JP6201339B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、透明な表示部材に画像を投影することによって、運転者に画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両のフロントウィンドシールドやコンバイナーと呼ばれる透明な表示部材に画像を投影することによって、車両の運転に関する各種の情報（車速やエンジン回転速度など）を運転者に対して表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と表記する）が知られている。このＨＵＤ装置では、透過型の液晶表示画面上に各種の情報を示す画像を表示して、液晶表示画面の背面側から光を投射し、液晶表示画面を透過した光を反射鏡で反射させることによって、表示部材に画像を投影する。こうすると、運転者には、透明な表示部材（フロントウィンドシールド等）の向こう側の状況に重ねて画像が表示されているように見えるので、運転者は運転中に視線を大きく動かすことなく、運転に関する各種の情報を得ることができる。

また、ＨＵＤ装置は、液晶表示画面に表示する画像を変更することによって、種々の情報を運転者に表示することができる。そこで、それら種々の情報の１つとして、たとえば運転者に対して警告する情報（警告情報）のように、常に表示されているわけではないが重要な情報を、ＨＵＤ装置で表示することも提案されている（特許文献１）。

特開２００４−２５１８８１号公報

しかし、警告情報などのように稀にしか表示されない情報は、ＨＵＤ装置で表示したからといって、そのことに運転者が直ちに気付くとは限らないという問題があった。

この発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、警告情報などのように稀にしか表示されない情報を、運転者が直ちに認識可能な態様で表示することが可能なＨＵＤ装置を提供することを目的とする。

上述した問題を解決するために本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、画像を表示する液晶表示部と、液晶表示部からの光を表示部材に向けて反射する反射鏡との間にプリズムを搭載して、液晶表示部の一端側に設けられた所定領域からの光が、そのプリズムを通過するようにすることで、所定領域からの光を屈折させる。更に、プリズムは、液晶表示部の所定領域が設けられた一端側から、他端側に近付くに従って、プリズムの厚さが厚くなる向きに搭載されている。
こうすれば、液晶表示部の一端側に設けられた所定領域からの光はプリズムで屈折して、表示部材上に投影される位置が移動する。このため、液晶表示部の所定領域からの光は、液晶表示部の所定領域以外の領域からの光が画像を表示する位置とは異なる位置に画像を表示することになる。しかも、プリズムが搭載されている向きは、液晶表示部の所定領域が設けられた一端側から他端側に近付くに従って、プリズムの厚さが厚くなる向きとなっている。このため、プリズムを通過する光による画像が表示される位置は、プリズムを通過しない光による画像が表示される位置から遠ざかる方向に移動した位置となる。その結果、稀にしか表示されない画像が突然に表示された場合でも、そのことに運転者が直ちに気付くことができるので、警告情報などのように稀にしか表示されない情報であっても、運転者が直ちに認識することが可能となる。

また、上述した本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、運転者に対して警告する内容の画像（警告画像）を表示する警告表示領域を、液晶表示部の一部に設けておき、警告表示領域からの光をプリズムで屈折させることとしても良い。尚、警告表示領域は、警告画像が表示される領域であれば十分であり、警告画像を表示する必要がない場合は他の画像が表示される領域であってもよい。
こうすれば、警告画像は他の画像から離れた位置に表示されるので、警告画像を表示すると、そのことに運転者が直ちに気付いて、警告の内容を認識することが可能となる。

また、液晶表示部に警告表示領域が設けられた本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、警告表示領域外からの光がプリズムに入射することを防止するための遮光板を、液晶表示部と反射鏡との間に遮光板を設けることとしても良い。
こうすれば、警告表示領域外からの光がプリズムで屈折して表示部材に投影されてしまい、投影された画像の画質が低下することを回避することができる。

また、上述した本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、色消しプリズムを用いることとしても良い。ここで色消しプリズムとは、光の波長による屈折率の違いを打ち消すように、光学特性の異なる複数のプリズムを組み合わせた合成プリズムである。
こうすれば、プリズムを通過する光が複数の波長を含んでいた場合でも、波長による屈折率の違いによる色収差の発生を回避することができるので、良好な画質の画像を表示させることが可能となる。

また、上述した本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、光が入射する側のプリズムの表面、あるいは光が出射する側のプリズムの表面の少なくとも一方を、曲面によって形成しても良い。
こうすれば、プリズムを通過して表示部材に投影された画像が、通常とは異なる距離に表示されているように、運転者に感じさせることができる。例えば曲面が凸形状であった場合には、通常よりも近くに画像が表示されているように感じられ、逆に、曲面が凹形状であった場合には、通常より遠くに画像が表示されているように感じられる。このため、画像が表示された時に、運転者の注意が惹き付けられて、直ちに画像を認識することが可能となる。

また、上述した本発明のヘッドアップディスプレイ装置においては、プリズムが入射した光を屈折させる方向、あるいはその方向と反対の方向に、プリズムを回動させることとしても良い。
こうすれば、プリズムを通過して表示部材に投影される画像の位置を、移動させることができる。このため、画像に応じて表示する位置を移動させたり、あるいは画像の表示中に表示位置を移動させたりして、運転者の注意を惹き付けることができるので、直ちに画像を認識させることが可能となる。

本実施例のヘッドアップディスプレイ装置の構造を示す説明図である。 本実施例のヘッドアップディスプレイ装置が運転者に対して表示する画像を例示した説明図である。 本実施例のヘッドアップディスプレイ装置に設けられたプリズムの働きを示す説明図である。 液晶表示装置で表示した画像とフロントウィンドシールド上に表示される画像との対応関係を示した説明図である。 液晶表示装置とプリズムとの間に遮光板を備える第１変形例を例示した説明図である。 色消しプリズムを用いた第２変形例を例示した説明図である。 入射面が曲面形状のプリズムを用いた第３変形例を例示した説明図である。 プリズムが回動可能に設けられた第４変形例を例示した説明図である。

以下では、上述した本願発明の内容を明確にするために実施例について説明する。
図１に示すように本実施例のヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置１００と表記する）は、車両１のインストルメントパネル３００の内側に搭載されており、フロントウィンドシールド２００に画像を投影することによって、運転者に各種の情報を表示する。
ＨＵＤ装置１００は、透過型の液晶表示装置１１０と、液晶表示装置１１０の背面から光を投射する光源１２０と、液晶表示装置１１０を透過した光をフロントウィンドシールド２００に向けて反射する凹面鏡１３０と、液晶表示装置１１０と凹面鏡１３０との間に設けられたプリズム１４０とを備えている。尚、本実施例では、透過型の液晶表示装置１１０を採用しているが、画像を表示して光を放射することができれば、反射型の液晶表示装置など他の方式の表示装置を用いることも可能である。
液晶表示装置１１０に各種の情報を示す画像を表示して、光源１２０から投射すると、液晶表示装置１１０に表示された画像が凹面鏡１３０で反射されて、フロントウィンドシールド２００に投影される。このため、運転者１０にとっては、フロントウィンドシールド２００の向こう側に画像が表示されているように見えるので、運転中に視線を大きく動かすことなく、液晶表示装置１１０の画像を確認することができる。

また、本実施例のＨＵＤ装置１００には、液晶表示装置１１０と凹面鏡１３０との間にプリズム１４０が設けられている。このため、液晶表示装置１１０から投影された画像の一部はプリズム１４０を通過した後に、凹面鏡１３０で反射されてフロントウィンドシールド２００に投影される。
尚、本実施例の液晶表示装置１１０は、本発明における「液晶表示部」に対応する。また、本実施例のフロントウィンドシールド２００は、本発明における「表示部材」に対応する。更に、本実施例の凹面鏡１３０は、本発明における「反射鏡」に対応する。

図２には、本実施例のＨＵＤ装置１００によって運転者１０に対して表示される画像が例示されている。図示のように、運転者１０の正面から少し下方の範囲（表示範囲４００ａ）には、車両１の車速やエンジン回転速度などの運転に必要な各種情報を示す画像が表示される。また、表示範囲４００ａから更に少し下方の位置には、表示範囲４００ｂが設けられており、この表示範囲４００ｂには、運転者１０に対して警告する画像のように、通常時は表示されないが重要な内容の画像が表示される。
ここで、表示範囲４００ｂに表示される画像は、プリズム１４０を通過してフロントウィンドシールド２００に投影された画像である。そして、図２に示されるように、表示範囲４００ａと表示範囲４００ｂとの間が離れているのは、プリズム１４０を通過する際に光が屈折するため、フロントウィンドシールド２００上に投影される位置が移動するためである。以下、この点について詳しく説明する。

図３には、液晶表示装置１１０から投影された光の光路が示されている。先ず始めに図３（ａ）を参照することによって、表示範囲４００ａに投影される光の光路について説明する。図中に斜線を付して示したように、液晶表示装置１１０の領域１１０ａから透過した光は、凹面鏡１３０で反射されてフロントウィンドシールド２００に投影される。そして、フロントウィンドシールド２００で反射した光が運転者１０の目に入って、画像として認識される。
もっとも、運転者１０には、このような光路を通って光が目に入ったことは分からないから、表示範囲４００ａの向こう側に虚像４１０ａが存在して、虚像４１０ａからの光が目に入ったかのように感じられることになる。

次に、図３（ｂ）を参照して、表示範囲４００ｂに投影される光の光路について説明する。表示範囲４００ｂに画像が表示されるということは、運転者１０にとっては、表示範囲４００ｂの向こう側に存在する虚像４１０ｂからの光が目に入ったかのように感じられているということである。もちろん、実際にはフロントウィンドシールド２００に投影された光が反射して目に入っているのであり、フロントウィンドシールド２００に投影される光は凹面鏡１３０で反射された光である。
また、図３（ｂ）に示されているように、表示範囲４００ａの虚像４１０ａと、表示範囲４００ｂの虚像４１０ｂとの間には隙間が存在する。従って、表示範囲４００ｂに投影される光の光路（図３（ｂ）中に斜線を付して表示）は、表示範囲４００ａに投影される光の光路（図３（ａ）中に斜線を付して表示）に対して離れた位置を通過する。しかし、プリズム１４０は光を屈折させるから、図３（ｂ）に示したように、プリズム１４０の上流側では、表示範囲４００ｂの光の光路が、表示範囲４００ａの光の光路に接近する。その結果、液晶表示装置１１０の領域１１０ｂに達する。すなわち、領域１１０ｂからの光がプリズム１４０で屈折した後、凹面鏡１３０で反射して表示範囲４００ｂに投影されて、運転者１０の目に到達するような光路が存在しており、このため、液晶表示装置１１０の領域１１０ｂに表示した画像を、表示範囲４００ｂの向こう側に虚像４１０ｂとして表示することが可能となる。

また、以上の説明から明らかなように、プリズム１４０を用いれば、液晶表示装置１１０では隣接して設けられた領域１１０ａおよび領域１１０ｂの画像を、フロントウィンドシールド２００上では離れた位置の表示範囲４００ａおよび表示範囲４００ｂに表示させることが可能となる。
すなわち、図４（ａ）に例示したように、液晶表示装置１１０の領域１１０ａには車速やエンジン回転速度などを示す画像を表示する。また、領域１１０ａに隣接した領域１１０ｂには、運転者１０に対して警告する内容の画像（警告画像）を表示する。このように、液晶表示装置１１０では２つの領域１１０ａ，１１０ｂが隣接していても、領域１１０ｂからの光をプリズム１４０で屈折させてフロントウィンドシールド２００に投影してやれば、フロントウィンドシールド２００上では、互いに離れた表示範囲４００ａと表示範囲４００ｂとに画像を表示することができる。
尚、警告画像を表示する本実施例の領域１１０ｂは、本発明における「警告表示領域」に対応する。

仮に、プリズム１４０を使用せずに、フロントウィンドシールド２００上で互いに離れた表示範囲４００ａと表示範囲４００ｂとに画像を表示しようとすると、液晶表示装置１１０では、図４（ｂ）に示したように、領域１１０ａと領域１１０ｂとを離して設ける必要がある。すると、図４（ｂ）中に斜線を付して示したように、画像を表示しない領域（無表示領域）が発生することになって、液晶表示装置１１０の表示効率が低下する。また、領域１１０ａおよび領域１１０ｂの面積を確保しようとすると、無表示領域の分だけ液晶表示装置１１０が大きくなる。
これに対して本実施例のＨＵＤ装置１００では、プリズム１４０を用いることによって、表示範囲４００ｂの位置を表示範囲４００ａから離すことができるので、液晶表示装置１１０の表示効率が低下したり、液晶表示装置１１０が大きくなったりすることもない。更に、プリズム１４０は、液晶表示装置１１０と凹面鏡１３０との間に設置されるので、プリズム１４０を設けることでＨＵＤ装置１００が大きくなることもない。

また、本実施例のＨＵＤ装置１００では、表示範囲４００ａには車速などの運転に必要な各種の情報を示す画像を表示し、表示範囲４００ａから離れた表示範囲４００ｂには、警告の画像などのように、通常時は表示されない画像を表示することができる。
こうすれば、警告の画像などを表示すると、通常時に画像が表示されている表示範囲４００ａから離れた位置（表示範囲４００ｂ）に画像が表示されることになるので、運転者１０は、画像が表示されたことに直ちに気付くことができる。このため、警告などのように通常時は表示されない重要な情報を、ＨＵＤ装置１００を用いて運転者に迅速に認識させることが可能となる。

上述した本実施例のＨＵＤ装置１００には、幾つかの変形例が存在する。以下では、これらの変形例について本実施例との相違点に焦点を当てて説明する。尚、以下に説明する変形例においては、上述した本実施例と同様な構成については同じ符番を付すこととして、詳細な説明は省略する。

［第１変形例］ ：
上述した実施例のＨＵＤ装置１００では、領域１１０ｂ以外の領域（例えば領域１１０ａ）からの光がプリズム１４０に入射することを避けるための部材を設けても良い。
図５には、液晶表示装置１１０とプリズム１４０との間に遮光板１４２を設けた第１変形例が例示されている。
このような第１変形例では、遮光板１４２に遮られて、領域１１０ｂ以外の領域からの光がプリズム１４０に入射することがない。このため、プリズム１４０を通過して表示範囲４００ｂに投影される光は専ら領域１１０ｂからの光となるので、表示範囲４００ｂに鮮明な画像を表示することが可能となる。

［第２変形例］ ：
上述した実施例および変形例では、プリズム１４０は、光学的に均質な単一の材質で形成されているものとして説明した。しかし、光学特性の異なる複数のプリズムを組み合わせることで、光の波長による屈折率の違いを打ち消した合成プリズム（いわゆる色消しプリズム）を用いることとしても良い。

図６には、色消しプリズム１４４を用いた第２変形例が例示されている。図示した色消しプリズム１４４は、単一の材質で形成された２つのプリズム１４４ａ，１４４ｂを組み合わせて用いることで、光の波長の違いによる屈折率の違いを打ち消すことができる。このため、表示範囲４００ｂに表示される画像が、色収差によって不鮮明になることを回避することが可能となる。

［第３変形例］ ：
また、上述した実施例および変形例では、プリズム１４０に光が入射する面（入射面）およびプリズム１４０から光が出射する面（出射面）は、何れも平面であるものとして説明した。しかし、入射面または出射面の少なくとも一方を、曲面によって構成しても良い。

図７には、このような曲面を有するプリズム１４６を用いた第３変形例が例示されている。尚、図示したプリズム１４６では、入射面が凸形状の曲面によって形成されているが、出射面を凸形状の曲面としても良く、更には、入射面および出射面を凸形状の曲面によって形成しても良い。また、曲面は必ずしも凸形状に限られるものではなく、凹形状の曲面としてもよい。
図７に例示したように、入射面または出射面の少なくとも一方を凸形状の曲面によって形成すれば、プリズム１４６を通過した光は、プリズム１４６を通過しない光よりも手前で像を結ぼうとする。このため運転者１０には、表示範囲４００ａに表示される画像よりも、表示範囲４００ｂの画像の方が手前に表示されているように感じられる。また逆に、プリズム１４６の入射面または出射面の少なくとも一方を凹形状の曲面によって形成すれば、表示範囲４００ｂの画像が表示範囲４００ａの画像よりも遠くに表示されているように感じられる。
このため、表示範囲４００ｂの画像を、単に表示範囲４００ａから離れた位置に表示するだけでなく、表示範囲４００ａの画像とは異なる距離に表示されているように感じさせることができるので、運転者１０に直ちに気付かせることが可能となる。

［第４変形例］ ：
また、上述した実施例および変形例では、プリズム１４０，１４４，１４６は、液晶表示装置１１０と凹面鏡１３０との間の所定位置に固定されているものとして説明した。しかし、プリズム１４０，１４４，１４６を回動可能な態様で設けても良い。

図８には、プリズム１４０が回動可能に設けられた第４変形例が例示されている。図８に示した例では、プリズム１４０が、横方向（即ち、プリズム１４０の入射面および出射面のいずれにも平行な方向）から軸によって支えられており、この軸は、ステッピングモーター１５０の回転軸に接続されている。従って、ステッピングモーター１５０を駆動すれば、プリズム１４０を通過した光が投影される表示範囲４００ｂを、運転者１０から見て上下方向に移動させることができる。
このため、例えば液晶表示装置１１０の領域１１０ｂに表示する画像の内容に応じてステッピングモーター１５０を所定角度まで回動させることにより、表示範囲４００ｂの位置を変更することができる。また、運転者１０が運転に用いる各種の情報を領域１１０ｂに表示する場合には、表示範囲４００ｂが表示範囲４００ａに隣接した位置となるようにステッピングモーター１５０を回動させてもよい。
更には、ステッピングモーター１５０を、時計回りおよび反時計回りに交互に細かく回動させれば、表示範囲４００ｂの位置を、運転者１０から見て上下方向に細かく振動させることができる。このような態様で画像を表示すれば、運転者１０の注意を強く引き付けるので、画像が表示されたことを運転者１０に直ちに認識させることが可能となる。
尚、第４変形例のステッピングモーター１５０は、本発明における「回動手段」に対応する。

以上、本実施例および変形例について説明したが、本発明は上記の実施例および変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。
例えば、上述した実施例および変形例では、プリズム１４０，１４４，１４６は、液晶表示装置１１０の上側に設けられているものとして説明した。しかし、これに限らず、プリズム１４０，１４４，１４６は、液晶表示装置１１０の下側に設けてもよく、あるいは液晶表示装置１１０の右側若しくは左側に設けることとしても良い。

１…車両、 １００…ＨＵＤ装置、 １１０…液晶表示装置、
１１０ａ，ｂ…領域、 １２０…光源、 １３０…凹面鏡、
１４０…プリズム、 １４２…遮光板、 １４４…色消しプリズム、
１４６…プリズム、 １５０…ステッピングモーター、
２００…フロントウィンドシールド、 ４００ａ，ｂ…表示範囲。

Claims (6)

1. 透明な表示部材に画像を投影することによって該画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記画像を表示する液晶表示部と、
   前記液晶表示部に光を投射する光源と、
   前記液晶表示部からの光を前記表示部材に向けて反射する反射鏡と、
   前記液晶表示部と前記反射鏡との間に搭載されて、該液晶表示部の一端側に設けられた所定領域からの光を屈折させるプリズムと
   を備え、
   前記プリズムは、前記液晶表示部の前記所定領域が設けられた一端側から他端側に近付くに従って、前記プリズムの厚さが厚くなる向きに搭載されている
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記所定領域は、前記液晶表示部上で警告画像が表示される警告表示領域であり、
   前記プリズムは、前記警告表示領域からの光を屈折させるプリズムであるヘッドアップディスプレイ装置。
3. 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記液晶表示部と前記プリズムとの間には、前記警告表示領域外からの光が該プリズムに入射することを防止する遮光板が設けられているヘッドアップディスプレイ装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記プリズムが色消しプリズムであるヘッドアップディスプレイ装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記プリズムは、前記光が入射する側の表面または出射する側の表面の少なくとも一方が曲面で形成されたプリズムであるヘッドアップディスプレイ装置。
6. 請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記プリズムが入射した光を屈折させる方向あるいは反対の方向に、該プリズムを回動させる回動手段を備えるヘッドアップディスプレイ装置。

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