JP2012179935A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可動機構を用いずに、運転者の目の位置から車両表示装置が表示する虚像までの距離を可変にでき、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に表示できるだけではなく、装置構成を簡素化し、表示光の伝播光量の低下を抑えることができる車両表示装置を提供する。
【解決手段】フロントガラス１、反射体２、インストルメントパネル３の内側に配置された凹面鏡４、表示体５、照明装置６、表示制御回路７、運転パラメータ８等で構成される。表示体５は、複数の表示部５１、５２で構成され、表示部５１、５２の後方には、発光色の異なる光源６１、６２が設けられている。また、凹面鏡４は、波長選択性の異なる境界面４ａ、４ｂを有し、かつ境界面４ａ、４ｂは焦点距離の異なる反射面形状で構成されている。凹面鏡４で選択的に反射された画像光により、虚像を異なる位置に提示することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用表示装置に関し、特に運転情報を虚像による遠方表示によって運転者に表示する車両用表示装置に関する。

従来の車両用表示装置として、運転中の運転者の視線移動を極力少なくする遠方表示方式のいわゆるヘッドアップディスプレイ装置が提案されている。

例えば、特許文献１には、反射面をフロントガラス下部に設けられた第１の反射体および第１の反射体より上部であって、第１の反射体とは異なる傾斜角の第２の反射体とで構成し、プロジェクタが映像を回動可能なミラーに投影し、このミラーをモータで駆動することによって、表示画像の投影する反射体を切り替える車両用表示装置が記載されている。

そして、低速走行時は第１の反射体を使用し前方の低い位置に投影し、高速走行時は第２の反射体を使用し前方の高い位置に投影し、虚像による表示画像の表示位置を車両の速度に応じ切り替え可能とし、また運転者がみる虚像までの距離を可変としている。

上記構成では、反射体と表示体の距離を可変にするために、ミラーをモータで駆動するという可動機構を設ける必要があり、装置が複雑になるという問題がある。また、同時に異なる距離に複数の虚像を提示できないという問題がある。

これらの問題を解決するために、例えば、特許文献２には、インストルメントパネル内の表示体から投影される表示画像をフロントガラス内面の反射体にて反射させ、表示体を反射体までの光路距離を異ならせた複数の表示板で構成して虚像を異なる位置に提示する車両用表示装置が提案されている。

これにより、反射体までの光路距離の異なる複数の表示板を用い虚像を表示するので、情報を表示する表示板を切り替えることにより、運転者の目の位置から虚像が表示される位置までの距離を可動機構を用いずに、可変とすることができる。また、必要に応じて、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に、複数の虚像を同時に提示することができる。

特開平６−１４４０８２号公報 特開平２００４−１６８２３０号公報

しかし、特許文献２の従来技術では、反射体までの光路距離の異なる複数の表示板を用いて虚像を表示しているので、表示板を複数個重ねて配置する必要があり、各表示板の表示領域が重ならないようにし、かつ表示領域以外は透明領域にする必要がある等、装置が複雑になるという問題があった。また、表示光は複数個の表示板を透過するため光量が低下するという問題があった。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、可動機構を用いずに、運転者の目の位置から車両表示装置が表示する虚像までの距離を可変にでき、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に複数の虚像を同時に表示できるだけではなく、装置構成を簡素化し、表示光の伝播光量の低下を抑えることができる車両表示装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、インストルメントパネル内に配置され、表示色が異なる複数の表示部（５１、５２、５３）で構成される表示体（５）と、フロントガラス（１）内面に配置され、前記表示体から投影される表示画像を反射させる反射体（２）と、前記表示体と前記反射体との間に配置され、所定の波長光を選択的に反射させる波長選択性の異なる複数の境界面（４ａ、４ｂ、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）を有する凹面鏡（４、１４）とを備え、前記凹面鏡の複数の境界面が焦点距離の異なる反射面形状を有しており、前記異なる表示色を有する複数の表示部からの画像光が前記複数の境界面のそれぞれから反射されて前記反射体に導かれることにより、虚像を異なる位置（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３）に表示することを特徴とする車両表示装置である。

また、請求項２に記載の発明は、前記凹面鏡における複数の境界面の数と前記複数の表示部との数は、一致していることを特徴とする請求項１に記載の車両表示装置である。

また、請求項３に記載の発明は、前記複数の表示色の波長範囲と前記複数の境界面における選択的に反射する所定の波長範囲とは、対応していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の車両表示装置である。

本発明によれば、表示体は表示色が異なる複数の表示部で構成され、凹面鏡は所定の波長光を選択的に反射させる波長選択性の異なる複数の境界面を有し、かつ、複数の境界面は各々焦点距離の異なる反射面形状で構成されるので、可動機構を用いず、簡便な構成で使用光の波長毎に虚像を異なる位置に提示することができる。また必要に応じて、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に、複数の虚像を同時に提示できる。さらには、表示光の減衰が従来よりも抑制できる。

本発明の車両用表示装置の一実施例を示すブロック構成と、運転者の見る虚像位置を示す図である。 本発明の車両用表示装置の他の実施例を示すブロック構成と、運転者の見る虚像位置を示す図である。 車両の運転席の概略を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。構造に関する図面は模式的なものであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。

図１は、本発明の車両用表示装置の一実施例を示す。本発明の車両用表示装置は、ヘッドアップディスプレイ方式の車両用表示装置である。また、図３は、車両の運転席の概要を示す図である。車両の運転席は、図３に示すように、フロントガラス内面に配置された反射体２、インストルメントパネル３、ステアリングホイール２１、運転席シートの座面２３及び背もたれ２４、運転者の視点２０、ブレーキペダル２２ａ、アクセルペダル２２ｂ等により構成されている。また、図１に示すように、インストルメントパネル３内には、凹面鏡４、表示体５、照明装置６、表示制御回路７、運転パラメータ検出装置８等が配置されている。

運転パラメータ検出装置８は、例えば、運転時の速度や回転数、燃料の残量等、運転時に確認したいパラメータを検出する。表示制御回路７は、インストルメントパネル３内に設置された表示体５を制御して、運転パラメータ検出装置８から出力されるデータの内、必要なデータを選択して表示体５に送信し、表示画像とする。表示体５に表示された表示画像は、反射体である凹面鏡４を介して反射体２に投影される。反射体２は、車両のフロントガラス１の内側に設けられている。反射体２は、コンバイナ等と呼ばれるものであり、凹面鏡４からの反射光を再度反射させて、運転者の視点２０に導き、フロントガラス前方に表示画像の虚像Ｘ１、Ｘ２を視認させる。

また、照明装置６は、複数の光源６１、６２を備えており、１個の表示体５と、１個の凹面鏡４とが設置されている。凹面鏡４は、表示体５からの画像光を反射させて反射体２に導くことができるように、表示体５からの画像光に対して所定の角度傾けて配置される。

凹面鏡４は、光を透過する基材に、光学的な境界面を複数備えているもので、第１の境界面として表面４ａ、第２の境界面として裏面４ｂとを備えている。また、境界面である表面４ａと裏面４ｂは、反射面として機能するものであり、表面４ａには所定の波長光を選択的に反射させる波長選択性を有する光学薄膜が形成され、裏面４ｂには、表面４ａを透過して裏面４ｂに入射する光を透過させる波長選択性を有する光学薄膜が形成されている。あるいは、すべての可視光を反射させる波長選択性を有する光学薄膜が形成されていてもよい。このように、表示体５から見て、最も遠い境界面、すなわち裏面４ｂには、すべての可視光を反射させる膜を形成することができる。

上記のように、光学薄膜により第１の境界面が有する波長選択性と第２の境界面の波長選択性は、異なるように形成されている。また、凹面鏡４の表面４ａと裏面４ｂは、どちらも凹面となるように構成されており、表示体５からの入射光に対して表面４ａと裏面４ｂの凹面の曲率半径、すなわち凹面の焦点距離は異なるように形成されている。

一方、表示体５は、１つの表示体の中に、上下方向に、それぞれ画像表示ができる表示部５１、５２が形成されている。表示体５に光を照射するための照明装置６が、表示体５の後方に配置されている。照明装置６は、２つの光源６１、６２で構成されている。表示部５１を照射するための光源６１が、表示部５１の後方に配置されている。また、表示部５２を照射するための光源６２が、表示部５１の後方に配置されている。ここで、光源６１、６２の発光色を変えることにより、表示色の異なる表示部５１、５２を構成することができる。

表示色の異なる表示領域の構成例として、光源６２を例えば赤色光を発生する発光ダイオード等で構成し、光源６１を例えば青色光を発生する発光ダイオード等で構成する。この構成により、表示部５２が赤色に、表示部５１が青色に表示されることに対応して、凹面鏡４の表面４ａに形成される光学薄膜の波長選択性として、例えば、波長６００ｎｍ以上の可視光（赤色光）を反射し、他の波長の可視光を透過する特性とする。この場合、照明装置６の光源６２からの赤色光によって照明された表示部５２の画像光は、表面４ａの面で反射され、裏面４ｂには到達しない。また、凹面鏡４の表面４ａには光学薄膜が形成されているので反射帯域における反射率は略１００％、透過帯域における透過率は略１００％に設定される。

また、凹面鏡４の裏面４ｂには、可視光を全反射する光学薄膜を形成しているので、照明装置６の光源６１からの青色光によって照明された表示部５１の画像光は、赤色光を選択的に反射する表面４ａを透過した後、裏面４ｂで反射され、再度表面４ａを透過して反射体２に到達する。また、凹面鏡４の裏面４ａには光学薄膜が形成されているので青色発光ダイオード等からの青色光の光に対応する反射帯域にて反射率を略１００％に設定される。あるいは、すべての可視光を反射させる波長選択性を有する光学薄膜が形成されている場合においても、青色発光ダイオード等からの青色光の光に対応する反射帯域にて反射率を略１００％に設定される。したがって、凹面鏡４における表示光の減衰をほぼ零に近い程度に抑制できる。

本実施例の作用を以下に説明する。運転パラメータ検出装置８からの表示画像用データが表示制御回路７に入力される。表示制御回路７は、インストルメントパネル３内の表示体５を制御して、表示画像を表示部５１、表示部５２に表示する。

表示部５１、５２に表示された表示画像による画像光は、凹面鏡４の表面４ａへ至る。上述したように、表面４ａは赤色光を選択的に反射するので、表示部５２からの赤色の画像光は、表面４ａで反射され、反射体２へ向かう。一方、表示部５１からの青色の画像光は、表面４ａでは反射せず、凹面鏡４の内部を透過して裏面４ｂに進む。

青色の画像光は裏面４ｂで反射され、表面４ａを再度透過して反射体２へ向かう。反射体２は、ハーフミラーか、もしくは反射／透過の特性を適宜設定した光学薄膜により構成されており、画像光の一部は透過し、残りが反射され、反射光は運転者の視点２０へ至る。

凹面鏡４の表面４ａで反射された画像光Ｌ１は、インストルメントパネル３の開口部３ａを通過して反射体２へ到達し、反射体２で反射した反射光Ｌ２は視点２０に入射されるとともに、その表示像が、前方の低い位置に虚像Ｘ１として投影される。すなわち、表示部５２の表示画像は、反射光Ｌ２の経路の車両前方方向に延長した位置に、虚像Ｘ１として提示される。

視点２０から虚像Ｘ１までの光路距離は、表示体５から凹面鏡４までの光路距離と凹面鏡４の表面４ａの焦点距離によって光学的に定まる。以下の数式の通りである。

Ｓ：視点２０から虚像Ｘ１または虚像Ｘ２までの光路距離
ｆ：凹面鏡４の表面４ａまたは裏面４ｂの焦点距離
Ｂ：表示体５から凹面鏡４までの光路距離
Ｄ：凹面鏡４から視点２０までの光路距離

同様に、凹面鏡４の裏面４ｂで反射された画像光Ｌ３は、インストルメントパネル３の開口部３ａを通過して反射体２へ到達し、反射体２で反射した反射光Ｌ４は視点２０に入射されるとともに、その表示像が、前方の低い位置に虚像Ｘ２として投影される。すなわち、表示部５１の表示画像は、反射光Ｌ４の経路の車両前方方向に延長した位置に、虚像Ｘ２として提示される。視点２０から虚像Ｘ２までの光路距離は、表示体５から凹面鏡４までの光路距離と凹面鏡４の裏面４ｂの焦点距離によって光学的に定まる。

前述したように、表面４ａと裏面４ｂの凹面の焦点距離は異なるように形成されているので、画像光Ｌ１と画像光Ｌ２による虚像Ｘ１に関する視点２０までの光路距離と画像光Ｌ３と画像光Ｌ４による虚像Ｘ２に関する視点２０までの光路距離とは異なるものとなる。したがって、運転者の目の位置から虚像が表示される位置までの距離を可変とすることができ、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に、複数の虚像を同時に提示することができる。

また、以上の構成により、運転者の視点２０には、反射体２を透過してくる外光も同時に入射するため、運転者は通常の前方視野とともに表示体５の画像情報を重畳して観察することができる。

次に、本発明の車両表示装置の他の実施例を図２に示す。図２の実施例の場合、照明装置６は、３個の光源６１、６２、６３により構成されており、１個の表示体５は、表示部５１、５２、５３を有している。表示部５１、５２、５３には、それぞれ異なる画像や文字等が表示される。凹面鏡１４は、光を透過する２個の基材１４１、１４２から構成され、光学的な境界面１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備えている。基材１４１及び基材１４２は光を透過させる材料で構成されている。また、光学的な境界面１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、いずれも凹面となるように構成されており、表示体５からの入射光に対して境界面１４ａ、１４ｂ、１４ｃの凹面の曲率半径、すなわち凹面の焦点距離は、それぞれ異なるように形成されている。

第１の境界面である境界面１４ａには第１の波長選択性を持つ第１の光学薄膜が施され、第２の境界面である境界面１４ｂには第２の波長選択性を持つ第２の光学薄膜が施され、第３の境界面である境界面１４ｃには、第３の波長選択性を持つ第２の光学薄膜が施されている。すべての可視光を反射させる波長選択性を持つ第３の光学薄膜が施されていてもよい。このように、表示体５から見て、最も遠い境界面、すなわち境界面１４ｃには、すべての可視光を反射させる波長選択性を持つ光学薄膜が形成されていてもよい。

境界面１４ａの波長選択性としては、例えば、波長６００ｎｍ以上の可視光(赤色光)を反射し、他の波長の可視光を透過する特性とする。境界面１４ｂの波長選択性としては、例えば、波長５００ｎｍ〜６００ｎｍの可視光(緑色光)を反射し、他の波長の可視光を透過する特性とする。また、これらの境界面１４ａ、１４ｂ、１４ｃの波長選択性に合わせるように、例えば、光源６１は青色の発光ダイオード、光源６２は緑色の発光ダイオード、光源６３は赤色の発光ダイオードで構成する。

この場合、光源６３からの赤色光によって照明された表示部５３の画像光は、境界面１４ａの面で反射され、基材１４１の中には進まない。一方、光源６２からの緑色光によって照明された表示部５２の画像光は、境界面１４ａの面で反射されずに、基材１４１の内部を進み、境界面１４ｂで反射され、基材１４２の内部に進まない。他方、光源６１からの青色光によって照明された表示部５２の画像光は、境界面１４ａ及び境界面１４ｂの面で反射されずに、基材１４１、１４２の内部を進み、境界面１４ｃで反射される。このように、複数の表示色の波長範囲と複数の境界面における選択的に反射する所定の波長範囲とは、対応していることにより凹面鏡４における表示光の減衰をほぼ零に近い程度に抑制できる。

図２の車両用表示装置の作用を以下に説明する。運転パラメータ検出装置８からの表示画像用データが表示制御回路７に入力される。表示制御回路７は、インストルメントパネル３内の表示体５を制御して、表示画像を表示部５１、５２、５３に表示する。

表示部５１、５２、５３に表示された表示画像による画像光は、凹面鏡１４の表面１４ａへ至る。上述したように、表面１４ａは赤色光を選択的に反射するので、表示部５３からの赤色の画像光は、境界面１４ｂ、１４ｃには到達せず、境界面1４ａの面で反射される。境界面1４ａで反射された画像光は、反射体２へ向かう。一方、表示部５２からの緑色の画像光は、境界面1４ａでは反射せず、凹面鏡１４の基材１４１の内部を透過して境界面1４ｂに進み、境界面1４ｂの面で反射される。反射された画像光は、基材１４１の内部を進み境界面１４ａを透過した後、反射体２へ向かう。他方、表示部５１からの青色の画像光は、境界面1４ａ、１４ｂでは反射せず、凹面鏡１４の基材１４１、１４２の内部を透過して境界面1４ｃに進み、境界面1４ｃの面で反射される。反射された画像光は、基材１４２、１４１の内部を進み境界面１４ｂ、１４ａを透過した後、反射体２へ向かう。

反射体２は、ハーフミラーか、もしくは反射／透過の特性を適宜設定した光学薄膜により構成されており、画像光の一部は透過し、残りが反射され、反射光は運転者の視点２０へ至る。

凹面鏡１４の境界面１４ａで反射された画像光Ｌ１は、インストルメントパネル３の開口部３ａを通過して反射体２へ到達し、反射体２で反射した反射光Ｌ２は視点２０に入射されるとともに、その表示像が、前方の低い位置に虚像Ｘ１として投影される。すなわち、表示部５３の表示画像は、反射光Ｌ２の経路の車両前方方向に延長した位置に、虚像Ｘ１として提示される。

同様に、凹面鏡１４の境界面１４ｂで反射された画像光Ｌ３は、インストルメントパネル３の開口部３ａを通過して反射体２へ到達し、反射体２で反射した反射光Ｌ４は視点２０に入射されるとともに、その表示像が、前方の低い位置に虚像Ｘ２として投影される。すなわち、表示部５２の表示画像は、反射光Ｌ４の経路の車両前方方向に延長した位置に、虚像Ｘ２として提示される。

同様に、凹面鏡１４の境界面１４ｃで反射された画像光Ｌ５は、インストルメントパネル３の開口部３ａを通過して反射体２へ到達し、反射体２で反射した反射光Ｌ６は視点２０に入射されるとともに、その表示像が、前方の低い位置に虚像Ｘ３として投影される。すなわち、表示部５１の表示画像は、反射光Ｌ６の経路の車両前方方向に延長した位置に、虚像Ｘ３として提示される。

また、境界面１４ａ、１４ｂ、１４ｃの各凹面の焦点距離は異なるように形成されているので、画像光Ｌ１と画像光Ｌ２による虚像Ｘ１に関する視点２０までの光路距離と画像光Ｌ３と画像光Ｌ４による虚像Ｘ２に関する視点２０までの光路距離と画像光Ｌ５と画像光Ｌ６による虚像Ｘ３に関する視点２０までの光路距離とは異なるものとなる。したがって、運転者の目の位置から虚像が表示される位置までの距離を可変とすることができ、運転者の目の位置からの距離が異なる位置に、複数の虚像を同時に提示することができる。

また、運転者の目には、反射体２を透過してくる外光も同時に入射するため、運転者は通常の前方視野とともに表示体５の画像情報を重畳して観察することができる。

以上の実施例では、表示体５の表示色が２色又は３色の場合について説明したが、これを拡張してＮ色にすることもできる。この場合、光源としてＮ色の光源を用意し、これらを、表示体のＮ個の表示部の後方にそれぞれ配置する。また、凹面鏡の光学的な境界面をＮ個形成し、それぞれの境界面にＮ色に対応して特定の色の波長を選択的に反射させる波長選択性を持たせた光学薄膜を形成しておく。なお、波長選択性を有する光学薄膜は、表示体から見て、最も遠い境界面には、波長選択性がない全反射膜が形成される。また、Ｎ個の境界面の焦点距離はそれぞれ異なるように形成しておく。以上のように構成すれば、表示体をＮ色で表示する場合の車両表示装置にも対応可能である。

１ フロントガラス
２ 反射体
３ インストルメントパネル
３ａ 開口部
４ 凹面鏡
４ａ 表面
４ｂ 裏面
５ 表示体
５１ 表示部
５２ 表示部
６ 照明装置
６１ 光源
６２ 光源
７ 表示制御回路
８ 運転パラメータ検出装置

Claims (3)

1. インストルメントパネル内に配置され、表示色が異なる複数の表示部で構成される表示体と、
   フロントガラス内面に配置され、前記表示体から投影される表示画像を反射させる反射体と、
   前記表示体と前記反射体との間に配置され、所定の波長光を選択的に反射させる波長選択性の異なる複数の境界面を有する凹面鏡とを備え、
   前記凹面鏡の複数の境界面が焦点距離の異なる反射面形状を有しており、前記異なる表示色を有する複数の表示部からの画像光が前記複数の境界面のそれぞれから反射されて前記反射体に導かれることにより、
   虚像を異なる位置に表示することを特徴とする車両表示装置。
2. 前記凹面鏡における複数の境界面の数と前記複数の表示部との数は、一致していることを特徴とする請求項１に記載の車両表示装置。
3. 前記複数の表示色の波長範囲と前記複数の境界面における選択的に反射する所定の波長範囲とは、対応していることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の車両表示装置。

Images