JP6590635B2 - 車両用表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のインストルメントパネルに設けられて画像を表示する車両用表示装置に関するものである。

従来、車両のインストルメントパネルにおける車両後方側に透過型スクリーンが設けられるとともに、インストルメントパネルの内側にプロジェクタ（投影手段）が収容された車両用表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された車両用表示装置では、平面鏡（反射部材）がインストルメントパネルに収容され、プロジェクタから車両前方側に向けて光を投射するとともに、平面鏡によってこの光を車両後方側に向けて反射することにより、スクリーンに光が投影されるようになっている。一般に、スクリーン及びプロジェクタを用いた表示装置では、スクリーンにおける表示画像を大きくするために投影光の光路長を長くする必要があり、特許文献１に記載の車両用表示装置では、平面鏡によって投影光を反射することで光路長を長くしている。

特開２００７−３２６４１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の車両用表示装置では、スクリーンと平面鏡とが離れて配置されており、設置に必要なスペースが大きかった。インストルメントパネル内には、車両の補強部材や空調機、ＥＣＵ、ワイヤハーネス等の部材が設けられるため、車両用表示装置のために大きな設置スペースを確保することは困難である。一方、スクリーンと平面鏡とを接近させることで省スペース化すると、光路長が短くなってしまい、車両用表示装置の設置スペースを小さくすることと、表示画像を大型化することと、を両立させることは困難であった。

本発明の目的は、設置スペースを小さくするとともに表示画像を大型化することができる車両用表示装置を提供することにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、車両のインストルメントパネルに設けられて画像を表示する車両用表示装置であって、表示面が前記インストルメントパネルの外側に向くように設けられた透過型のスクリーンと、前記インストルメントパネル内に収容された投影手段と、前記インストルメントの内側において前記スクリーンの背面に対向配置されるとともに前記投影手段による投影光を当該スクリーンに向けて反射する反射部材と、を備え、前記投影光は、前記スクリーンと前記反射部材との間を進行するとともに当該反射部材に対して斜入射し、前記スクリーンと前記反射部材とは、当該反射部材の面内方向のうち前記投影光の進行方向に沿った方向の寸法よりも間隔が狭くなるように配置され、前記反射部材の反射面は、前記スクリーンと前記反射部材との間を進行する前記投影光の起点から遠ざかるほど曲率が大きくなる凹曲面であり、前記反射部材に入射する前記投影光の光軸の方向は、前記反射部材の両端部を結ぶ傾斜方向に対して１０〜２０°傾斜していることを特徴とする車両用表示装置である。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、前記投影手段によって投射された前記投影光を前記反射部材に向けて反射する少なくとも１つの補助反射部をさらに備えることを特徴とするものである。

請求項３に記載された発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記スクリーンには、当該スクリーンから搭乗者に向かう表示方向に沿って進行する光を通過させる導光部と、他の方向に沿って進行する光の通過を規制する規制部と、が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、スクリーンと前記反射部材との間隔が反射部材の面内方向寸法よりも間隔が狭く近接していることで、インストルメントパネルにおける車両用表示装置の設置スペースを小さくすることができる。また、投影光がスクリーンと反射部材との間を進行して反射部材に対して斜入射することで、反射部材において投影光の起点に近い側で反射される光と、離れた側で反射される光と、に光路長の差が生じる。従って、反射部材によって反射された投影光には歪みが生じ、反射部材の面内方向のうち投影光の進行方向に沿った方向に引き伸ばされた像がスクリーンに投影される。従って、設置スペースを小さくしつつ、スクリーンにおける表示画像を大型化することができる。また、反射部材の反射面の曲率を投影光の起点から遠ざかるほど大きくすることで、スクリーンにおける表示画像のうち投影光の起点から遠い部分が局所的に拡大されてしまうことを抑制することができる。即ち、投影光は進行する（光路長が長くなる）とともに投影領域が広がっていくものであり、反射部材における投影光の起点に近い側で反射される光と、離れた側で反射される光と、で進行方向が異なっており、反射面の曲率を上記のように設定することにより、表示画像のうち起点から離れた側で反射された光が広がりすぎてしまうことを抑制し、反射後の光の進行方向の違いによる画像の局所的な拡大を抑制することができる。尚、反射面の曲率は、各位置で反射された光が略平行に進行するように設定されていることが好ましい。

請求項２記載の発明によれば、補助反射部を備えることで、投影手段の配置の自由度を向上させることができる。即ち、投影光がスクリーンと前記反射部材との間を進行して反射部材に斜入射するように、補助反射部を配置するとともに、投影光が補助反射部に向かって進行するように投影手段を配置すればよい。

請求項３記載の発明によれば、スクリーンに導光部と規制部とが設けられていることで、スクリーンの表示画像による光を搭乗者に届かせるとともに、スクリーンに対して照射された外光が拡散されることを抑制し、表示画像を視認させやすくすることができる。また、スクリーンは車両後方側の搭乗者に向けて画像を表示するものであり、車両後方側に向かう方向を進行方向とする光の通過が導光部によって許容され、車両のウインドシールドを通して上方側から照射される外光が規制部によって規制されやすい。

本発明の第１実施形態に係る車両用表示装置を示す側面図である。 前記車両用表示装置において光が進行する様子を模式的に示す側面図である。 前記車両用表示装置の投影手段による投影画像の光及びスクリーンにおける表示画像の光の強度分布を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係る車両用表示装置を示す側面図である。 前記車両用表示装置においてウインドシールドを通して外光が照射する様子を模式的に示す側面図である。 本発明の第１の変形例に係る車両用表示装置を示す側面図である。 本発明の第２の変形例に係る車両用表示装置を示す側面図である。 本発明の第３の変形例に係る車両用表示装置を示す側面図である。 本発明の第４の変形例に係る車両用表示装置を示す側面図である。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、第２実施形態においては、第１実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材及び同様な機能を有する構成部材には、第１実施形態と同じ符号を付すとともに説明を省略する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用表示装置１Ａを示す側面図であり、図２は、車両用表示装置１Ａにおいて光が進行する様子を模式的に示す側面図であり、図３は、車両用表示装置１Ａのプロジェクタ３による投影画像の光及びスクリーン２における表示画像の光の強度分布を示すグラフである。

本実施形態の車両用表示装置１Ａは、車両のインストルメントパネルＩに設けられて画像を表示するものであって、透過型のスクリーン２と、投影手段としてのプロジェクタ３と、反射部材としてのミラー４と、を備える。尚、本実施形態における「前方側」及び「後方側」は、車両における前後方向を基準とする。また、インストルメントパネルＩは、車両の補強部材や空調機、ＥＣＵ、ワイヤハーネス等の部材を収容する箱状に形成されているものとする。

スクリーン２は、シート状又は板状に形成されるとともにインストルメントパネルＩにおける上方側から後方側にかけて側面の一部を構成するように設けられ、後方側に向かうにしたがって下方側に向かうように全体が傾斜している。スクリーン２の表示面２１がインストルメントパネルＩの外側に向けられ、背面２２がインストルメントパネルＩの内側に向けられている。また、スクリーン２は全体が上方側に向かって凸に若干湾曲しており、下方側（後方側）に向かうにしたがって曲率が大きくなっている。

プロジェクタ３は、インストルメントパネルＩの内側に収容されるとともに、後方側からやや下方側に向いた方向を進行方向として投影光Ｌを投射する。投影光Ｌは、所定の領域（投影領域）を有している。投影光Ｌは進行するにしたがって投射領域が広がるものであって、投射領域の中心部と縁部とで光の進行方向が若干異なっている。以下における「投影光Ｌの進行方法」は、光軸ＬＡの方向を示すものとする。

ミラー４は、板状に形成され、インストルメントパネルＩ内においてスクリーン２の背面２２に近接するとともに、スクリーン２と略平行となるように対向配置され、後述するようにプロジェクタ３による投影光をスクリーン２に向けて反射するように設けられている。即ち、ミラー４はスクリーン２の下方側且つやや前方側に配置されている。尚、ミラー４は平板状ではないものの、スクリーン２及びミラー４において前方側端部と後方側端部とを結ぶ方向が互いに略平行となっており、これをスクリーン２とミラー４とが略平行であるという。また、ミラー４の上面が反射面４１となり、反射面４１は、後方側に向かうにしたがって曲率が大きくなる（即ち曲率半径が小さくなる）非球面状の凹曲面となっている。さらに、ミラー４の面内方向のうち、スクリーン２とミラー４との間における投影光Ｌの進行方向に沿った方向（前方側端部と後方側端部とを結ぶ方向）を傾斜方向Ａとする。

ここで、スクリーン２とプロジェクタ３とミラー４との詳細な位置関係について説明する。プロジェクタ３の投射面３１は、スクリーン２とミラー４との対向方向において、スクリーン２とミラー４との間に位置するとともに、対向方向におけるスクリーン２及びミラー４の中間位置と傾斜方向Ａにおいて並ぶように設けられている。尚、傾斜方向Ａは、スクリーン２とミラー４との対向方向に略直交している。また、スクリーン２の背面２２とミラー４の反射面４１との間隔は、ミラー４の傾斜方向Ａ寸法よりも狭く、本実施形態では、例えば傾斜方向Ａ寸法の１０〜３０％程度となっている。

以上のようにスクリーン２とプロジェクタ３とミラー４とが配置されることで、投影光Ｌは次のように進行する。即ち、プロジェクタ３が投射する投影光Ｌは、スクリーン２とミラー４との間において、傾斜方向Ａから下方側（ミラー４側）に角度θ１だけ傾斜した方向に沿って進行する。この角度θ１は、ミラー４とプロジェクタ３との相対位置、及び、ミラー４の傾斜方向Ａ寸法に応じて設定されており、例えば１０〜２０°となっている。

このように投射された投影光Ｌは、ミラー４の反射面４１に斜入射して反射されてスクリーン２に対して背面２２から入射し、表示面２１において拡散される。このように拡散された光の一部が搭乗者のアイポイントＥＰに届くことで、スクリーン２における表示画像が視認される。本実施形態では、アイポイントＥＰとスクリーン２との間にステアリングホイールＳが位置しているが、ステアリングホイールＳとスクリーン２との位置関係は適宜に設定されていればよい。

ここで、投影光Ｌは、角度θ２の広がりを有して進行する、即ち、光軸ＬＡに対し、表示領域の上端に対応する上端光Ｌ２及び下端に対応する下端光Ｌ３は、角度θ２の１／２だけ傾斜している。反射面４１の中心部で反射される光がスクリーン２における表示画像の中心に対応した中心光Ｌ１となり、上端光Ｌ２は反射面４１の前方側端部（上端部）において反射され、下端光Ｌ３は反射面４１の後方側端部（下端部）において反射される。また、光軸ＬＡよりも後方側（下方側）の光が中心光Ｌ１となる。

反射面４１で反射された中心光Ｌ１と上端光Ｌ２と下端光Ｌ３とは、互いに略平行に進行し、これらの間の光も反射面４１による反射後に略平行に進行する。即ち、反射面４１は、入射時の進行方向が異なる光が反射後に略平行に進行するように非球面状に形成されている。投影光Ｌがミラー４による反射後に上記のように進行することで、スクリーン２における表示画像の傾斜方向Ａ寸法は、ミラー４の反射範囲における傾斜方向Ａ寸法と同程度となる。

次に、プロジェクタ３が投影する画像（投影画像）における光の強度分布と、スクリーン２上の表示画像の表示領域における光の強度分布と、について説明する。図３は、投影領域及び表示領域の前後方向における光の強度分布を示すグラフであるが、車両の幅方向においても同様の分布となる。図３のグラフの横軸は、左側が投影領域の上端側及び表示領域の前方側に対応し、右側が投影領域の下端側及び表示領域の後方側に対応する。また、左側の縦軸が投影画像の光の強度を示し、右側の縦軸が表示画像の光の強度を示す。

プロジェクタ３は、図３に実線で示すように、投影領域における中心部に近いほど強度が低い（即ち、中心光Ｌ１の強度が上端光Ｌ２及び下端光Ｌ３の強度よりも低い）画像を投射する。即ち、予めソフト的に強度変調された画像を投射する。投影光Ｌが進行して投影領域が広がっていった場合に、中心部から遠い位置（縁部）ほど光の強度が低下しやすいことから、図３に実線で示すように、スクリーン２上の表示画像においては、表示領域全体において光の強度が略一定となる。一方、図３に二点鎖線で示すように、投影領域全体において光の強度が略一定となった画像を投射すると、スクリーン２上の表示画像においては端部の光の強度が中心部の光の強度よりも低くなってしまう。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、ミラー４がスクリーン２の背面２２に近接して対向配置されることで、インストルメントパネルＩにおける車両用表示装置１Ａの設置スペースを小さくすることができる。また、投影光Ｌがスクリーン２とミラー４との間を進行してミラー４に対して斜入射することで、上端光Ｌ２と下端光Ｌ３とに光路長の差が生じ、ミラー４によって反射された投影光Ｌには歪みが生じ、傾斜方向Ａに沿った方向に引き伸ばされた像がスクリーン２に投影される。従って、設置スペースを小さくしつつ、スクリーン２における表示画像を大型化することができる。

さらに、ミラー４の反射面４１が後方側に向かうにしたがって曲率が大きくなる非球面状の凹曲面であり、反射面４１で反射された中心光Ｌ１と上端光Ｌ２と下端光Ｌ３とが互いに略平行に進行することで、スクリーン２上の表示画像の後方側の部分ほど拡大されてしまうことを抑制することができる。

＜第２実施形態＞
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る車両用表示装置１Ｂを示す側面図であり、図５は、車両用表示装置１ＢにおいてウインドシールドＷを通して外光が照射する様子を模式的に示す側面図である。本実施形態の車両用表示装置１Ｂは、スクリーン２Ｂと、プロジェクタ３と、ミラー４と、を備える。

スクリーン２Ｂには、規制部としての複数の黒色層２３が設けられている。黒色層２３は、表示面２１から背面２２にかけて、ミラー４によって反射された投影光Ｌの進行方向に沿って延びている。従って、スクリーン２Ｂにおける黒色層２３が設けられていない部分が導光部２４となり、投影光Ｌの進行方向を表示方向（スクリーン２Ｂから搭乗者のアイポイントに向かう方向）として、導光部２４において表示方向に沿って進行する光がスクリーン２Ｂを通過することができる。一方、表示方向以外の方向に沿って進行する光は、黒色層２３によって吸収され、スクリーン２Ｂを通過することが規制される。

具体的には、図５に示すように、ウインドシールドＷを通して車両内に外光ＬＯが照射されることがある。このような外光ＬＯは、前方側から後方側に斜め下方に向かって進行したり、上方側から下方側に向かって進行したりする。このような進行方向を有する外光ＬＯは黒色層２３に吸収されることでスクリーン２Ｂの表示面２１で拡散されにくい。また、ウインドシールドＷの上端部から前方側に斜め下方に向かって進行する外光ＬＯも考えられるが、ウインドシールドＷの上端はアイポイントＥＰよりも前方側且つ上方側に位置することから、このような外光ＬＯは、スクリーン２ＢからアイポイントＥＰに向かう表示方向とは平行にはならず、黒色層２３によって吸収される。

このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。即ち、スクリーン２Ｂに黒色層２３及び導光部２４が設けられていることで、スクリーン２Ｂに表示された画像による光を搭乗者に届かせるとともに、外光を黒色層２３に吸収させてスクリーン２Ｂにおいて拡散されることを抑制し、表示画像を視認させやすくすることができる。

なお、本発明は、前記第１実施形態及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。

例えば、前記第１実施形態では、プロジェクタ３から投射された投影光Ｌが直接ミラー４に向かうものとしたが、プロジェクタ３によって投射された投影光Ｌをミラー４に向けて反射する少なくとも１つの補助反射部をさらに備えていてもよい。

即ち、第１の変形例として図６に示すように、車両用表示装置１Ｃが、スクリーン２Ｃと、プロジェクタ３と、ミラー４と、スクリーン２Ｃの背面に設けられた補助反射部５１と、を備える構成としてもよい。このような車両用表示装置１Ｃでは、プロジェクタ３が補助反射部５１の前方側且つ下方側に設けられ、補助反射部５１に向けて投影光Ｌを投射する。投影光Ｌは、補助反射部５１によって反射されるとともに、補助反射部５１を起点として、スクリーン２Ｃとミラー４との間において、傾斜方向Ａからミラー４側に傾斜した方向に沿って進行し、ミラー４によって反射されてスクリーン２Ｃに向かう。

また、第２の変形例として図７に示すように、車両用表示装置１Ｄが、スクリーン２と、プロジェクタ３と、ミラー４と、第１実施形態のプロジェクタ３と略同一位置に設けられた補助反射部５２と、を有する構成としてもよい。このような車両用表示装置１Ｄでは、プロジェクタ３が補助反射部５２の前方側且つ下方側に設けられ、補助反射部５２に向けて投影光Ｌを投射する。投影光Ｌは、第１の変形例と同様に進行する。

また、第３の変形例として図８に示すように、車両用表示装置１Ｅが、スクリーン２と、プロジェクタ３と、ミラー４と、２つの補助反射部５３、５４と、を有する構成としてもよい。このような車両用表示装置１Ｅでは、一方（プロジェクタ３側）の補助反射部５３は、第２の変形例の補助反射部５２と略同一位置に設けられ、他方（ミラー４側）の補助反射部５４は、第１実施形態のプロジェクタ３と略同一位置に設けられている。また、プロジェクタ３が一方の補助反射部５３の後方側且つ下方側に設けられ、補助反射部５３に向けて投影光Ｌを投射する。投影光Ｌは、一方の補助反射部５３によって反射されて他方の補助反射部５４に向かった後、第２の変形例と同様に進行する。

以上のように補助反射部をさらに備える構成とすれば、プロジェクタ３の配置の自由度を向上させることができる。

また、前記実施形態では、ミラー４の反射面４１が非球面状の凹曲面であるものとしたが、第４の変形例の車両用表示装置１Ｆとして図９に示すように、平面状の反射面４２を有するミラー４Ｆを備えるものとしてもよい。このような車両用表示装置１Ｆでは、反射面４２が平面であるため、前述のように表示画像の下方側が拡大されやすい。即ち、ミラー４Ｆによる反射後に中心光Ｌ１が上端光Ｌ２側に寄り、中心光Ｌ１の延長線が、表示画像の中心を示す表示中心よりも上方に位置する。このとき、ミラー４の反射によって表示画像がどのように拡大されるかを予め計算したり実験的に検証したりしておき、拡大の程度に応じて投影領域の下方側が予め縮小された画像をプロジェクタによって投射することにより、表示画像を調節すればよい。

その他、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、且つ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部、もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

１Ａ〜１Ｆ 車両用表示装置
２、２Ｂ、２Ｃ スクリーン
３ プロジェクタ（投影手段）
４、４Ｆ ミラー（反射部材）
２１ 表示面
２２ 背面
２３ 黒色層（規制部）
２４ 導光部
４１、４２ 反射面
５１〜５４ 補助反射部
Ｌ 投影光
Ｉ インストルメントパネル

Claims (3)

1. 車両のインストルメントパネルに設けられて画像を表示する車両用表示装置であって、
   表示面が前記インストルメントパネルの外側に向くように設けられた透過型のスクリーンと、
   前記インストルメントパネル内に収容された投影手段と、
   前記インストルメントの内側において前記スクリーンの背面に対向配置されるとともに前記投影手段による投影光を当該スクリーンに向けて反射する反射部材と、を備え、
   前記投影光は、前記スクリーンと前記反射部材との間を進行するとともに当該反射部材に対して斜入射し、
   前記スクリーンと前記反射部材とは、当該反射部材の面内方向のうち前記投影光の進行方向に沿った方向の寸法よりも間隔が狭くなるように配置され、
   前記反射部材の反射面は、前記スクリーンと前記反射部材との間を進行する前記投影光の起点から遠ざかるほど曲率が大きくなる凹曲面であり、
   前記反射部材に入射する前記投影光の光軸の方向は、前記反射部材の両端部を結ぶ傾斜方向に対して１０〜２０°傾斜していることを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記投影手段によって投射された前記投影光を前記反射部材に向けて反射する少なくとも１つの補助反射部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
3. 前記スクリーンには、当該スクリーンから搭乗者に向かう表示方向に沿って進行する光を通過させる導光部と、他の方向に沿って進行する光の通過を規制する規制部と、が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用表示装置。

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