪み又は収差を補正するように形成された自由曲面であり、
前記内側面の形状は、前記カバーを透過して前記ウインドシールドへ向けて出射する前記表示光において色収差による色の分離角度を１［ｍｒａｄ］以下とする形状である
ことを特徴とする車両用表示装置。
前記カバーは、前記車両のアイポイントへ向かう前記表示光の光路である所定光路を有し、
前記カバーは、前記所定光路を通って前記ウインドシールドへ向けて出射する前記表示光における前記分離角度を１［ｍｒａｄ］以下とする
請求項１に記載の車両用表示装置。