(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】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ
(51)【国際特許分類】
G02B 27/01 20060101AFI20240709BHJP
B60K 35/23 20240101ALI20240709BHJP
【FI】
G02B27/01
B60K35/23
(21)【出願番号】P 2020092923
(22)【出願日】2020-05-28
【審査請求日】2023-04-17
(73)【特許権者】
【識別番号】000003193
【氏名又は名称】TOPPANホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100179062
【氏名又は名称】井上 正
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100199565
【氏名又は名称】飯野 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】山口 稔
【審査官】磯崎 忠昭
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-202950(JP,A)
【文献】特開2015-152732(JP,A)
【文献】特開2018-189901(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2006/0007055(US,A1)
【文献】特開2017-203962(JP,A)
【文献】特開2004-168230(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0261746(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G02B 27/01
B60K 35/23
G02F 1/13
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表示光を出射し、画像を表示し、バックライトを有する表示装置と、
前記表示装置のみを駆動する第1駆動回路と、
前記表示装置の光軸上に配置され、前記表示装置からの表示光を透過し、画像を表示し、バックライトを有しない第1透明ディスプレイと、
前記第1透明ディスプレイのみを駆動する第2駆動回路と、
前記第1駆動回路及び前記第2駆動回路を制御する制御回路と、
を具備し、
前記表示装置が表示した画像と、前記第1透明ディスプレイが表示した画像とは、前記表示装置の光軸上で重畳されるように表示され、重畳された画像が
車両のウインドシールドからなる表示部材に表示され
、
前記制御回路は、前記車両に設けられた装置からの情報に基づいて、前記第1透明ディスプレイに注意情報を一時的に表示し、
前記注意情報は、文字情報を含む
ヘッドアップディスプレイ。
【請求項2】
前記表示装置と前記第1透明ディスプレイとの間に配置され、前記表示装置の光軸上に配置され、前記表示装置からの表示光を透過し、画像を表示する第2透明ディスプレイをさらに具備し、
前記表示装置が表示した画像と、前記第2透明ディスプレイが表示した画像と、前記第1透明ディスプレイが表示した画像とは、前記表示装置の光軸上で重畳されるように表示され、重畳された画像が前記表示部材に表示される
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項3】
前記表示装置からの表示光と、前記第1透明ディスプレイからの表示光とを、前記表示部材に向けて反射する反射部材をさらに具備する
請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項4】
前記反射部材は、凹面鏡で構成され、
前記凹面鏡は、反射による画像を拡大するように構成され、
前記表示装置及び前記第1透明ディスプレイは、前記凹面鏡の焦点より前記凹面鏡側に配置される
請求項3に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項5】
前記第1透明ディスプレイは、表示面に設けられた反射防止フィルムを含む
請求項1乃至4の何れか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項6】
前記表示装置は、前記バックライトからの光を透過する液晶表示素子を含む
請求項1乃至5の何れか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項7】
前記第1透明ディスプレイは、透明有機ELディスプレイ、透明無機ELディスプレイ、又は透明液晶ディスプレイである
請求項1乃至6の何れか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【請求項8】
前記制御回路は、前記第1透明ディスプレイを全面透過にする第1動作モードと、前記第1透明ディスプレイに画像を表示する第2動作モードとを実行可能である
請求項1乃至7の何れか1項に記載のヘッドアップディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【0002】
経路案内や障害物の警告等の運転情報を運転者に提供する情報提供手段として、ヘッドアップディスプレイ(HUDと呼ぶ)を搭載する車両が増加している。HUDは、車両のフロントガラス又は半透明の投影部材に、表示装置から表示光を投射して虚像を映し出す。一般的に、HUDでは、結像される虚像は1つであり、虚像の結像位置も一定である。また、虚像の結像位置を変化させる技術が開示されている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、結像位置が異なる複数の虚像を表示することが可能なヘッドアップディスプレイを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の第1態様に係るヘッドアップディスプレイは、表示光を出射し、画像を表示する表示装置と、前記表示装置の光軸上に配置され、前記表示装置からの表示光を透過し、画像を表示する第1透明ディスプレイとを具備する。前記表示装置が表示した画像と、前記第1透明ディスプレイが表示した画像とは、重畳されて表示部材に表示される。
【0006】
本発明の第2態様に係るヘッドアップディスプレイは、第1態様において、前記表示装置と前記第1透明ディスプレイとの間に配置され、前記表示装置の光軸上に配置され、前記表示装置からの表示光を透過し、画像を表示する第2透明ディスプレイをさらに具備し、
前記表示装置が表示した画像と、前記第2透明ディスプレイが表示した画像と、前記第1透明ディスプレイが表示した画像とは、重畳されて前記表示部材に表示される。
【0007】
本発明の第3態様に係るヘッドアップディスプレイは、第1態様において、前記表示装置からの表示光と、前記第1透明ディスプレイからの表示光とを、前記表示部材に向けて反射する反射部材をさらに具備する。
【0008】
本発明の第4態様に係るヘッドアップディスプレイは、第1乃至3態様の何れかにおいて、前記第1透明ディスプレイは、表示面に設けられた反射防止フィルムを含む。
【0009】
本発明の第5態様に係るヘッドアップディスプレイは、第1乃至4態様の何れかにおいて、前記表示装置は、光を発光する照明装置と、前記照明装置からの光を透過する液晶表示素子とを含む。
【0010】
本発明の第6態様に係るヘッドアップディスプレイは、第1乃至4態様の何れかにおいて、前記表示装置は、自発光型の表示装置である。
【0011】
本発明の第7態様に係るヘッドアップディスプレイは、第1乃至6態様の何れかにおいて、前記第1透明ディスプレイは、透明有機ELディスプレイ、透明無機ELディスプレイ、又は透明液晶ディスプレイである。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、結像位置が異なる複数の虚像を表示することが可能なヘッドアップディスプレイを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図1】
図1は、第1実施形態に係るヘッドアップディスプレイの模式図である。
【
図2】
図2は、ヘッドアップディスプレイのブロック図である。
【
図3】
図3は、表示部材に表示される虚像を説明する模式図である。
【
図4】
図4は、ヘッドアップディスプレイの動作を説明するフローチャートである。
【
図5】
図5は、ヘッドアップディスプレイが表示する画像の一例を説明する模式図である。
【
図6】
図6は、第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法および比率等は必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【0015】
[1] 第1実施形態
[1-1] ヘッドアップディスプレイ1の構成
図1は、第1実施形態に係るヘッドアップディスプレイ1の模式図である。ヘッドアップディスプレイ1は、表示装置10、透明ディスプレイ20、及び反射部材30を備える。表示装置10、透明ディスプレイ20、及び反射部材30は、車両のダッシュボード40内に配置される。表示装置10、透明ディスプレイ20、及び反射部材30は、図示せぬ支持部材を用いて、
図1に示した位置に固定される。
【0016】
表示装置10は、画像を表示する。表示装置10は、照明装置(光源部)を有する表示装置、又は自発光型の表示装置で構成される。本実施形態では、表示装置10は、例えば液晶表示装置で構成される。すなわち、表示装置10は、照明装置(バックライト)と、液晶表示素子とを含む。表示装置10は、自発光型である、有機EL(electroluminescence)表示装置、又は無機EL表示装置などであってもよい。
【0017】
透明ディスプレイ20は、表示装置10の光軸OA上に配置される。また、透明ディスプレイ20は、その表示面が表示装置10の光軸OAに対して垂直になるように配置される。透明ディスプレイ20は、透過型ディスプレイとも呼ばれる。透明ディスプレイ20は、入射光を透過することが可能であるとともに、画像を表示することが可能な表示装置である。具体的には、透明ディスプレイ20は、透明な表示領域を有し、この透明な表示領域に画像を表示することが可能である。また、透明ディスプレイ20は、透明な表示領域において、背景の画像に自身の画像を重畳して表示することが可能である。透明ディスプレイとしては、透明有機ELディスプレイ、透明無機ELディスプレイ、及び透明液晶ディスプレイなどが挙げられる。
【0018】
透明液晶ディスプレイは、バックライト、偏光板、及びカラーフィルターを備えていない。透明液晶ディスプレイは、照明装置と、アクティブマトリクス方式の液晶表示素子とを備える。照明装置は、液晶表示素子の側面(エッジ)に配置され、赤色、緑色、及び青色のLED(Light Emitting Diode)からなる。透明液晶ディスプレイは、赤色、緑色、及び青色のLEDを順番に高速で点滅させるフィールドシーケンシャル方式が用いられる。液晶表示素子は、光を散乱させることが可能なタイプであり、赤色光、緑色光、及び青色光を散乱させて画像を表示する。
【0019】
反射部材(反射鏡)30は、表示装置10の光軸OA上に配置される。反射部材30は、凹面鏡、又は平面鏡などから構成される。反射部材30は、表示装置10及び透明ディスプレイ20からの表示光を表示部材41に向けて反射する。反射部材30として凹面鏡を用いた場合、凹面鏡は、表示装置10及び透明ディスプレイ20からの表示光を所定の拡大率で拡大することが可能である。ダッシュボード40は、反射部材30によって反射された表示光が通過する開口部を有する。
【0020】
表示部材41は、表示装置10及び透明ディスプレイ20からの表示光を投射するために使用される。表示部材41によって反射された表示光を運転者(観察者)42が視認することで、運転者42は、表示部材41越しに虚像50、51を視認することができる。虚像50、51として運転者42に視認される情報としては、車速、エンジン回転数、走行距離、ナビゲーション情報、外気温、及び周囲の状況に関する注意情報(警告情報)などが挙げられる。
【0021】
表示部材41は、車両のウインドシールド(フロントガラス)である。また、表示部材41は、ヘッドアップディスプレイ1専用に設けられた半透明(又は透明)なスクリーン(コンバイナー)であってもよい。コンバイナーは、例えば、車両のインストルメントパネル(フロントパネル、ダッシュボードともいう)上に配置されたり、運転者42の前方に配置されたルームミラーに装着されたり、ウインドシールドの上部に設置されたサンバイザーに装着されて使用される。コンバイナーは、例えば、曲面を有する板状の合成樹脂製の基材からなり、その基材の表面にアルミニウム(Al)や銀(Ag)などの金属膜を薄く蒸着し、この蒸着膜によって半透過の機能を備える。
【0022】
[1-2] ヘッドアップディスプレイ1のブロック構成
次に、ヘッドアップディスプレイ1のブロック構成について説明する。
図2は、ヘッドアップディスプレイ1のブロック図である。
【0023】
ヘッドアップディスプレイ1は、表示装置10、透明ディスプレイ20、駆動回路31、32、電圧発生回路33、操作部34、及び制御回路35を備える。
【0024】
表示装置10は、表示素子11、及びバックライト(照明装置)12を備える。表示素子11は、液晶表示素子からなる。バックライト12は、光を発光するとともに、表示素子11に向けて照明光を出射する。表示素子11は、照明光を透過して光変調を行うとともに、画像を表示する。表示装置10から出射された表示光DL1は、透明ディスプレイ20に入射する。
【0025】
駆動回路31は、表示装置10を駆動する。具体的には、駆動回路31は、表示装置10に含まれる複数の電極に電圧を印加することで、表示装置10に含まれる液晶層の配向を制御する。また、駆動回路31は、バックライト12のオン及びオフを制御する。
【0026】
駆動回路32は、透明ディスプレイ20を駆動する。具体的には、駆動回路32は、透明ディスプレイ20に含まれる複数の電極に電圧を印加することで、透明ディスプレイ20に画像を表示させる。透明ディスプレイ20は、表示装置10からの表示光を透過するとともに、表示光DL2を出射する。すなわち、透明ディスプレイ20から出射される表示光DL2は、表示装置10からの表示光を含む。
【0027】
電圧発生回路33は、外部電源を用いて、ヘッドアップディスプレイ1の動作に必要な複数の電圧を発生する。電圧発生回路33により発生された電圧は、ヘッドアップディスプレイ1内の各モジュール、特に駆動回路31、32に供給される。
【0028】
操作部34は、運転者42の操作を受け付ける。操作部34は、運転者42の操作に対応する制御信号を生成し、この制御信号を制御回路35に送る。
【0029】
制御回路35は、ヘッドアップディスプレイ1の動作を統括的に制御する。制御回路35は、操作部34から送られた制御信号に基づいて、駆動回路31、32を制御することが可能である。制御回路35は、表示装置10が画像を表示するために必要な信号を駆動回路31に供給する。同様に、制御回路35は、透明ディスプレイ20が画像を表示するために必要な信号を駆動回路32に供給する。
【0030】
[1-3] 動作
上記のように構成されたヘッドアップディスプレイ1の動作について説明する。
図3は、表示部材41に表示される虚像を説明する模式図である。
【0031】
図3の“f”は、凹面鏡(反射部材)30の焦点であり、
図3の“o”は、凹面鏡30の曲率中心である。凹面鏡の曲率中心は、光軸と凹面鏡とが交差する極(又は極の近辺)に接する球面(曲率円)の中心である。凹面鏡30から曲率中心oまでの距離を“r”とすると、凹面鏡30から焦点fまでの距離は、“r/2”である。
【0032】
図3では、表示装置10が表示する画像52、及び画像52に対応しかつ運転者42が視認する虚像50をハッチング付きの矢印で示している。また、透明ディスプレイ20が表示する画像53、及び画像53に対応しかつ運転者42が視認する虚像51をハッチングなしの矢印で示している。
【0033】
表示装置10は、画像52を表示する。すなわち、
図3の画像52の位置が表示装置10の位置に対応する。虚像50が視認される位置は、曲率中心oと画像52とを通る第1直線と、焦点fと画像52とを通る直線が凹面鏡30に達する点から水平方向に延長した第2直線とが交わる点によって算出される。
【0034】
透明ディスプレイ20は、画像53を表示する。すなわち、
図3の画像53の位置が透明ディスプレイ20の位置に対応する。虚像51が視認される位置は、曲率中心oと画像53とを通る第1直線と、焦点fと画像53とを通る直線が凹面鏡30に達する点から水平方向に延長した第2直線とが交わる点によって算出される。
【0035】
反射部材30として凹面鏡を用いた場合、表示装置10及び透明ディスプレイ20は、凹面鏡30の焦点fより凹面鏡30側に配置される。
【0036】
表示装置10からの表示光は、凹面鏡30で反射された後、表示部材41に届く。運転者42は、表示装置10が表示する画像52を、表示部材41越しに虚像50として視認する。また、透明ディスプレイ20からの表示光は、凹面鏡30で反射された後、表示部材41に届く。運転者42は、透明ディスプレイ20が表示する画像53を、表示部材41越しに虚像51として視認する。
【0037】
運転者42は、虚像50及び虚像51を重ねて視認する。また、虚像50及び虚像51は、異なる結像位置で運転者42に視認される。具体的には、虚像50は、運転者42から相対的に遠くで視認され、虚像51は、運転者42から相対的に近くで視認される。
【0038】
図4は、ヘッドアップディスプレイ1の動作を説明するフローチャートである。
【0039】
ヘッドアップディスプレイ1は、2つの動作モード、すなわち第1動作モードM1及び第2動作モードM2を有する。第1動作モードM1は、表示装置10のみが画像を表示するモードである。第2動作モードM2は、表示装置10及び透明ディスプレイ20がそれぞれ画像を表示するモードである。
【0040】
制御回路35は、例えば運転者42が操作部34を操作して、動作モードが選択されたか否かを監視している(ステップS100)。動作モードが選択された場合、ステップS101に進む。
【0041】
第1動作モードM1が選択された場合(ステップS101=Yes)、制御回路35は、第1動作モードM1を実行する(ステップS102)。第1動作モードM1では、制御回路35は、表示装置10に画像を表示させるとともに、透明ディスプレイ20をオフにする。これにより、運転者42は、表示装置10が表示した虚像50のみを視認する。透明ディスプレイ20がオフであるとは、透明ディスプレイ20が全体として透明状態であり、画像を表示していない状態を意味する。
【0042】
第2動作モードM2が選択された場合(ステップS101=No)、制御回路35は、第2動作モードM2を実行する(ステップS103)。第2動作モードM2では、制御回路35は、表示装置10に画像を表示させるとともに、透明ディスプレイ20に画像を表示させる。これにより、運転者42は、表示装置10が表示した虚像50に重畳して、透明ディスプレイ20が表示した虚像51を視認する。
【0043】
例えば、表示装置10は、運転中に常時表示される情報として、車速及び経路情報などの運転情報を表示する。透明ディスプレイ20は、緊急時に表示される情報として、“踏切あり”や“歩行者あり”などの注意情報を表示する。
【0044】
第1動作モードM1と第2動作モードM2との切り替え処理は、制御回路35が判断してもよい。制御回路35は、通常は第1動作モードM1を実行し、予め決められた情報を表示させることが必要と判断した場合に、第2動作モードM2を実行するようにしてもよい。また、制御回路35は、車両に設けられたセンサから情報を受け、この情報を用いて、透明ディスプレイ20に注意情報を表示するようにしてもよい。
【0045】
図5は、ヘッドアップディスプレイ1が表示する画像の一例を説明する模式図である。
図5(a)は、表示装置10のみが表示する画像の一例を説明する図である。
図5(b)は、表示装置10及び透明ディスプレイ20が表示する画像を説明する図である。すなわち、
図5(a)が第1動作モードM1の表示例であり、
図5(b)が第2動作モードM2の表示例である。
【0046】
図5(a)に示すように、第1動作モードM1では、表示装置10は、車速に関する画像を表示し、透明ディスプレイ20は、オフしている。ウインドシールド41には、車速に関する虚像50が表示される。
【0047】
図5(b)に示すように、第2動作モードM2では、表示装置10は、車速に関する画像を表示し、透明ディスプレイ20は、踏切ありの標識に関する画像を表示する。ウインドシールド41には、車速に関する虚像50と、踏切ありの標識に関する虚像51とが表示される。そして、車速と標識とが重畳して表示される。
【0048】
[1-4] 変形例
透明ディスプレイ20の表示面に、反射防止フィルムを設けてもよい。透明ディスプレイ20の表示面は、表示装置10と向き合う面の反対側の面である。
【0049】
また、反射防止構造としてモスアイ構造を有する反射防止フィルムを用いてもよい。モスアイ構造とは、円錐状の複数の突起が等間隔又は隙間なく並んだ構造である。
【0050】
太陽光などの外光は、ヘッドアップディスプレイ1の光路と逆の光路を辿って透明ディスプレイ20に届き、透明ディスプレイ20の表示面で反射される。この反射光は、運転者に視認されるため、ヘッドアップディスプレイ1の表示特性が劣化する。
【0051】
変形例によれば、外光が透明ディスプレイ20の表示面で反射された反射光の光量を低減できる。これにより、ヘッドアップディスプレイ1の表示特性が劣化するのを抑制できる。
【0052】
[1-5] 第1実施形態の効果
第1実施形態によれば、結像位置が異なる複数の虚像を表示することが可能なヘッドアップディスプレイ1を実現できる。また、機械的な駆動機構を備えることなく、より簡単な構成で、複数の虚像を表示することができる。例えば、レンズや凹面鏡の焦点距離を変えることなく、結像位置が異なる複数の虚像を表示することが可能である。
【0053】
また、結像位置が異なる複数の虚像を表示することで、1つの虚像には通常の運転に必要な車速などの運転情報を表示させ、別の虚像には一時的な情報(危険回避情報や道案内情報など)を表示させることが可能である。
【0054】
[2] 第2実施形態
第1実施形態では、ヘッドアップディスプレイ1が1個の透明ディスプレイを備える構成としたが、透明ディスプレイを2個以上設けるようにしてもよい。第2実施形態は、2個の透明ディスプレイを備えたヘッドアップディスプレイ1の実施例である。
【0055】
図6は、第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ1の模式図である。ヘッドアップディスプレイ1は、2個の透明ディスプレイ20-1、20-2を備える。
【0056】
透明ディスプレイ20-1は、表示装置10の光軸OA上に配置される。透明ディスプレイ20-1は、その表示面が表示装置10の光軸OAに対して垂直になるように配置される。
【0057】
透明ディスプレイ20-2は、表示装置10の光軸OA上、かつ透明ディスプレイ20-1と表示装置10との間に配置される。透明ディスプレイ20-2は、その表示面が表示装置10の光軸OAに対して垂直になるように配置される。
【0058】
透明ディスプレイ20-1、20-2はそれぞれ、画像を表示する。透明ディスプレイ20-1の画像は、虚像51-1として運転者42に視認される。透明ディスプレイ20-2の画像は、虚像51-2として運転者42に視認される。透明ディスプレイ20-1、20-2以外の構成は、第1実施形態と同じである。
【0059】
3個の虚像50、51-1、51-2は、互いに重畳して運転者42に視認されるとともに、空間的に異なる位置で運転者42に視認される。
【0060】
第2実施形態によれば、結像位置が異なる3個又はそれ以上の虚像を表示させることが可能である。その他の効果は、第1実施形態と同じである。
【0061】
また、第1実施形態の変形例と同様に、透明ディスプレイ20-1が反射防止フィルムを備えていてもよい。
【0062】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【0063】
1…ヘッドアップディスプレイ、10…表示装置、11…表示素子、12…照明装置、20…透明ディスプレイ、30…反射部材、31,32…駆動回路、33…電圧発生回路、34…操作部、35…制御回路、40…ダッシュボード、41…表示部材、50,51…虚像、52,53…画像。