JP6152018B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の前景と、ウインドシールドに投影される重畳用画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置に関する。

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多角化に伴って、メータユニット内ではスペースの関係上表示しきれない情報を、ウインドシールド上に虚像表示させ、それを透して視認される車両の前景と重畳視認させる、ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と呼ぶ）と呼ばれる投影型の車両用表示装置が採用されている。

図６は、一従来例としてのＨＵＤ装置を示す模式図である。図６に示されているＨＵＤ装置５は、車両のインストルメントパネルＩＰ内に設けられ、インストルメントパネルＩＰの開口ＩＰａから、例えばナビゲーション画像等といった重畳用画像をウインドシールドＷＳに投影する。ＨＵＤ装置５は、ケース５１と、表示源５２と、非球面ミラー５３と、を備えている。また、ケース５１における、インストルメントパネルＩＰの開口ＩＰａに重なる部分には、透光性カバー部材５４が嵌め込まれている。表示源５２に表示された重畳用画像をなす光Ｌ５は、図中に破線で示されているように、非球面ミラー５３で反射され、透光性カバー部材５４を、次のような経路を経て透過する。図６では、光Ｌ５の透過経路が拡大図Ａ５に示されている。非球面ミラー５３で反射された光Ｌ５は、透光性カバー部材５４の下面に入射角φ５_inで入射する。入射角φ５_inは、この下面の法線Ｖ５₁との間になす角度である。その後、光Ｌ５は、この法線Ｖ５₁に近づく側に屈折し、透光性カバー部材５４の内部を通って上面へと達する。そして、この上面からの出射時に、光Ｌ５は、上面の法線Ｖ５₂から離れる側に屈折し出射角φ５_outで出射する。出射角φ５_outは、この上面の法線Ｖ５₂との間になす角度である。ここで、下面の法線Ｖ５₁と上面の法線Ｖ５₂とがほぼ一致することから、上記の入射角φ５_inと出射角φ５_outとは略等しい角度となる。つまり、光Ｌ５は、見掛け上、透光性カバー部材５４を略直進して透過する。出射後、光Ｌ５は、ウインドシールドＷＳへと向かう。これにより、重畳用画像が、ウインドシールドＷＳに投影サイズＳｚ５で投影され、このウインドシールドＷＳを透して視認される車両の前景と、重畳用画像の虚像とが車内における不図示のアイポイントから重畳視認されることとなる。

ここで、一般的に、ＨＵＤ装置については、インストルメントパネルＩＰ内に設けられるという性質上、小型化が求められることが多い。しかしながら、この小型化のために、小型の表示源やミラーを用いると、重畳用画像のウインドシールドＷＳへの投影サイズが小さくなってしまうという問題がある。

そこで、透光性カバー部材の上面に下記のプリズム面を形成し、このプリズム面によって重畳用画像の投影サイズを維持しつつＨＵＤ装置の小型化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。

図７は、透光性カバー部材の上面にプリズム面が形成されたＨＵＤ装置を示す模式図である。このＨＵＤ装置６では、表示源６２を出て非球面ミラー６３で反射される、重畳用画像をなす光Ｌ６は、プリズム面６５付きの透光性カバー部材６４を次のような経路を経て透過する。図７では、光Ｌ６の透過経路が拡大図Ａ６に示されている。非球面ミラー６３で反射された光Ｌ６は、透光性カバー部材６４の下面に入射角φ６_inで入射する。入射角φ６_inは下面の法線Ｖ６₁との間になす角度である。その後、光Ｌ６は、この法線Ｖ６₁に近づく側に屈折し、透光性カバー部材６４の内部を通って上面に形成されたプリズム面６５に達する。プリズム面６５は、複数のプリズム６５１が、図７中に矢印Ｄ６で示されている車両の前後方向に配列されてなる。各プリズム６５１は、その稜線６５２が、この前後方向と直交する、車両の幅方向に直線状に延びている。このプリズム面６５に達した光Ｌ６は、プリズム面６５を構成するプリズム６５１の傾斜面６５３から出射する。この出射時に光Ｌ６は、この傾斜面６５３の法線Ｖ６₂から離れ、かつ、下面の法線Ｖ６₁に近づく側に屈折し、この下面の法線Ｖ６₁との間になす出射角φ６_outで出射する。この傾斜面６５３からの出射により、出射角φ６_outは入射角φ６_inよりも小さくなる。つまり、光Ｌ６は、プリズム面６５付きの透光性カバー部材６４を、見掛け上、下面の法線Ｖ６₁に近づく側に屈折して透過する。

ここで、光Ｌ６がなす重畳用画像のウインドシールドＷＳへの投影サイズＳｚ６は、透光性カバー部材６４からウインドシールドＷＳに至る光路が、次のような光路であれば、図６に示されている重畳用画像の投影サイズＳｚ５と略同サイズとなる。即ち、この光路が、図６に示されている構成において透光性カバー部材５４からウインドシールドＷＳに至る光路と略同じ光路であれば、上記の２つの投影サイズＳｚ５，Ｓｚ６が互いに略同サイズとなる。両者の光路を合わせるには、透光性カバー部材６４からの出射角φ６_outが図６に示されているプリズム面無しの透光性カバー５４からの出射角φ５_outと略同角度となればよい。この場合、透光性カバー部材６４への入射角φ６_inは、光Ｌ６を上記のような出射角φ６_outで出射させるために、プリズム面無しの透光性カバー５４への入射角φ５_inよりも大きくとられることとなる。その結果、非球面ミラー６３から透光性カバー部材６４に至る光Ｌ６の光路は水平側に寝ることとなり、その断面の高さ寸法が小さくなる。図７に示されているＨＵＤ装置６では、これを利用し、図６に示されている表示源５２や非球面ミラー５３に比べて、高さ方向について小型の表示源６２及び非球面ミラー６３が採用されている。これにより、ケース６１の、高さ方向についての小型化が図られ、延いてはＨＵＤ装置６の小型化が図られている。

特開２００４−２０６０５号公報

しかしながら、上記のＨＵＤ装置６では、ウインドシールドＷＳ上において、プリズム面６５による拡大方向と、投影像の上下方向、延いては虚像の上下方向との間に不一致が生じることがある。このような不一致が生じると、虚像が、意図した形状から歪んでしまう恐れがある。

したがって、本発明は、小型化が図られつつも、虚像における、意図した形状からの歪みが低減された車両用表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１に記載の車両用表示装置は、表示源に表示された重畳用画像をミラーで反射して、車両の、曲面形状を有するウインドシールドに投影することで、車内のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記ウインドシールドに投影される前記重畳用画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置において、前記ミラーから前記ウインドシールドへと至る光路上には、前記重畳用画像をなす光が透過する透光性カバー部材が配置され、前記透光性カバー部材における、前記ウインドシールド側の面又は前記ミラー側の面には、稜線が前記車両の幅方向に延びたプリズムが前記車両の前後方向に複数配列されたプリズム面が形成されており、前記透光性カバー部材の透過時における前記重畳用画像は、前記曲面形状に応じた曲率で前記幅方向に扇型に湾曲した形状を有し、前記プリズムの稜線が、前記曲率に応じた曲率で前記幅方向に湾曲していることを特徴とする。

請求項２に記載の車両用表示装置は、請求項１記載の車両用表示装置において、前記プリズム面を構成する複数の前記プリズムの稜線のそれぞれが、前記透光性カバー部材の透過時における前記重畳用画像の、前記前後方向中心を通り前記幅方向に湾曲して延びる中心線と同心円をなす曲率で円弧状に湾曲していることを特徴とする。

請求項１に記載の車両用表示装置では、プリズム面が形成された透光性カバー部材によって、重畳用画像をなす光がウインドシールド側に曲げられる。このため、ミラーから透光性カバー部材に至る光路を水平側に寝かせて、その断面の高さ寸法を抑えても、透光性カバー部材からウインドシールドに至る光路を、プリズム面非形成の場合と略同じ光路とすることが可能となる。ミラーから透光性カバー部材に至る光路の断面の高さ寸法を抑えれば、ミラーおよび表示源の高さ寸法を小さくして車両用表示装置を小型化することができる。一方で、透光性カバー部材からウインドシールドに至る光路が、プリズム面非形成の場合と略同じ光路であれば、両者間で、ウインドシールドへの重畳用画像の投影サイズも略同サイズとなる。つまり、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、ウインドシールドへの重畳用画像の投影サイズを維持しつつ車両用表示装置を小型化することができる。そして、請求項１に記載の車両用表示装置では、透光性カバー部材の透過時における重畳用画像が扇型に湾曲した形状を有するとともに、プリズムの稜線が、その扇型の曲率に応じた曲率で湾曲している。重畳用画像をなす光は、プリズム面付きの透光性カバー部材を透過する際に、プリズムの稜線と直交する方向に屈折する。請求項１に記載の車両用表示装置では、その稜線が上記のように湾曲しているために、ウインドシールド上での拡大方向と、ウインドシールド上の投影像の上下方向、延いてはその虚像の上下方向との間の不一致が低減される。その結果、虚像における、意図した形状からの歪みが低減される。以上のように、請求項１に記載の車両用表示装置によれば、小型化が図られつつも、虚像における、意図した形状からの歪みが低減されることとなる。

請求項２に記載の車両用表示装置によれば、複数のプリズムの稜線それぞれが、透光性カバー部材の透過時における重畳用画像の中心線と同心円をなす円弧状に湾曲している。これにより、複数のプリズムそれぞれでの屈折方向が揃えられることから、以って、虚像における、意図した形状からの歪みが一層低減されることとなる。

本発明の車両用表示装置の一実施形態にかかるＨＵＤ装置を示す図である。 ウインドシールド上での歪みを打ち消すように重畳用画像が予め変形されている様子を示す模式図である。 図２に示されているプリズム面における各プリズムの稜線を模式的に示す図である。 ウインドシールド上での拡大方向と、虚像の上下方向との一致を示した模式図である。 透光性カバー部材における各プリズムの稜線が、車両の幅方向に直線状に延びていた場合の、ウインドシールド上での重畳用画像の拡大方向を示す模式図である。 一従来例としてのＨＵＤ装置を示す模式図である。 透光性カバー部材の上面にプリズム面が形成されたＨＵＤ装置を示す模式図である。

本発明の車両用表示装置の一実施形態にかかるＨＵＤ装置を図１〜４を参照して説明する。

図１は、本発明の車両用表示装置の一実施形態にかかるＨＵＤ装置を示す図である。この図１に示されているＨＵＤ装置１は、ケース１１と、表示源１２と、非球面ミラー１３と、を備えている。また、ケース１１における、インストルメントパネルＩＰの開口ＩＰａに重なる部分には、透光性カバー部材１４が嵌め込まれている。表示源１２は、ここでは特定しないが、液晶ディスプレイやＣＲＴ等の表示装置が一例として挙げられる。また、透光性カバー部材１４は、ガラス製や透明樹脂製のカバーが一例として挙げられる。

表示源１２に表示された重畳用画像をなす光Ｌ１は、図中に破線で示されているように、非球面ミラー１３で反射され、透光性カバー部材１４を透過し、ウインドシールドＷＳへと至る。これにより、重畳用画像がウインドシールドＷＳに投影され、車内の不図示のアイポイントから、ウインドシールドＷＳ越しの前景と、重畳用画像の虚像とが重畳視認されることとなる。表示源１２が、本発明にいう表示源の一例に相当し、非球面ミラー１３が、本発明にいうミラーの一例に相当し、透光性カバー部材１４が、本発明にいう透光性カバー部材の一例に相当する。

図１では、光Ｌ１の透過経路が拡大図Ａ１に示されている。非球面ミラー１３で反射された光Ｌ１は、透光性カバー部材６４の下面に形成されたプリズム面１５に達する。プリズム面１５は、複数のプリズム１５１が、図１中に矢印Ｄ１で示されている車両の前後方向に配列されてなる。各プリズム１５１は、その稜線１５２が、この前後方向と直交する、車両の幅方向に延びている。プリズム面１５が、本発明にいうプリズム面の一例に相当する。

このプリズム面１５に達した光Ｌ１は、プリズム面１５を構成するプリズム１５１の傾斜面１５３に入射する。この傾斜面１５３は、車両の前方から後方にかけてウインドシールドＷＳ側に傾斜した面である。上面の法線Ｖ１₁との間になす角度を、透光性カバー部材６４への見掛け上の入射角φ１_inとすると、傾斜面１５３の法線Ｖ１₂との間になす実質上の入射角φ１_in’は、見掛け上の入射角φ１_inよりも大きくなる。その結果、光Ｌ１は、この傾斜面１５３への入射時に、仮に平面に見掛け上の入射角φ１_inで入射したと仮定したときよりも、上面の法線Ｖ１₁により近づく側へと屈折する。

その後、光Ｌ１は、透光性カバー部材６４の内部を通って上面に達する。そして、光Ｌ１は、この上面の法線Ｖ１₁から離れる側に屈折し、この法線Ｖ１₁との間になす出射角φ１_outで出射する。上記の傾斜面１５３により、実質上の入射角φ１_in’が大きくなっていることから、入射時の屈折量が大きくなり、その結果、出射角φ１_outは入射角φ１_inよりも小さくなる。つまり、光Ｌ１は、プリズム面１５付きの透光性カバー部材６４を、見掛け上、上面の法線Ｖ１₁に近づく側に屈折して透過する。

このＨＵＤ装置１では、光Ｌ１がなす重畳用画像のウインドシールドＷＳへの投影サイズＳｚ１は、透光性カバー部材１４からウインドシールドＷＳに至る光路が、次のような光路であれば、図３に示されている重畳用画像の投影サイズＳｚ５と略同サイズとなる。即ち、この光路が、図３に示されている構成における透光性カバー部材５４からウインドシールドＷＳに至る光路と略同じ光路であれば、上記の２つの投影サイズＳｚ５，Ｓｚ１が互いに略同サイズとなる。両者の光路を合わせるには、透光性カバー部材１４からの出射角φ１_outが図３に示されているプリズム面無しの透光性カバー５４からの出射角φ５_outと略同角度となればよい。この場合、透光性カバー部材１４への入射角φ１_inは、光Ｌ１を上記のような出射角φ１_outで出射させるために、プリズム面無しの透光性カバー５４への入射角φ５_inよりも大きくとられることとなる。その結果、非球面ミラー１３から透光性カバー部材１４に至る光Ｌ１の光路は水平側に寝ることとなり、その断面の高さ寸法が小さくなる。図１に示されているＨＵＤ装置１では、これを利用し、図３に示されている表示源５２や非球面ミラー５３に比べて、高さ方向について小型の表示源１２及び非球面ミラー１３が採用されている。これにより、ケース１１の、高さ方向についての小型化が図られ、延いてはＨＵＤ装置１の小型化が図られている。つまり、本実施形態のＨＵＤ装置１では、ウインドシールドＷＳへの重畳用画像の投影サイズＳｚ１を維持しつつＨＵＤ装置１の小型化が図られている。

ここで、本実施形態では、ウインドシールドＷＳの曲面形状に起因する投影像の歪みを打ち消して、この投影像の虚像が意図した形状となるように、投影前の重畳用画像の形状が、次のように予め変形されている。

図２は、ウインドシールド上での歪みを打ち消すように重畳用画像が予め変形されている様子を示す模式図である。図２（Ａ）には、重畳用画像をなす光Ｌ１の光路が示されており、図２（Ｂ）には、予め変形された重畳用画像の、透光性カバー部材１４の透過時における透過画像Ｇ１₃の形状が示されている。尚、図２では、図を見易いものとするために、投影像Ｇ１₁の意図する形状を矩形状としている。ウインドシールドＷＳの曲面形状に起因する投影像Ｇ１₁の歪みは、図２（Ｂ）に一点鎖線で描かれた歪み画像Ｇ１₁’における歪みのように、像の左右両端が上方へとつり上がった逆扇型の湾曲歪みとなる。このため、この逆扇型の湾曲歪みを打ち消すように、透過画像Ｇ１₃の形状は、ウインドシールドＷＳの曲面形状に応じた曲率で、車両の幅方向に扇型に湾曲した形状となっている。これにより、ウインドシールドＷＳ上の投影像Ｇ１₁、延いては、ドライバーＤＲのアイポイントから見える虚像Ｇ１₂の形状が意図した形状となるように図られている。本実施形態では、表示源１２に表示される重畳用画像が、このような扇型に変形した形状となっている。尚、透過画像Ｇ１₃を変形させる方法は、表示源１２に変形した画像を表示する方法に限るものではなく、例えば、透光性カバー部材１４へと光Ｌ１を反射するミラーを球面ミラーとすることで透過画像Ｇ１₃を変形させる方法等であってもよい。

さらに、ウインドシールドＷＳ上では意図した形状となる投影像の虚像の上下方向と、プリズム面１５によるウインドシールドＷＳ上での拡大方向とを一致させるべく、本実施形態では各プリズム１５１の稜線１５２が次のような形状となっている。

図３は、図２に示されているプリズム面における各プリズムの稜線を模式的に示す図である。図３（Ａ）に示されているように、複数のプリズム１５１の稜線１５２は、湾曲した形状となっている。プリズム面１５を構成するこれら複数の稜線１５２それぞれの湾曲は、扇形に湾曲した透過画像Ｇ１₃の曲率に応じた次のような曲率での湾曲となっている。即ち、各稜線１５２は、透過画像Ｇ１₃の、矢印Ｄ１が示す車両の前後方向中心を通り車両の幅方向に湾曲して延びる中心線Ｍと同心円をなす曲率で円弧状に湾曲している。図３（Ｂ）には、湾曲形状の透過画像Ｇ１₃における上下方向に延びる３つの切断線Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄそれぞれの断面が示されている。上記のように、稜線１５２の曲率が、透過画像Ｇ１₃の中心線Ｍと同心円をなす曲率となっていることから、これら３つの断面に示されるプリズム１５１の形状は同じ形状となり、その形状は、稜線１５２の法線方向の断面形状となる。これら３つの断面からも分かるように、稜線１５２の法線は、透過画像Ｇ１₃の上下方向と略一致する。その結果、ウインドシールドＷＳ上での投影像の虚像の上下方向と、プリズム面１５によるウインドシールドＷＳ上での拡大方向とが次のように略一致することとなる。

図４は、ウインドシールド上での拡大方向と、虚像の上下方向との一致を示した模式図である。図４には、意図した形状（ここでは矩形状）の虚像Ｇ１₂と、プリズム１５１の稜線１５２をウインドシールドＷＳ上に投影したと仮定したときの投影線１５２’とが、重ねられて示されている。上記のように湾曲した稜線１５２の、ウインドシールドＷＳ上での投影線１５２’は、ウインドシールドＷＳの曲面形状による変形を受けて、幅方向に延びる直線となる。ウインドシールドＷＳ上での拡大方向は、透光性カバー部材１４での上述した屈折方向から、図中に矢印Ｄ２で示されているように稜線１５２の投影線１５２’の法線方向となる。その結果、この拡大方向と、虚像Ｇ１₂の上下方向とが略一致することとなる。

ここで、本実施形態に対する比較例として、透光性カバー部材における各プリズムの稜線が、車両の幅方向に直線状に延びていた場合の、ウインドシールドＷＳ上での重畳用画像の拡大方向について説明する。

図５は、透光性カバー部材における各プリズムの稜線が、車両の幅方向に直線状に延びていた場合の、ウインドシールドＷＳ上での重畳用画像の拡大方向を示す模式図である。図５には、意図した形状（ここでは矩形状）の虚像Ｇ１₂’と、直線状に延びる稜線をウインドシールドＷＳ上に投影したと仮定したときの投影線１５２”とが、重ねられて示されている。直線状に延びた稜線の投影線１５２”は、ウインドシールドＷＳの曲面形状に応じて湾曲した形状となる。ウインドシールドＷＳ上での拡大方向は、透光性カバー部材での上述した屈折方向から、図中に矢印Ｄ３で示されているように投影線１５２”の法線方向となる。その結果、図５の比較例では、この拡大方向と、虚像Ｇ１₂’の上下方向との間に不一致が生じ、矩形状になるべき虚像Ｇ１₂の形状に歪みが生じる恐れがある。

これに対し、本実施形態の車両用表示装置１によれば、上述したように、ウインドシールドＷＳ上での拡大方向と、虚像Ｇ１₂の上下方向とが略一致することとなる。これにより、虚像Ｇ１₂における、意図した形状からの歪みが低減される。このように、本実施形態の車両用表示装置１によれば、透光性カバー部材１４へのプリズム面１５の形成により小型化が図られつつも、虚像Ｇ１₂における、意図した形状からの歪みが低減されることとなる。

また、本実施形態の車両用表示装置１によれば、複数のプリズム１５１の稜線１５２それぞれが、透光性カバー部材１４の透過時における透過画像Ｇ１₃の中心線Ｍと同心円をなす円弧状に湾曲している。これにより、複数のプリズム１５１それぞれでの屈折方向が揃えられることから、以って、虚像における、意図した形状からの歪みが一層低減されることとなる。

尚、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

例えば、上記の実施形態では、透光性カバー部材１４の、非球面ミラー１３側を向いた下面にプリズム面１５が形成された形態が例示されている。しかしながら、プリズム面１５の形成場所は、透光性カバー部材１４の下面に限るものではなく、例えばウインドシールドＷＳ側を向いた上面であってもよい。

また、上記の実施形態では、重畳用画像を１つの非球面ミラー１３での反射によりウインドシールドＷＳへ投影する形態が例示されている。しかしながら、反射に使われるミラーは、非球面ミラーに限らず、例えば球面ミラー等であってもよい。また、表示源１２からウインドシールドＷＳへと至る光路も、１つのミラーでの反射による光路に限らず、例えば複数のミラーでの反射により光が導かれる光路であってもよい。

１ ＨＵＤ装置（車両用表示装置の一実施形態）
１１ ケース
１２ 表示源（表示源の一例）
１３ 非球面ミラー（ミラーの一例）
１４ 透光性カバー部材（透光性カバー部材の一例）
１５ プリズム面（プリズム面の一例）
１５１ プリズム（プリズムの一例）
１５２ 稜線
１５３ 傾斜面

Claims (2)

1. 表示源に表示された重畳用画像をミラーで反射して、車両の、曲面形状を有するウインドシールドに投影することで、車内のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記ウインドシールドに投影される前記重畳用画像の虚像とを重畳視認させる車両用表示装置において、
   前記ミラーから前記ウインドシールドへと至る光路上には、前記重畳用画像をなす光が透過する透光性カバー部材が配置され、
   前記透光性カバー部材における、前記ウインドシールド側の面又は前記ミラー側の面には、稜線が前記車両の幅方向に延びたプリズムが前記車両の前後方向に複数配列されたプリズム面が形成されており、
   前記透光性カバー部材の透過時における前記重畳用画像は、前記曲面形状に応じた曲率で前記幅方向に扇型に湾曲した形状を有し、
   前記プリズムの稜線が、前記曲率に応じた曲率で前記幅方向に湾曲していることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記プリズム面を構成する複数の前記プリズムの稜線のそれぞれが、前記透光性カバー部材の透過時における前記重畳用画像の、前記前後方向中心を通り前記幅方向に湾曲して延びる中心線と同心円をなす曲率で円弧状に湾曲していることを特徴とする請求項１記載の車両用表示装置。

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