(57)【要約】【課題】小型化が可能な車両用表示装置を提供すること。【解決手段】車両用表示装置としてのＨＵＤ１０において投射レンズ２４は、バックライト２２と液晶パネル２６との間を結ぶ光軸５６を中心軸とし、液晶パネル２６側へ向かって凸となる凸レンズ面５０と、凸レンズ面５０よりもバックライト２２側に設けられ、バックライト２２側から凸レンズ面５０側へ向かうほど光軸５６から離間するように光軸５６に対して傾斜し、バックライト２２からの入射光を凸レンズ面５０側へ反射する反射面と、を有する。【選択図】図１
2008068766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両において表示する画像を形成する液晶パネルと、前記液晶パネルを透過照明するために光を出射するバックライトと、前記バックライトから入射される光を集めて前記液晶パネルへ投射する投射レンズとを備える車両用表示装置において、
前記投射レンズは、
前記バックライトと前記液晶パネルとの間を結ぶ光軸を中心軸とし、前記液晶パネル側へ向かって凸となる凸レンズ面と、
前記凸レンズ面よりも前記バックライト側に設けられ、前記バックライト側から前記凸レンズ面側へ向かうほど前記光軸から離間するように前記光軸に対して傾斜し、前記バックライトからの入射光を前記凸レンズ面側へ反射する反射面と、
を有することを特徴とする車両用表示装置。
【請求項２】
前記反射面は、矩形を呈する前記液晶パネルの辺に平行な平面状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。
【請求項３】
前記反射面は、前記液晶パネルの対向する二辺にそれぞれ対応した位置に設けられることを特徴とする請求項２に記載の車両用表示装置。
【請求項４】
前記反射面は、前記投射レンズの外周面により形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両用表示装置。
【請求項５】
前記反射面は、前記バックライトからの入射光を前記凸レンズ面側へ全反射することを特徴とする請求項４に記載の車両用表示装置。
【請求項６】
前記反射面の外周側に光リフレクタが設けられることを特徴とする請求項４に記載の車両用表示装置。
【請求項７】
前記バックライトは、
光源と、
前記光源から放射された光を拡散して投射レンズへ入射する拡散部材と、
を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両用表示装置。
【請求項８】
前記液晶パネルの形成画像をコンバイナに虚像表示させるヘッドアップディスプレイであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項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】
従来、バックライトの光により透過照明した液晶パネルの形成画像を表示させる車両用表示装置が知られており、例えば液晶パネルの形成画像をコンバイナに虚像表示させるヘッドアップディスプレイがその一種である。こうした車両用表示装置としては、液晶パネルへの照射効率を高めるために、バックライトの光を投射レンズにより集めて液晶パネルへ投射するようにしたものが特許文献１等に提案されている。
【０００３】
さて、バックライトの光を投射レンズにより液晶パネルへ投射する技術では、通常、図９に示すようにバックライト１００と液晶パネル１１０との間を結ぶ光軸１３０上に凸レンズ１２０を配置し、この凸レンズ１２０を投射レンズとして使用している。
【特許文献１】特開２００５−１５３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、図９に示すように凸レンズ１２０を使用した場合には、近年の液晶パネルに対する画像形成面積の拡大要求に応えようとすると、次の問題が生じることが判明した。その問題とは、凸レンズ１２０やバックライト１００を光軸１３０の直交方向に大きくしたり、あるいは凸レンズ１２０を光軸１３０方向に大きくする必要性が生じてしまうというものである。尚、このような大型化は、例えば車両用表示装置の車両への搭載性を悪化させるため、望ましくない。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、小型化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】
【０００６】
請求項１〜８に記載の発明は、車両において表示する画像を形成する液晶パネルと、液晶パネルを透過照明するために光を出射するバックライトと、バックライトから入射される光を集めて液晶パネルへ投射する投射レンズとを備える車両用表示装置において、投射レンズは、バックライトと液晶パネルとの間を結ぶ光軸を中心軸とし、液晶パネル側へ向かって凸となる凸レンズ面と、凸レンズ面よりもバックライト側に設けられ、バックライト側から凸レンズ面側へ向かうほど光軸から離間するように光軸に対して傾斜し、バックライトからの入射光を凸レンズ面側へ反射する反射面と、を有することを特徴とする。
【０００７】
このような請求項１〜８に記載の発明では、バックライト及び液晶パネル間を結ぶ光軸を中心軸とする凸レンズ面には、バックライトからの入射光に加え、バックライト側から凸レンズ面側へ向かうほど光軸から離間するように傾斜する反射面からの反射光が導かれる。その結果、バックライトから凸レンズ面へ直接的に導かれた光と、バックライトから反射面を経由して凸レンズ面へ導かれた光とが、液晶パネル側に凸の凸レンズ面での屈折により集められて液晶パネルへと投射されることになる。ここで、反射面を経由して凸レンズ面へ導かれる光は、従来の凸レンズからなる投射レンズであれば、凸レンズ面やバックライトを大きくして初めて凸レンズ面まで導くことができる光である。換言すれば、投射レンズやバックライトを従来よりも小さくすることができるので、液晶パネルの画像形成面積が拡大したとしても、車両用表示装置を可及的に小型化して例えば車両への搭載性を高めることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明によると、反射面は、矩形を呈する液晶パネルの辺に平行な平面状に形成されるので、反射面を経由する光に起因して液晶パネルの当該辺の延伸方向に輝度ムラが生じることを抑制できる。
【０００９】
請求項３に記載の発明によると、反射面は、矩形を呈する液晶パネルの対向する二辺にそれぞれ対応した位置に設けられるので、当該二辺の対向方向において投射レンズやバックライトを十分に小さくすることができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明によると、反射面は、投射レンズの外周面により形成されるので、投射レンズのレンズ材料の屈折率を利用して簡単に反射面を形成することができる。
【００１１】
請求項５に記載の発明によると、反射面は、バックライトからの入射光を凸レンズ面側へ全反射するので、液晶パネルへの光の投射効率、即ち液晶パネルの照射効率を簡素な構成により高めることができる。
【００１２】
請求項６に記載の発明によると、反射面の外周側に光リフレクタが設けられるので、反射面においてバックライトからの入射光に対する全反射角が取れないような場合でも、反射面を透過した光を光リフレクタによって反射することができる。故に、液晶パネルへの光の投射効率、即ち液晶パネルの照射効率が高くなる。
【００１３】
尚、「バックライト」としては、光源のみからなるもの採用してもよいが、例えば請求項７に記載の発明のように、光源と、光源から放射された光を拡散して投射レンズへ入射する拡散部材とを有するものを採用することが望ましい。この場合、光源の発光ムラに起因して液晶パネルに輝度ムラが生じることを抑制できるのである。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、液晶パネルの形成画像をコンバイナに虚像表示させるヘッドアップディスプレイであるので、上述の如き小型化によって例えば車両搭載性の高いものとなり得る。
【００１５】
尚、「コンバイナ」は、例えば車両のウィンドシールドから構成されてもよいし、ウィンドシールド以外の専用の部材から構成されてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第一実施形態）
図２は、本発明の第一実施形態によるヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」という。）１０の構成を模式的に示している。
【００１８】
ＨＵＤ１０は車両に搭載され、車室前方のインストルメントパネル（図示しない）内に配される。このＨＵＤ１０は、表示器１２及び光学系１４を備えている。表示器１２は、車両情報を画像として形成する。光学系１４は、例えばミラー、レンズ等から構成され、表示器１２の形成画像の画像光を車室前方のウィンドシールド１６まで導く。これにより、ウィンドシールド１６へ入射された画像光はウィンドシールド１６の車室内側表面上にて結像され、虚像として表示される。
【００１９】
図３は、表示器１２の具体的構成を断面図にて示している。尚、図３の上下方向は、車両搭載状態での上下方向に略一致する。
【００２０】
表示器１２は、ケーシング２０、バックライト２２、投射レンズ２４及び液晶パネル２６を有している。ケーシング２０は箱状に形成され、バックライト２２、投射レンズ２４及び液晶パネル２６を収容している。
【００２１】
バックライト２２は、光源３０、インナレンズ３２、拡散板３４等から構成されている。光源３０は本実施形態では発光ダイオードであるが、キセノンランプ、蛍光表示管等であってもよい。インナレンズ３２は凸レンズからなり、発光した光源３０から広域に放射される光を集めて拡散板３４へ入射する。拡散板３４はインナレンズ３２とは反対側に発光面３６を有しており、インナレンズ３２からの入射光を拡散して当該発光面３６から出射する。本実施形態の発光面３６は平面状に形成されており、輝度ムラの抑制された均一の光源面として機能する。
【００２２】
投射レンズ２４は樹脂等の高屈折率材料で形成され、バックライト２２と液晶パネル２６との間に配置されている。投射レンズ２４のバックライト２２側には、拡散板３４からの出射光が入射される。投射レンズ２４は、バックライト２２からの入射光を集めて液晶パネル２６へ投射する。
【００２３】
液晶パネル２６は投射レンズ２４とは反対側に画面４０を有しており、外部からの入力信号に応じた画像を当該画面４０上に形成する。液晶パネル２６は透過型であり、投射レンズ２４から光を投射されることによって透過照明される。ここで液晶パネル２６は、ケーシング２０の表示窓４２を通じて画面４０を外部に露出させており、透過照明によって画面４０上の形成画像を光学系１４（図２参照）へ出力する。
【００２４】
図１は、表示器１２の特徴部分を模式的に示している。尚、図１の上下方向は、図３の上下方向に対応している。
【００２５】
投射レンズ２４は、凸レンズ面５０及び一対の反射面５２，５４を有している。凸レンズ面５０は、液晶パネル２６側へ向かって凸となる曲面状に形成されている。凸レンズ面５０は、バックライト２２の発光面３６と液晶パネル２６の画面４０との間を結ぶ光軸５６を中心軸として配置されており、これによって光を光軸５６側に屈折させる。この屈折光が液晶パネル２６の画面４０に投射されることになるが、液晶パネル２６への投射角θｐは、画面４０に求められる必要視野角θｖに応じて設定される。
【００２６】
反射面５２，５４は凸レンズ面５０よりもバックライト２２側に設けられ、車両の上下方向において光軸５６を挟む形となっている。図４に示すように反射面５２，５４は、投射レンズ２４の外周面によって平面状に形成されており、平面視において矩形を呈する液晶パネル２６の上下対向する二辺６２，６４に対してそれぞれ平行に配置されている。そして、図１に示すように本実施形態の反射面５２，５４は、バックライト２２側から凸レンズ面５０側へ向かうほど光軸５６から漸次離間するように、光軸５６に対して傾斜している。これにより反射面５２，５４は、図１に二点鎖線で示すようにバックライト２２からの入射光の一部を凸レンズ面５０側へと反射するのである。
【００２７】
ここで、光軸５６に対する反射面５２，５４の傾斜角θｔは、バックライト２２からの入射光を凸レンズ面５０側へ全反射するように設定されている。具体的には、投射レンズ２４の形成材料によって決まる屈折率ｎに対して反射面５２，５４への光の入射角θｉが下記（１）式を満たすように、且つ入射角θｉに等しい反射角θｒにより投射角θｐが実現されるように、反射面５２，５４の傾斜角θｔが設定されている。尚、反射面５２，５４の傾斜角θｔについては、互いに異なっていてもよいし、互いに同一であってもよい。
θｉ≧ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）    ・・・（１）
【００２８】
図１に二点鎖線で示すように反射面５２，５４によって全反射された光は、凸レンズ面５０へ導かれて液晶パネル２６へと投射される。また、バックライト２２からの入射光のうち、図１に一点鎖線で示すように反射面５２，５４を経由しない光路によって凸レンズ面５０へ導かれた光も、液晶パネル２６へと投射される。図５は、こうした投射の結果、液晶パネル２６の画面４０に生じる輝度ムラの反射角θｒ依存性を示しているが、反射角θｒがａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）のとき輝度ムラが最小となることが判る。即ち、液晶パネル２６の二辺６２，６４に平行な反射面５２，５４について、反射角θｒに等しい入射角θｉが下記（２）式を満たす全反射面とすることが、液晶パネル２６の照射効率を高める上で最も望ましいと言える。
θｉ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ）    ・・・（２）
【００２９】
このような構成の投射レンズ２４では、従来であれば、図６に破線で示す如く凸レンズ１２０やバックライト１００を光軸１３０の直交方向に大きくして初めて投射角θｐを実現し得た光が、反射面５２，５４によって得られる。またその副次的効果として、従来では必要であった肉が各反射面５２，５４の外周側において除去された形となっている。さらに投射レンズ２４では、従来であれば、図７に破線で示す如く凸レンズ１２０を光軸１３０方向に大きくして初めて投射角θｐを実現し得た光が、反射面５２，５４によって得られる。
【００３０】
これらのことから、第一実施形態によれば、投射レンズ２４やバックライト２２のサイズを従来よりも縮小することができるので、液晶パネル２６の画面４０の面積が拡大したとしても、ＨＵＤ１０を可及的に小型化することができる。したがって、ＨＵＤ１０の車両搭載性及びコスト性が高められると共に、ＨＵＤ１０の軽量化が図られる。
【００３１】
尚、以上説明した第一実施形態において、ＨＵＤ１０が「車両用表示装置」に相当し、拡散板３４が「拡散部材」に相当し、車両のウィンドシールド１６が「コンバイナ」に相当する。
【００３２】
（第二実施形態）
図８に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。第二実施形態では、各反射面５２，５４の外周側にそれぞれ光リフレクタ７２，７４が設けられている。そのため、反射面５２，５４への光の入射角θｉが上記（１）式を満たすことができない場合であっても、各反射面５２，５４の透過光を反射して凸レンズ面５０へと導くことができる。
【００３３】
尚、光リフレクタ７２，７４については、例えば、各反射面５２，５４の外周側に金属等を蒸着して、当該蒸着膜により形成してもよい。あるいは、光反射剤を配合した樹脂等により光リフレクタ７２，７４を形成して、それらを反射面５２，５４の外周側に固定してもよい。
【００３４】
さて、ここまで本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００３５】
例えば投射レンズ２４においては、反射面５２，５４のうち少なくとも一方を曲面状に形成してもよい。また、投射レンズ２４においては、反射面５２，５４のうちいずれか一方を設けるようにしてもよい。さらに、投射レンズ２４においては、反射面５２，５４に代えて又は反射面５２，５４に加えて、光軸５６を車両の横方向に挟む一対の反射面又はそれらのうちいずれか一方を設けるようにしてもよい。尚、光軸５６を横方向に挟む場合の各反射面については、それらのうち少なくとも一方を曲面状に形成してもよいが、矩形を呈する液晶パネル２６の横方向対向の二辺に対してそれぞれ平行な平面状に形成することが望ましい。
【００３６】
バックライト２２としては、光源３０にインナレンズ３２及び拡散板３４を組み合わせたもの以外にも、例えば光源３０に拡散板３４のみを組み合わせたものや、光源３０のみからなるもの等を用いてもよい。また、いずれの場合にも光源３０の個数としては、仕様に応じて適宜設定してもよい。
【００３７】
表示器１２の形成画像を虚像表示させるコンバイナとしては、車両のウィンドシールド１６を利用するもの以外にも、ＨＵＤ１０に専用のものを設けるようにしてもよい。
【００３８】
そして、本発明は、ＨＵＤ以外にも、例えばコンビネーションメータ等の車両用表示装置に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一実施形態によるＨＵＤの表示器の特徴部分を示す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態によるＨＵＤの構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第一実施形態による表示器の具体的構成を示す断面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態による表示器の特性を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第一実施形態による表示器の作用効果を説明するための模式図である。
【図７】本発明の第一実施形態による表示器の作用効果を説明するための模式図である。
【図８】本発明の第二実施形態によるＨＵＤの表示器の特徴部分を示す模式図である。
【図９】従来技術を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  ＨＵＤ（車両用表示装置）、１２  表示器、１４  光学系、１６  ウィンドシールド（コンバイナ）、２０  ケーシング、２２  バックライト、２４  投射レンズ、２６  液晶パネル、３０  光源、３２  インナレンズ、３４  拡散板（拡散部材）、３６  発光面、４０  画面、４２  表示窓、５０  凸レンズ面、５２，５４  反射面、５６  光軸、６２，６４  辺、７２，７４  光リフレクタ、１００  バックライト、１１０  液晶パネル、１２０  凸レンズ、１３０  光軸、θｉ  入射角、θｐ  投射角、θｒ  反射角、θｔ  傾斜角、θｖ  必要視野角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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