特許 7176687 車両用表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-14

(45)【発行日】2022-11-22

(54)【発明の名称】車両用表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 30/56 20200101AFI20221115BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20221115BHJP

【ＦＩ】

G02B30/56

B60K35/00 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018198598

(22)【出願日】2018-10-22

(65)【公開番号】P2020067506

(43)【公開日】2020-04-30

【審査請求日】2021-10-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000241463

【氏名又は名称】豊田合成株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】304036743

【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002583

【氏名又は名称】弁理士法人平田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】恒川 雄一

(72)【発明者】

【氏名】河村 知史

(72)【発明者】

【氏名】山本 裕紹

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２６２２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１８８７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２２３２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表昭５９－５００１８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０７３２０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０１５４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表平０９－５０６７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６５２２４７２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ３０／５６

Ｂ６０Ｋ ３５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、
前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、
前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成され、
かつ、前記光源からの光を反射して前記光分岐部材に入射する反射部材を備え、
前記反射部材は、反射面が凹状の曲面に形成された反射鏡を有し、
前記光源と前記反射鏡との距離が、前記反射鏡の焦点距離よりも短い、
車両用表示装置。

【請求項2】

前記反射鏡が、反射面が凹状の球面に形成された凹面鏡からなる、
請求項１に記載の車両用表示装置。

【請求項3】

前記反射部材は、複数の反射鏡を有し、前記光源からの光を前記複数の反射鏡で順次反射して前記光分岐部材へと出射するように構成されている、
請求項１又は２に記載の車両用表示装置。

【請求項4】

車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、
請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用表示装置。

【請求項5】

光源と、
入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、
前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、
前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成され、
かつ、前記光源からの光を反射して前記光分岐部材に入射する反射部材を備え、
前記光源、前記再帰反射部材、前記光分岐部材、及び前記反射部材が、モールド部材により一体に設けられている、
車両用表示装置。

【請求項6】

車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、
請求項５に記載の車両用表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両用表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

入射された光を入射方向へと反射する再帰反射部材と、入射された光の一部を反射し一部を透過する光分岐部材とを用いて、光源の像を空中に結像させる表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この表示装置では、光源からの光の一部を光分岐部材で反射させて再帰反射部材へと出射する。再帰反射部材で再帰反射された光の一部は、光分岐部材を透過して、光源の像を空中に結像する。以下、空中に結像される光源の像を空中像という。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－４０９４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の表示装置を、例えば車両の車体外部への表示に適用する場合、表示した空中像に触れようとした際等に誤って車体にぶつからないように、光分岐部材から空中像までの距離（以下、空中像の飛び出し量という）をできるだけ大きくすることが望まれる。

【0005】

空中像は、光分岐部材に対して光源と対称の位置に結像されるため、空中像の飛び出し量を大きくするには、光源から光分岐部材までの距離を大きくする必要があった。しかし、車両では限られたスペースに表示装置を搭載することが要求されており、装置の薄型化が要求される。

【0006】

本発明の目的は、薄型でありつつも空中像の飛び出し量を大きくすることが可能な車両用表示装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［６］の車両用表示装置を提供する。

【0008】

［１］光源と、入射された光を再帰反射する再帰反射部材と、前記光源からの光の少なくとも一部を反射して前記再帰反射部材へと出射すると共に、前記再帰反射部材で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する光分岐部材と、を備え、前記再帰反射部材で再帰反射され前記光分岐部材を透過した光が前記光源の像を空中に結像するように構成され、かつ、前記光源からの光を反射して前記光分岐部材に入射する反射部材を備えた、車両用表示装置。

【0009】

［２］前記反射部材は、反射面が凹状の曲面に形成された反射鏡を有し、前記光源と前記反射鏡との距離が、前記反射鏡の焦点距離よりも短い、［１］に記載の車両用表示装置。

【0010】

［３］前記反射鏡が、反射面が凹状の球面に形成された凹面鏡からなる、［２］に記載の車両用表示装置。

【0011】

［４］前記反射部材は、複数の反射鏡を有し、前記光源からの光を前記複数の反射鏡で順次反射して前記光分岐部材へと出射するように構成されている、［１］乃至［３］の何れか１項に記載の車両用表示装置。

【0012】

［５］前記光源、前記再帰反射部材、前記光分岐部材、及び前記反射部材が、モールド部材により一体に設けられている、［１］乃至［４］の何れか１項に記載の車両用表示装置。

【0013】

［６］車両の車体に取り付けられ、前記車体の外部へと前記光源の像が結像するように構成されている、［１］乃至［５］の何れか１項に記載の車両用表示装置。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、薄型でありつつも空中像の飛び出し量を大きくすることが可能な車両用表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、本発明の一実施の形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。

【図2】図２（ａ）は、図１の車両用表示装置を車両に取り付けた際の概略構成図、図２（ｂ）は、車体外部への空中像の表示の一例を示す図である。

【図3】図３（ａ）は、反射部材を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、反射部材の一変形例を示す斜視図であり、図３（ｃ）は、本発明の一変形例に係る車両用表示装置の概略構成図である。

【図4】図４（ａ），（ｂ）は、本発明の一変形例に係る車両用表示装置の概略構成図である。

【図5】図５は、本発明の一変形例に係る車両用表示装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

【0017】

（車両用表示装置の全体構成）
図１は、本実施の形態に係る車両用表示装置の概略構成図である。図１に示すように、車両用表示装置１は、光源２と、再帰反射部材（レトロリフレクター）３と、光分岐部材（ビームスプリッター）４と、反射部材５と、を備えている。

【0018】

光源２としては、例えば、複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を配列した板状の表示器等を用いることができる。また、光源２としては、例えば、１つ以上のＬＥＤと、ＬＥＤからの光を拡散する拡散体と、を有するものを用いることもできる。さらに、光源２としては、液晶ディスプレイ等のディスプレイ（表示器）を用いることもできる。

【0019】

再帰反射部材３は、入射された光を入射方向へと反射する再帰反射を行う部材である。再帰反射部材３としては、シート状に形成された再帰反射シートを用いることができる。再帰反射部材３としては、通常一般に用いられている構造のもの、例えば、ガラスビーズを用いたものやプリズムを用いたものを用いることができる。

【0020】

光分岐部材４は、板状に形成されており、入射された光の一部を反射し、一部を透過するものである。光分岐部材４としては、ハーフミラーを用いることができる。なお、光分岐部材４は、ハーフミラーに限らず、アクリルやガラスからなる板状部材、パンチングメタル等の開口列を有する板、ワイヤーグリッドフィルム、反射型偏光フィルム、その他、一般にビームスプリッターと呼称されるものを用いることができる。

【0021】

光分岐部材４は、光源２からの光の少なくとも一部を反射して再帰反射部材３へと出射すると共に、再帰反射部材３で再帰反射され入射された光の少なくとも一部を透過する。これにより、再帰反射部材３で再帰反射され光分岐部材４を透過した光が、光源２の像を空中に結像する。以下、空中に結像される光源２の像を空中像６と呼称する。また、光分岐部材４から空中像６までの距離を、空中像６の飛び出し量という。

【0022】

（反射部材５）
本実施の形態に係る車両用表示装置１では、光源２からの光を反射部材５で反射して光分岐部材４に入射するように構成されている。光源２からの光は、反射部材５で反射された後に、光分岐部材４に入射され、入射された光の一部が再帰反射部材３へと反射されることになる。

【0023】

このように構成することで、反射部材５によって、光源２の虚像７が形成されることになり、この光源２の虚像７が、空中像６として空中に結像されることになる。すなわち、本実施の形態では、空中像６は、光分岐部材４に対して光源２の虚像７と対称な位置に結像される。その結果、光分岐部材４に対して光源２や反射部材５を大きく離間させずとも、光分岐部材４から比較的離れた位置に空中像６を結像することが可能になり、空中像６の飛び出し量を大きくしつつも車両用表示装置１の薄型化が可能になる。

【0024】

反射部材５としては、光のロスを避けるためになるべく反射率が高いものを用いることが望ましく、光源２からの光の反射率が８０％以上、より好ましくは９０％以上のものを用いることが望ましい。

【0025】

本実施の形態では、反射部材５として、反射面５ａが凹状の球面に形成された凹面鏡５１を用いた。これにより、凹面鏡５１の焦点距離よりも近い位置に光源２を配置することで、光源２の虚像７をより光分岐部材４から離れた位置に形成して、空中像６の飛び出し量をより大きくすることができる。本実施の形態では、凹面鏡５１の薄型化を図るため、凹面鏡５１を反射型のフレネルレンズで構成している。

【0026】

また、反射部材５として凹面鏡５１を用いることで、光源２の虚像７（すなわち空中像６）は光源２のサイズよりも拡大されることになるため、光源２のサイズが小さくても大きい空中像６を結像することが可能になる。よって、光源２のサイズを小さくすることができ、コンパクトでより小さいスペースに搭載可能な車両用表示装置１が実現可能になる。

【0027】

また、光分岐部材４と、反射部材５（光軸５１１と直交する面）とは、非平行である。反射部材５と光分岐部材４との間隔は、光源２側で狭く、再帰反射部材３側で広くすることが好ましい。これにより、より多くの光を光分岐部材４へ向けて反射でき、空中像６をより明るくすることができる。

【0028】

（車両への適用）
図２（ａ）は、図１の車両用表示装置１を車両に取り付けた際の概略構成図であり、図２（ｂ）は、車体外部への空中像６の表示の一例を示す図である。図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、車両用表示装置１は、車両１０の車体１１に取り付けられ、１１車体の外部へと空中像６が結像するように構成されている。本実施の形態では、車両用表示装置１は、車両１０のバックドア（リアハッチ）１２に設けられ、バックドア１２の後方に空中像６を結像するように構成されている。

【0029】

車両用表示装置１では、凹面鏡５１は、バックドア１２の外側の板金１２１の外表面に設けられており、その光軸５１１が車両１０の後方かつ上方（斜め上方向）となるように設けられている。凹面鏡５１と対向するように、光源２と光分岐部材４とが設けられている。ここでは、光源２と光分岐部材４とが略同一面上に設けられている場合を示しているが、これに限定されず、光源２の背面を覆うように光分岐部材４を延長し、光分岐部材４よりも凹面鏡５１側に光源２を配置してもよい。

【0030】

光源２は、凹面鏡５１の光軸５１１よりも鉛直方向下側に配置されている。すなわち、凹面鏡５１の光軸５１１を外して、光軸５１１よりも反射面５１ａ側に光源２が配置されている。再帰反射部材３は、凹面鏡５１よりも鉛直方向下側に配置されている。なお、光軸５１１よりも上側に光源２を配置した場合、光が上方に戻ってしまい機能しなくなってしまう（再帰反射部材３側へと光が出射されなくなってしまう）。再帰反射部材３は、光分岐部材４よりも水平方向に対する傾斜角度が小さくなるように配置されている。

【0031】

光分岐部材４の後方は、樹脂製のカバー８で覆われている。カバー８のうち、再帰反射部材３から光分岐部材４を介して空中像６へと到る光が通る部分は、少なくとも、当該光の一部を透過する部材で構成される。本実施の形態では、カバー８は、図示しないナンバープレートを照明するナンバー灯１３を覆う役割も兼ねている。再帰反射部材３は、ナンバー灯１３からの光を遮るために、板金１２１とカバー８との間を塞ぐように設けられている。なお、再帰反射部材３は、その表面（図示上側の面）が再帰反射をするように構成されており、その背面（図示下側の面）は、ナンバー灯１３からの光を遮光可能な部材（例えば黒色の樹脂層など）で構成されている。なお、図２（ａ）中の符号１２２は、バックドア１２の内層トリムを表している。

【0032】

本実施の形態では、空中像６を結像する光は湾曲したカバー８を透過するため、カバー８の影響で空中像６が歪むおそれがある。そこで、カバー８の影響による空中像６の歪みを補正するカバー歪み補正手段をさらに備えてもよい。カバー歪み補正手段としては、例えば、凹面鏡５１と光源２との間にカバー８による歪みを補正可能な部材（カバー８と同じ材質で逆形状のもの等）を配置すること、あるいは、カバー８の影響で歪むことによって意図する空中像６が得られるように、もとの光源２の像自体を変更すること等が上げられる。

【0033】

図２（ｂ）に示すように、空中像６のカバー８からの距離ｄ（車体１１からの飛び出し量）は、空中像６に触れようとした場合でも車体１１にはあたらないように、少なくとも７５ｍｍ以上とすることが望ましい。本実施の形態では、距離ｄが７５ｍｍ以上１２０ｍｍ以下となるよう車両用表示装置１を構成した。空中像６のカバー８からの距離ｄは、凹面鏡５１と光源２との距離、凹面鏡５１の反射面５ａの曲率、あるいは、凹面鏡５１と光分岐部材４との距離等により適宜調整可能である。また、本実施の形態では、地上から１３８０ｍｍ以上１７８０ｍｍ以下の高さＨで、かつ空中像６から後方に４５０ｍｍ以上７５０ｍｍ以下の距離Ｄの位置から、空中像６を見ることができるように、視野を調整した。視野の調整は、各部材（光源２、凹面鏡５１、再帰反射部材３、及び光分岐部材４）の配置位置や配置角度等により適宜調整することができる。

【0034】

（変形例）
本実施の形態では、反射部材５に用いる凹面鏡５１として、反射型のフレネルレンズを用いたが、図３（ａ）に示すように、通常の凹面鏡５１を用いてもよい。また、他部材との干渉など配置スペースの制限等がある場合には、図３（ｂ）に示すように、反射部材５として、反射面５ａが円筒の一部となるように形成された反射鏡５２を用いることもできる。ただし、この場合、垂直方向と水平方向で結像距離が変わり空中像６に歪みが生じるので、図３（ａ）に示すように反射面５ａが凹状の球面に形成された凹面鏡５１を用いることがより望ましい。なお、図３（ｂ）に示すような反射面５ａが円筒の一部となるように形成された反射鏡５２を用いる場合、この歪みを補正する手段を追加してもよい。空中像６の歪みを補正する手段としては、例えば、反射鏡５２と光源２との間に反射鏡５２による歪みを補正可能な部材（レンズ等）を配置すること、あるいは、反射部材５で歪むことによって意図する空中像６が得られるように、もとの光源２の像自体を変更すること等が上げられる。

【0035】

このように、反射部材５は、反射面５ａが凹状の曲面に形成された反射鏡であるとよく、光源２と反射鏡との距離を、反射鏡の焦点距離よりも短くすることで、空中像６の飛び出し量をより大きくすることができる。

【0036】

また、本実施の形態では、反射部材５として凹面鏡５１を１つ用いたが、図３（ｃ）に示すように、反射部材５として、複数の凹面鏡５１を用いてもよい。この場合、光源２からの光は、複数の凹面鏡５１で順次反射されて光分岐部材４へと出射されることになる。複数の凹面鏡５１を組み合わせることで、空中像６の飛び出し量をさらに大きくすることが可能になる。ここでは、２つの凹面鏡５１を用いる場合を示しているが、３つ以上の凹面鏡５１を用いてもよい。ただし、使用する凹面鏡５１を多くするほど空中像６を視認可能な視野が狭くなってしまうため、視野が狭くなりすぎないように使用する凹面鏡５１は２つ以下であることが望ましい。

【0037】

２つの凹面鏡５１を用いる場合、光源２側の凹面鏡５１ａ（光源２から直接光が入射される凹面鏡５１）の曲率半径を、光分岐部材４側の凹面鏡５１ｂ（光分岐部材４に光を出射する凹面鏡５１）の曲率半径よりも大きくすることで、空中像６をより大きくすることができる。また、光源２側の凹面鏡５１ａの曲率半径を、光分岐部材４側の凹面鏡５１ｂよりも小さくすることで、空中像６の視野角を拡大することができる。

【0038】

さらに、図４（ａ）に示すように、反射部材５として平面鏡５３を用いてもよい。この場合、上述の凹面鏡５１よりも空中像６の飛び出し量は小さくなるものの、反射部材５を用いずに光源２からの光を直接光分岐部材４に入射させる場合と比較すると、空中像６の飛び出し量を大きくすることができる。反射部材５として平面鏡５３を用いる場合についても、図４（ｂ）に示すように、複数の平面鏡５３を用いて、空中像６の飛び出し量をより大きくすることが可能である。平面鏡５３は凹面鏡５１と比較して薄く出来るため、より狭いスペースにも配置可能になる。

【0039】

さらにまた、図５に示すように、光源２、再帰反射部材３、光分岐部材４、及び反射部材５が、モールド部材９により一体に設けられていてもよい。これにより、振動により各部材の相対的な位置ずれを抑制でき、各部材の位置ずれによる空中像６の歪み等の不具合を抑制することができる。モールド部材９としては、光源２が発する光に対して透明（透過率が高い）ものを用いるとよく、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。樹脂以外のモールド部材９として、無機透明材を用いることもでき、ガラス等を用いることができる。モールド部材９を用いる場合、モールド部材９の表面に反射率の高い金属の膜を適宜な手段（例えば、蒸着等による膜形成、金属箔の貼り付け等）で形成することにより、反射部材５を形成することもできる。

【0040】

（実施の形態の作用及び効果）
以上説明したように、本実施の形態に係る車両用表示装置１では、光源２からの光を反射して光分岐部材４に入射する反射部材５を備えている。反射部材５により光源２の虚像を形成するよう構成することで、光分岐部材４に対して虚像と対象の位置に空中像６が結像されることになる。この結果、光源２から直接光分岐部材４に光を入射する場合と比較して、空中像６の飛び出し量を大きくすることができ、薄型とした場合でも空中像６の飛び出し量が大きい車両用表示装置１が得られる。車両１０では、搭載スペースに厳しい制限があるが、本実施の形態によれば、非常に狭い（薄い）スペースにも搭載可能な車両用表示装置１を実現できる。

【0041】

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

【0042】

例えば、上記実施の形態では、車両１０のバックドア１２に車両用表示装置１を設ける場合について説明したが、車両用表示装置１の設置位置はこれに限定されるものではない。

【0043】

また、上記の実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

【符号の説明】

【0044】

１ 車両用表示装置
２ 光源
３ 再帰反射部材
４ 光分岐部材
５ 反射部材
５ａ 反射面
５１ 凹面鏡
６ 空中像
７ 虚像
９ モールド部材
１０ 車両
１１ 車体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】