特開 2024-158596 ヘッドアップディスプレイ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158596

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20241031BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20241031BHJP

   G02F 1/133 20060101ALI20241031BHJP

   G02B 30/00 20200101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02F1/13 505

G02F1/133 505

G02B30/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023073928

(22)【出願日】2023-04-28

(71)【出願人】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】笠原 毅

【テーマコード（参考）】

2H088

2H193

2H199

【Ｆターム（参考）】

2H088EA05

2H088EA13

2H088EA23

2H088EA45

2H088HA21

2H088HA23

2H088HA26

2H088HA28

2H088MA03

2H193ZD37

2H193ZJ20

2H193ZR03

2H193ZR10

2H199BA20

2H199BA61

2H199BB04

2H199BB18

2H199BB19

2H199BB42

2H199BB52

2H199DA03

2H199DA15

2H199DA30

(57)【要約】

【課題】光線再生方式の構成において低解像度の表示パネルが配置される場合であっても、立体表示の解像度を向上する。
【解決手段】表示像となる表示光Ｌを出射する光源２２と、光源２２が出射した表示光Ｌに基づき表示像を表示する表示パネル２６と、表示パネル２６の前側に設けられた３Ｄレンチキュラレンズ２４と、３Ｄレンチキュラレンズ２４よりも前側に設けられ、入射された表示光Ｌを偏向するＯＮ状態と偏向しないＯＦＦ状態とを切り替え可能に構成された偏向部材２５と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示光を透光部材に向けて射出することで前記表示光が表す表示像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示像となる光を出射する光源と、
前記光源が出射した光に基づき前記表示像を表示する表示パネルと、
前記表示パネルの前側に設けられた３Ｄレンチキュラレンズと、
前記３Ｄレンチキュラレンズよりも前記前側に設けられ、入射された光を偏向するＯＮ状態と偏向しないＯＦＦ状態とを切り替え可能に構成された偏向部材と、
を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項2】

前記偏向部材を、所定周期で前記ＯＮ状態又は前記ＯＦＦ状態に切り替え制御する制御部をさらに有する
ことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項3】

前記制御部は、
前記表示パネルにおける前記表示像を表す光の切替信号に同期して、前記偏向部材を、前記ＯＮ状態及び前記ＯＦＦ状態のいずれか一方に切り替える
ことを特徴とする請求項２記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項4】

前記偏向部材は、
前記ＯＮ状態において偏向して出射する角度間隔が、前記３Ｄレンチキュラレンズの角度分解能の略１／２に等しい
ことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【請求項5】

前記表示パネルの解像度は、１００［ｐｐｉ］以上６００［ｐｐｉ］以下である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載のヘッドアップディスプレイ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、視認者に対して所望の表示を行うヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置が知られている。このヘッドアップディスプレイ装置は、バックライトと、液晶パネルと、レンチキュラレンズとを備え、複数の画素から立体表示上の１点を構成する所謂光線再生方式の構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１８２５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来のヘッドアップディスプレイ装置のように光線再生方式の場合、射出される光線数は液晶パネルの解像度によって決まり、それが多くなるほど立体表示の表示品位は高くなる。そのため、例えばレンチキュラレンズの１つの凸部に対して表示パネルに１～２個の画素が配置されるような比較的低解像度の表示パネルを用いる場合、立体表示の解像度が低下するという問題点があった。なお、これを回避するためには、高解像度の表示パネルを採用すればよいが、その場合、表示パネルの透過率が低下してより高出力のバックライトが要求されることや、パネル自体のコストが上昇を招く。

【0005】

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、光線再生方式の構成において低解像度の表示パネルが配置される場合であっても、立体表示の解像度を向上できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、表示光Ｌを透光部材ＷＳに向けて射出することで前記表示光Ｌが表す表示像の虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置１であって、前記表示像となる光を出射する光源２２と、前記光源２２が出射した光に基づき前記表示像を表示する表示パネル２６と、前記表示パネル２６の前側に設けられた３Ｄレンチキュラレンズ２４と、前記３Ｄレンチキュラレンズ２４よりも前記前側に設けられ、入射された光を偏向するＯＮ状態と偏向しないＯＦＦ状態とを切り替え可能に構成された偏向部材２５と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、光線再生方式の構成において低解像度の表示パネルが配置される場合であっても、立体表示の解像度を向上できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の全体構成を示す模式図。

【図2】図１に示した表示器の詳細構成を示す模式図。

【図3】図２に示した偏向部材の詳細構成を示す模式図。

【図4】図２に示した偏向部材の偏向切替挙動を表す説明図。

【図5】図２に示した偏向部材の偏向切替を液晶表示パネルの光の切替信号と同期させる場合の挙動を表すタイムチャート。

【図6】（a）従来手法による立体表示画像の例、及び、（ｂ）本発明の一実施形態による立体表示画像の例、をそれぞれ表す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

【0010】

＜ＨＵＤ装置の全体構成＞
図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下適宜、ＨＵＤ装置という）の全体構成を表す図である。ＨＵＤ装置１は、車両ＣのウィンドシールドＷＳ（透光部材）の下方（例えばインストゥルメントパネルの内部）に配置されている。ＨＵＤ装置１は、表示光Ｌを生成する表示器２１と、表示器２１から出射した表示光Ｌを反射する第１反射鏡３１と、第１反射鏡３１で反射した表示光Ｌを拡大してウィンドシールドＷＳに反射させる第２反射鏡３２と、これらを収容する筐体５０と、筐体５０の内部を保護するために開口部に配置されるカバーガラス５２とを備える。ＨＵＤ装置１はまた、表示器２１の表示内容を制御するための図示しない制御基板６２（制御部）を備える。なお、カバーガラス５２には表示光Ｌを透光する透光部５２ａが設けられている。

【0011】

第１反射鏡３１及び第２反射鏡３２は、例えば合成樹脂やガラス等から形成された凹面状の基材と、その基材の凹面に形成された金属の反射膜とからなり、表示パネル２６（後述の図２参照）からの表示光Ｌを補正、拡大等しながらウィンドシールドＷＳに導く光学系を構成する。第１反射鏡３１は、筐体５０の体積を削減するべく光路を折り返すために設けられている。第２反射鏡３２は、自由曲面形状のミラーであり、映像を拡大し、カバーガラス５２を通してウィンドシールドＷＳへ表示光を投射する。

【0012】

筐体５０は、遮光性を有する樹脂により箱状に形成され、表示器２１、第１反射鏡３１及び第２反射鏡３２を収容する。筐体５０の上部には、表示光Ｌを透過させるための開口部が設けられており、当該開口部には、筐体５０の内部を保護すると共に第２反射鏡３２で反射された表示光ＬをウィンドシールドＷＳに透光するカバーガラス５２が被覆されている。

【0013】

＜表示器＞
図２は、表示器２１の詳細構成を表す図である。表示器２１は、例えば白色の光を出射するＬＥＤからなる光源２２と、光源２２よりも光軸に沿って出射側に配置される１つ以上のレンズからなる光学系により構成され、光源２２の光を効率よく表示パネル２６に照射するためのバックライト光学系２３と、バックライト光学系２３よりも光軸に沿って出射側（前側）に配置され、当該バックライト光学系２３から入射した光で画像を生成する（表示像を表示する）表示パネル２６と、表示パネル２６よりも光軸に沿って出射側（前側）に配置される３Ｄレンチキュラレンズ２４と、３Ｄレンチキュラレンズ２４よりも光軸に沿って出射側（前側）に配置され、３Ｄレンチキュラレンズ２４から出射された光を適宜に偏向して画像を生成し表示光Ｌとして出射する偏向部材２５と、制御基板６２（図示せず）と、を有する。

【0014】

表示パネル２６は，例えば，液晶ディスプレイであり、制御基板６２から入力される信号に基づいて、表示光Ｌの元になるパターンを生成する。本実施形態では、表示パネル２６は、比較的解像度が低いもの（例えば１００［ｐｐｉ］（ｐｉｘｅｌｓ ｐｅｒ ｉｎｃｈｉ）以上６００［ｐｐｉ］以下）が用いられる。３Ｄレンチキュラレンズ２４は，表示パネル２６のパターンの画素と３Ｄレンチキュラレンズ２４の相対的な位置関係に基づいて、表示光Ｌを特定の方向に射出する。なお、解像度の低い表示パネル２６は、３Ｄレンチキュラレンズ２４の１つの凸形状に対し、画素が１～２個配置される。これに対し、解像度の高い表示パネル２６は、３Ｄレンチキュラレンズ２４の１つの凸形状に対し、画素が１０個以上配置される。

【0015】

上記構成により、ＨＵＤ装置１は、表示器２１で生成された表示光Ｌを出射し、ウィンドシールドＷＳへ投影する。表示器２１で生成された表示光Ｌは光学系（第１反射鏡３１や第２反射鏡３２）を伝うことで、筐体５０の開口部から出射される。車両Ｃの乗員は、視点ＥＢからウィンドシールドＷＳに反射した表示光Ｌを視認することで、ウィンドシールドＷＳの奥側に、表示光Ｌが表す表示像の虚像Ｖ１を見ることができる。

【0016】

虚像Ｖ１には、例えば車両Ｃの速度やエンジン回転数と言った車両情報や、ターンバイターンや地図などの経路案内表示、ブラインドスポットインジケータや制限速度超過警告などの警告表示など、乗員へ注意喚起する必要性が高い情報が、当該乗員から見てウィンドシールドＷＳの向こう側に表示される。この表示により、視点移動及び眼の焦点距離調整の必要が低減された運転環境が提供される。虚像Ｖ１にはこれらの情報を示す文字やアイコンの他、背景部分も含まれており、乗員からの平面視ではこれは例えば略矩形状をなしている。

【0017】

＜偏向部材による表示光の偏向＞
本実施形態の特徴は、偏向部材２５における偏向特性の切り替えにある。偏向部材２５の詳細構成を図３に示す。

【0018】

図３に示すように、偏向部材２５は、例えば、プリズム層２５Ａと、封入された液晶からなる液晶層２５Ｂと、からなる液晶プリズムである。プリズム層２５Ａは、断面がプリズム状の形状（三角形状が連続したのこぎり刃形状）を有する透明材料であり、例えば、ポリカーボネートを成形したものである。液晶層２５Ｂは、電圧を印加した場合は、プリズム層２５Ａと同じ屈折率となり、印加しない場合は、より低い屈折率を有するように、液晶材料が選定されている。その結果、偏向部材２５は、制御基板６２から制御信号としての電圧が印加されることによって、透過する光の向きを偏向することが可能である。すなわち、偏向部材２５は、制御基板６２からの制御信号に応じて、３Ｄレンチキュラレンズ２４から入射された表示光Ｌを偏向するＯＮ状態と、３Ｄレンチキュラレンズ２４から入射された表示光Ｌを偏向しないＯＦＦ状態と、が切り替えられる。

【0019】

図４は、その偏向部材２５における偏向挙動を表す説明図である。例えば、電圧が印加された場合（この例ではＯＮ状態に相当）には、図４（ａ）に示すように、偏向部材２５は入射した光を偏向することなくそのまま透過させる結果、表示光Ｌ１が出射される。電圧が印加されない場合（この例ではＯＦＦ状態に相当）には、図４（ｂ）に示すように、偏向部材２５は入射した光を偏向する（曲げる）ように動作する結果、表示光Ｌ２が出射される。

【0020】

このとき、制御基板６２は、偏向部材２５の上記ＯＮ状態とＯＦＦ状態とを所定周期で切替制御するようにしてもよい。その際、特に、制御基板６２から表示パネル２６へ出力される、表示像を表す光の切替信号に同期して、ＯＮ状態及びＯＦＦ状態のいずれか一方に切り替えるようにしてもよい。この場合、図５に示すように、偏向部材２５がＯＦＦ状態となり表示光Ｌ１が出射される期間はこれに合わせたＯＦＦ時の映像が表示パネル２６に表示され、偏向部材２５がＯＮ状態となり表示光Ｌ２が出射される期間はこれに合わせたＯＮ時の映像が表示パネル２６に表示される。

【0021】

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態のＨＵＤ装置１においては、３Ｄレンチキュラレンズ２４の前側に配置された偏向部材２５が、ＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切り替え可能に構成されている。ＯＦＦ状態では偏向部材２５に入射された光は偏向されることなく偏向部材２５から表示光Ｌ１として出射される一方、ＯＮ状態では偏向部材２５に入射された光は所定の偏向角度に偏向されて表示光Ｌ２として偏向部材２５から出射される。すなわち、ＯＦＦ状態にあるときの偏向部材２５からの出射方向とＯＮ状態にあるときの偏向部材２５からの出射方向とを異なるせることができる。これにより、偏向部材２５から出射する見かけ上の光線数を増加させることができる。この結果、比較的低解像度の表示パネル２６が用いられる場合であっても立体表示における像品位を改善し、高解像度に近い高品質な画像を形成することができる。すなわち、例えば偏向部材２５を設けない場合は図６（ａ）に示すような低解像度のままの虚像Ｖ１の立体表示画像となるが、偏向部材２５を設けて上記のように見かけ光線数を増加させることで、図６（ｂ）に示すように高品質な虚像Ｖ１の立体表示画像を得ることができる。

【0022】

また、本実施形態では特に、制御基板６２が、偏向部材２５を、所定周期でＯＮ状態又はＯＦＦ状態に切り替え制御する。互いに出射方向が異なるＯＦＦ状態とＯＮ状態とを交互に切り替えることにより、偏向部材２５から射出する見かけ上の光線数を確実に疑似的に増加させることができる。

【0023】

また、本実施形態では特に、制御基板６２は、表示パネル２６における表示像を表す光の切替信号に同期して、偏向部材２５をＯＮ状態及びＯＦＦ状態のいずれか一方に切り替える。すなわち、表示パネル２６側の光の切替信号に同期したいわゆる時分割制御の形で、より多くの方向に光線を射出することができる。その結果、表示パネル２６の解像度を上げることなく、確実に見かけ上の光線数を増加させることができる。

【0024】

また、本実施形態では特に、例えば解像度１００［ｐｐｉ］以上６００［ｐｐｉ］以下の比較的低解像度の表示パネル２６を用いてコストダウンを図る場合であっても、確実に高品質な画像を形成することができる。

【0025】

＜変形例＞
なお、上記構成において、ＯＮ状態において偏向して出射される表示光Ｌ２の角度間隔を、３Ｄレンチキュラレンズ２４の角度分解能の略１／２に等しくしてもよい。具体的には、偏向部材２５のプリズム層２５Ａの偏向角度を、３Ｄレンチキュラレンズ２４の角度分解能の略１／２に設定する。この場合、例えば、３Ｄレンチキュラレンズ２４からの光線の出射角度が６０°（２時方向）の場合、ＯＦＦ状態では偏向部材２５から表示光Ｌ１がそのまま２時方向へと出射される一方、ＯＮ状態では偏向部材２５からは表示光Ｌ２が３０°（１時方向）へと出射される。この結果、視覚的には、６０°（２時方向）及び３０°（１時方向）の光線（表示光Ｌ１と表示光Ｌ２）が出射されるように光が倍増して見える（６０°間隔の光線の中間が補われるように見える）こととなり、確実に高品質な画像を形成することができる。

【符号の説明】

【0026】

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２１ 表示器
２２ 光源
２３ バックライト光学系
２４ ３Ｄレンチキュラレンズ
２５ 偏向部材
２５Ａ プリズム層
２５Ｂ 液晶層
２６ 表示パネル
３１ 第１反射鏡
３２ 第２反射鏡
５０ 筐体
５２ カバーガラス
５２ａ 透光部
６２ 制御基板
Ｃ 車両
ＥＢ 視点
Ｌ 表示光
Ｌ１ 表示光
Ｌ２ 表示光
Ｖ１ 虚像
ＷＳ ウィンドシールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】