(57)【要約】【課題】  光源の発した光のロスを少なくし、比較的小規模な光源にて充分な表示輝度を得られるようにすることができる車両用表示器を提供すること。【解決手段】  複数のＬＥＤを線状に配置するように設けてＬＥＤアレイ１とし、ＬＥＤアレイ１からの光を反射する鏡面を有する多面体ミラー２を設け、ＬＥＤアレイ１に対する多面体ミラー２の鏡面の角度を変更するように多面体ミラー２を回転させる駆動部２１を設け、表示させる画像情報により多面体ミラー２の回転運動に同期させてＬＥＤアレイ１の点灯・消灯を制御するＬＥＤ制御回路４を設け、ＬＥＤアレイ１からの光が多面体ミラー２に反射する反射点近傍と、運転者のアイポイント近傍とを共役点にもつ収束系の第１レンズを設けた。【選択図】        図４
2005122072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を表示で運転者に伝達する車両用表示器において、
複数の発光素子を線状に配置するように設け、
前記発光素子からの光を反射する鏡面を有する鏡体を設け、
前記発光素子に対する前記鏡面の角度を変更するように前記鏡体を回転させる回転手段を設け、
表示させる画像情報により鏡体の回転運動に同期させて発光素子の点灯・消灯を制御する制御手段を設け、
前記発光素子からの光が前記鏡体に反射する反射点近傍と、運転者のアイポイント近傍とを共役点にもつ収束系の第１の光学系を設ける、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項２】
請求項１に記載された車両用表示器において、
前記発光素子からの光を、前記第１の光学系の前記鏡体側の焦点の内側に焦点を結ぶ第２の光学系を設ける、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項３】
請求項２に記載された車両用表示器において、
前記第１の光学系と前記第２の光学系が、発光素子の線状配列方向と直交する方向にのみ光線を収束する光学系である、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３に記載された車両用表示器において、
線状に配置した複数の発光素子を複数列配置するようにした、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項５】
請求項１〜請求項３に記載された車両用表示器において、
複数の発光素子が少なくとも２色以上の発光色を有する発光素子を含む、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項６】
請求項１〜請求項５に記載された車両用表示器において、
第１の光学系を通過した光が、車両の窓ガラスに反射した後に運転者により表示情報として観察されるものであって、
前記窓ガラスに反射して生じる表示歪を補正するよう発光素子の線状配列を曲げるように配列する、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項７】
請求項１〜請求項６に記載された車両用表示器において、
前記鏡体が多角柱形状の外周面に鏡面を設けたものである、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項８】
請求項７に記載された車両用表示器において、
多角柱形状の少なくとも１面が光を拡散または吸収する非反射面にし、前記回転手段が鏡体の回転停止の際に前記非反射面を第１の光学系に向けるようにした、
ことを特徴とする車両用表示器。
【請求項９】
請求項７に記載された車両用表示器において、
前記回転手段が鏡体の回転停止の際に、運転者のアイポイント方向から前記第１の光学系に向けて入射した外光を、前記発光素子のない方向に反射するよう前記鏡体の反射面を向けるようにした、
ことを特徴とする車両用表示器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転情報を運転者に表示するシステムに関するものであり、特に車両、船舶、航空機などウィンドウに運転に関わる情報を表示する車両用表示器の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来においては、複数の面からなる多角柱状ミラーと直線状に配置された発光素子列を配置し、発光素子から発光する光を拡大するレンズを設け、多面状ミラーをモータで回転させるようにし、前記ミラーの回転位置に応じて発光素子を選択的に発光させることにより２次元画像をスクリーン上に表示させている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平７−２０７９４号公報（第２−４頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来技術を、車両、船舶、航空機などにおいて運転に関わる情報を表示する車両用表示器に適用する場合、スクリーンを用いる必要があるため、スクリーンにより光が拡散してしまうため光エネルギのロスが多いものであった。
このロスを補うため光源規模の大型化が必要であり、表示器の大型化、消費電力の増大、発熱の増加、コストの増加、発熱による光源の短寿命化を招くものであった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、光源の発した光のロスを少なくし、比較的小規模な光源にて充分な表示輝度を得られるようにすることができる車両用表示器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、情報を表示で運転者に伝達する車両用表示器において、複数の発光素子を線状に配置するように設け、前記発光素子からの光を反射する鏡面を有する鏡体を設け、前記発光素子に対する前記鏡面の角度を変更するように前記鏡体を回転させる回転手段を設け、表示させる画像情報により鏡体の回転運動に同期させて発光素子の点灯・消灯を制御する制御手段を設け、前記発光素子からの光が前記鏡体に反射する反射点近傍と、運転者のアイポイント近傍とを共役点にもつ収束系の第１の光学系を設けることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載された車両用表示器において、前記発光素子からの光を、前記第１の光学系の前記鏡体側の焦点の内側に焦点を結ぶ第２の光学系を設けることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載された車両用表示器において、前記第１の光学系と前記第２の光学系が、発光素子の線状配列方向と直交する方向にのみ光線を収束する光学系であることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載された車両用表示器において、線状に配置した複数の発光素子を複数列配置するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項３に記載された車両用表示器において、複数の発光素子が少なくとも２色以上の発光色を有する発光素子を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５に記載された車両用表示器において、第１の光学系を通過した光が、車両の窓ガラスに反射した後に運転者により表示情報として観察されるものであって、前記窓ガラスに反射して生じる表示歪を補正するよう発光素子の線状配列を曲げるように配列することを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の発明では、請求項１〜請求項６に記載された車両用表示器において、前記鏡体が多角柱形状の外周面に鏡面を設けたものであることを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の発明では、請求項７に記載された車両用表示器において、多角柱形状の少なくとも１面が光を拡散または吸収する非反射面にし、前記回転手段が鏡体の回転停止の際に前記非反射面を第１の光学系に向けるようにしたことを特徴とする車両用表示器。
【００１３】
請求項９に記載の発明では、請求項７に記載された車両用表示器において、前記回転手段が鏡体の回転停止の際に、運転者のアイポイント方向から前記第１の光学系に向けて入射した外光を、前記発光素子のない方向に反射するよう前記鏡体の反射面を向けるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
よって、請求項１記載の発明にあっては、線状に配置された発光素子が発する光線を回転する鏡体の持つ鏡面に反射させ、かつ回転位置に応じて発光を制御することにより人間の目の持つ残像効果により２次元画像を生成する。
この２次元画像が、鏡体に反射する反射点近傍と観察者のアイポイント近傍とを共役点にもつ収束系の光学系によりスクリーンを介することなく虚像として観察者に表示像として認識される。
このようにスクリーンを介しないことにより、スクリーン等の拡散透過、拡散反射作用を持つ部材を光線は通過しないため、光のロスを非常に少なくできる。
また、太陽光等の外来光が表示器に進入することによる表示のコントラスト低下を殆ど無視するレベルにすることができる。
ここでいう収束系の光学系には凸レンズまたは凹面ミラーを用いることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明では、第２の光学系により発光素子からの光が、前記第１の光学系の前記鏡体側の焦点の内側に焦点を結んでいる。この構成によって、観察者が認識する表示像が、観察者からみて第１の光学系の奥側に生じるため、いわゆる遠方結像が可能となる。
【００１６】
請求項３記載の発明では、第１の光学系と第２の光学系が発光素子の線状配列方向と直交する方向にのみ光線を収束するため、第１、第２の光学系がともに線状配列方向に対して光線の収束作用を有さない。このため、この方向における観察者のアイポイントが比較的大きく移動しても表示歪みの変化等を小さくすることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明では、線状に配置した発光素子を複数列配置することにより、表示輝度の向上、表示画像の精細度の向上ができる。
【００１８】
請求項５記載の発明では、少なくても２色の発光素子を用いることにより、いわゆるマルチカラー表示ができる。
【００１９】
請求項６記載の発明では、発光素子の線状配列を曲げるように配置することにより、複雑な３次元形状を有するフロントウィンドウガラスの反射により生じる表示歪みを補正し、低歪みの表示画像を得ることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明では、鏡体が多角柱形状の外周面に鏡面を設けたものであるため、鏡体を回転させると、鏡面が繰り返し現れるため、より低速な回転で鏡面を移動させることができる。
【００２１】
請求項８記載の発明では、多角柱形状の少なくても１面が光を拡散または吸収する非反射面にし、回転手段が鏡体の回転停止の際に非反射面を第１の光学系に向けるようにしたため、車両駐車時等の非使用時に太陽光が表示器に入射しても発光素子側に進入する事が無く、太陽光の加熱により発光素子が破壊されることを避けることができる。
【００２２】
請求項９記載の発明では、回転手段が鏡体の回転停止の際に、運転者のアイポイント方向から第１の光学系に向けて入射した外来光を、発光素子のない方向に反射するように鏡体の反射面を向けるようにしたため、車両駐車時等の非使用時に太陽光が表示器に入射しても発光素子側に進入する事が無く、太陽光の加熱により発光素子が破壊されることを避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の車両用表示器を実現する実施の形態を、請求項１，７に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２，３，７に係る発明に対応する実施例２と、請求項１，５，７に係る発明に対応する実施例３と、請求項１，７，８に係る発明に対応する実施例４と、請求項１，７，９に係る発明に対応する実施例５とに基づいて説明する。
【実施例１】
【００２４】
まず、構成を説明する。
図１は実施例１の車両用表示器の主要構成を示す側面図である。
図２は実施例１の車両用表示器の主要構成を示す平面図である。
図３は実施例１の車両用表示器による表示像を示す説明図である。
図４は実施例１の車両用表示器の第１レンズの共役点と表示像の位置を示す説明図である。
図５は実施例１の車両用表示器の発光素子とモータの制御のタイミングを説明する図である。
図６は実施例１の車両用表示器に太陽光が入射した状態の説明図である。
【００２５】
実施例１の車両用表示器は、ＬＥＤアレイ１（発光素子としてＬＥＤを線状に配置したもの）、多面体ミラー２（８面体であり、多角柱形状の鏡体である）、駆動部２１（回転手段に相当する）、第１レンズ３（第１の光学系に相当する）、ＬＥＤ制御回路４（制御手段に相当する）、アイポイント５、フロントウィンドウ６（車両の窓ガラスに相当する）、インストルメントパネル７、インストルメントパネル立ち壁部７１を主な構成としている。
【００２６】
実施例１の車両用表示器では、図１、図２に示すように、まず５個のＬＥＤを１列に並べたＬＥＤアレイ１を設ける。このＬＥＤアレイ１の発光は、制御回路により表示内容と多面体ミラー２の回転位置に応じて行われる。
【００２７】
ＬＥＤアレイ１の斜め下方には、８角柱状の多面体ミラー２を８角柱の中心軸で回転自在になるように設ける。多面体ミラー２の側面をなす８面には鏡面が設けられており、各面は平面鏡として機能する。多面体ミラー２はＬＥＤ制御回路４で制御される駆動部２１の駆動で回転するようにする。
なお、駆動部２１には図示しないがモータが用いられる。
【００２８】
多面体ミラー２と所定距離離れた位置には、第１レンズ３を設ける。この第１レンズ３は、ＬＥＤアレイからの光が多面体ミラー２に反射する反射点近傍と、運転者のアイポイント５近傍とを共役点に持つ収束系レンズの作用を有するものである。
【００２９】
なお、表示像はフロントウィンドウ６に反射して運転者に認識されるが、説明の便宜上、図１、図２、図４ではフロントウィンドウ６による反射は省略し記載している。
【００３０】
次に、作用を説明する。
［光エネルギのロスについて］
ここでスクリーンを用いた場合の光エネルギのロスについて説明する。
図１９は従来技術におけるスクリーン上での光の拡散の状態を示す図である。
ＬＥＤアレイ１（発光素子列）が発する光線は、図示の回転位置の多面体ミラー２とレンズにより、スクリーン中央位置Ｏに結像する。また、多面体ミラー２が図示の位置に対して回転軸を中心に±１０度回転した位置にあるとき、スクリーン位置Ｐ及びＱに結像するものとする。
Ｏ，Ｐ，Ｑに結像する光線は、拡散作用をもつスクリーンにより破線の楕円で示した拡散光線群に分かれる。スクリーンには一般に、透明部材の表裏面を梨地加工したもの、乳白色板等が用いられるが、入射する光線に対し透過側、反対側いずれの方向にも拡散光線群を発生させる。ここで、運転者のアイポイント５方向に向かう光線は各々光線ｏ，ｐ，ｑのみであり、これらの光線により運転者は表示を認識できるわけだが、残りの光線についてはアイポイント５から見たときには表示に寄与せず無駄となってしまう。
従って充分な表示輝度を得ようとすると、このロスを補うため光源規模の大型化が必要であり、表示器の大型化、消費電力の増大、発熱の増大、コストの増大、発熱による光源の短寿命化を招いてしまっていた。
【００３１】
［画像表示作用］
図１に示すように、ＬＥＤアレイ１の各ＬＥＤは多面体ミラー２に向かい光束を発する。図１に示した多面体ミラー２の任意の反射面の位置を基準位置とする。
この基準位置とは、ＬＥＤアレイ１の多面体ミラー２の反射面による虚像が基準光軸Ｄ上に生じるような位置とする。このときの虚像をＳ０とする。また、この基準位置においてＬＥＤが発する光線が多面体ミラー２の反射面で反射する点をＲとする。
同様に、この基準位置から多面体ミラー２が時計回りに１０度回転したときの虚像をＳ＋１０、基準位置から多面体ミラー２が時計回りに５度回転したときの虚像をＳ＋５、基準位置から多面体ミラー２が反時計回りに５度回転したときの虚像をＳ−５、基準位置から多面体ミラー２が反時計回りに１０度回転したときの虚像をＳ−１０とする。
このとき、多面体ミラー２の各回転位置において、各ＬＥＤが発した光が多面体ミラー２の反射面で反射する位置はほぼ上記Ｒ点近傍に存在する。
【００３２】
多面体ミラー２を一定の角速度で時計回りに回転させると、多面体ミラー２の各面は順に、基準位置から時計回りに−１０度、−５度、０度、＋５度、＋１０度の各回転位置に達する。
この各回転位置に達したタイミングに所定の時間、ＬＥＤを発光させ、かつ、これらを多面体ミラー２の回転及び回転に合わせたＬＥＤの発光制御を高速で行うことにより人間の眼の残像効果から、図３(a)に示すような２次元の表示像Ｓが得られる。
この図３(a)では、横５×縦１１ドットの表示を示している。
表示像Ｓの横方向は５個並べられたＬＥＤアレイ１により得られる。
表示像Ｓの縦方向はＬＥＤアレイ１を多面体ミラー２の回転位置に応じて１１回の発光制御を行い人間の眼の残像効果により得られる。
なお、この図３(a)でＬＥＤの各像が縦長になっているのは多面体ミラー２が一定の角速度で回転している一方、ＬＥＤの発光時間が有限長さを有しているためである。
【００３３】
これらのＬＥＤの虚像からの光線は、上記Ｒ点近傍を経て第１レンズ３に到達する。この第１レンズ３はＬＥＤからの光が多面体ミラー２に反射するＲ点近傍と、運転者のアイポイント５近傍とを共役点にもつ収束系レンズの作用を持つように設計されている。
このため各光線は第１レンズ３により屈折され、アイポイント５に向かい収束していく。すなわち、アイポイント５からは各回転位置におけるＬＥＤの虚像が認識されることとなる。
【００３４】
第１レンズ３による像の表示作用を、図４を用いてさらに説明する。
上記に説明したように、実施例１では第１レンズ３はＬＥＤからの光が多面体ミラー２に反射するＲ点近傍と運転者のアイポイント５近傍とを共役点にもつ収束系レンズの作用を持つように設計されている。虚像Ｓは、片方の共役点Ｒ点の外側に位置している。この場合、虚像Ｓは第１レンズ３により、レンズの反対側のＩ面の位置に結像する。この像が運転者に表示像として認識される。
【００３５】
次に、多面体ミラー２の回転及びＬＥＤの発光の制御について図５を用いて説明する。
回転クロックは、多面体ミラー２が１回転する毎に発せられるクロック信号を表す。即ち回転クロックの間隔が多面体ミラー１回転に要する時間を表す。
面クロックは、多面体ミラー２の各面が所定の位置を通過する毎に発せられるクロック信号を表している。８面体ミラーの場合、回転クロックの１周期の間に８回発せられる。この面クロックの間隔が、１回の表示を生成するのに要する時間、即ち表示周期を表す。
ＬＥＤアレイ１を形成する各ＬＥＤは、この面クロックの１周期の間に、面クロックが発せられた後、所定の休止期間を経て、表示内容に応じてパルス状の駆動電流を与えられる。図３(a)の場合は、１１回のパルス状の駆動電流が与えられる。
【００３６】
それ以降、表示内容が変更させるまで、各ＬＥＤは面クロックが立ち上がる毎に同じ駆動電流波形が与えられ発光を繰り返し、結果として人間の眼の残像効果により表示像が生成される。
【００３７】
一般に人間の眼の残像効果を利用した表示を行う場合、像のチラツキ感をなくすためには、少なくとも５０Ｈｚ以上、出来れば１００Ｈｚ以上の周期で像の表示を行えばよい。
ここで周期を１００Ｈｚとした場合、図５から、面クロック間隔：０．０１秒、回転クロック間隔：０．０８秒となる。従って駆動部は８面体ミラーを、１回転あたり０．０８秒、即ち毎分７５０回転にて回転させればよい。この回転速度は現在用いられているモータにとって比較的遅い回転速度であるため、安価なモータの採用が可能であり、モータの長寿命化に有利であり、また、制御も容易である。
【００３８】
なお、この実施例１では、説明上、ＬＥＤアレイ１を５個のＬＥＤで構成しているが必要に応じてＬＥＤの個数を増減することにより表示の横方向のサイズを変更することができる。
図３(b)にＬＥＤアレイ１を２４個のＬＥＤから形成し、"ＡＢＣ"と表示した例を示す。
【００３９】
［太陽光の影響］
ここで、太陽光の影響について説明する。
従来のスクリーンを用いたものは、太陽光の外光がスクリーンに入射し、スクリーンによるその反射光が表示像に重畳してしまい表示のコントラストを著しく低下させてしまうため、表示の視認性を低下させるものであった。
以下に詳細に説明する。
図２０は従来技術の車両用ヘッドアップディスプレイへの応用例を示す図である。ＬＥＤ、レンズ、ミラー、スクリーンについては従来技術のままなので、説明を省略する。フロントウィンドウ６は増反射膜からなるコンバイナ（図示せず）を備え、スクリーンからの表示光を運転者のアイポイント５方向に反射するものである。
【００４０】
ＬＥＤが発した光線はスクリーン上のＯ，Ｐ，Ｑに結像し、スクリーンにより拡散され表示光ｏ，ｐ，ｑとなり、フロントガラスに反射し運転者のアイポイント５方向に向かう。運転者はスクリーン上のＯ，Ｐ，Ｑがフロントウィンドウ６に反射された虚像であるＯ'，Ｐ'，Ｑ'を表示像として認識する。
ここで、図２０のように太陽等の外来光がインストルメントパネル７開口部からスクリーンに差し込んだ場合、Ｏに達した外来光はスクリーンにより拡散反射され、図示のように拡散反射光線群が発生する。この光線群中のアイポイント５に向かう光線Ｏ"は、元来の表示光ｏと重畳するため、表示のコントラスト低下を招来してしまう。
この表示光と外来反射光の重畳はいうまでもなくＰ，Ｑ及びスクリーン内の任意の場所で生じるためコントラスト低下は表示全面にて発生し表示の視認性を著しく低下させる。
この光線Ｏ"の発生する頻度については、インストルメントパネル開口部及びその周辺形状とスクリーンの位置関係、スクリーンの拡散反射特性により異なる。しかし多くの車両では図１８に示すとおりスクリーンが、外来光を遮る車両の屋根等の部位が無い上方に向かって配置されるため、その頻度は非常に高い。
【００４１】
この光線Ｏ"の強度についてはスクリーンの拡散反射性、外来光の強度により異なる。しかし、昼間の太陽光が外来光となった場合には、周知のようにその強度は非常に強いため、スクリーンの特性如何に関わらず、光線Ｏ"の強度も表示コントラストの問題となるレベルとなる。
【００４２】
［太陽光等外来光の影響防止作用］
実施例１の車両用表示器における太陽光等外来光の影響防止作用について図６を用いて説明する。図６は実施例１の車両用表示器をヘッドアップディスプレイ用途で適用された場合に、太陽光が車両の第１の実施例に逆入射している状態を示している。
実施例１では、拡散透過、拡散反射作用を持つスクリーン部材を用いないため、太陽光等外来光が入射することによっても、表示全面において表示コントラストが低下する事は起きない。
第１レンズ３表面による反射光についても図中ｖに示すようにごく一部の反射光がアイポイント５に向かうものの、図中ｕ，ｗに示すようにアイポイント５に向かわない反射光が殆どである。このため表示全面に置いて表示コントラストが低下することは起きない。
また、この反射光ｘについてはレンズ表面に反射防止コートを施すことにより、表示コントラストの低下を招かないレベルまでその強度を低減することが出来る。
次に、レンズを透過して表示器に進入する太陽光についても、太陽光は略平行光としてレンズに入射するため、第１レンズ３と多面体ミラー２の間の空間中の一点である焦点Ｓに集光したのち発散し実施例１のＬＥＤアレイ１や筐体等に到達するため、これらの実施例１中の部材が加熱されるおそれは無い。
これは画像表示作用の項で説明したように、第１レンズ３を、ＬＥＤアレイ１からの光が多面体ミラー２に反射するＲ点近傍と運転者のアイポイント５近傍とを共役点にもつ収束系レンズの作用を持つようにしているため、運転者のアイポイント５側から入射した平行光は反射点Ｒ点より手前で集光するためである。
【００４３】
次に、効果を説明する。
【００４４】
実施例１の車両用表示器にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
(1)情報を表示で運転者に伝達する車両用表示器において、複数のＬＥＤを線状に配置するように設けてＬＥＤアレイ１とし、ＬＥＤアレイ１からの光を反射する鏡面を有する多面体ミラー２を設け、ＬＥＤアレイ１に対する多面体ミラー２の鏡面の角度を変更するように多面体ミラー２を回転させる駆動部２１を設け、表示させる画像情報により多面体ミラー２の回転運動に同期させてＬＥＤアレイ１の点灯・消灯を制御するＬＥＤ制御回路４を設け、ＬＥＤアレイ１からの光が多面体ミラー２に反射する反射点近傍と、運転者のアイポイント近傍とを共役点にもつ収束系の第１レンズを設けるため、ＬＥＤアレイ１が発した光線が、拡散透過、拡散反射作用を持つスクリーン部材を透過しないため、光のロスが少なく比較的低出力の発光素子を用いることができる。よって、コストを抑制することができる。
さらに、拡散透過、拡散反射作用を持つスクリーン部材を用いないため太陽光等外来光が入射して表示全面において表示全面において表示コントラストが低下する事は起きない。また、太陽光等の外来光が表示器内に進入することによる部材の加熱のおそれもないようにできる。
【００４５】
(7)鏡体が多角柱形状の外周面に鏡面を設けた多面体ミラー２であるため、ＬＥＤアレイ１と回転する多面体ミラー２により２次元表示像を生成するため、高価な液晶ディスプレイを用いる必要がない。このため、コストを抑制することができる。
また、鏡体が多角柱形状の外周面に鏡面を設けた多面体ミラー２であるため、鏡体の回転を低速にすることができ、制御が行い易い。
【実施例２】
【００４６】
まず構成を説明する。
第２実施例は、第２の光学系を設けるとともに、第１，第２の光学系が、発光素子の配列方向と直交する方向にのみ光線を収束するように設けた例である。
図７は実施例２の車両用表示器の主要構成を示す側面図である。図８は実施例２の車両用表示器の主要構成を示す平面図である。図９は実施例２の車両用表示器の第１レンズの共役点と表示像の位置を示す説明図である。
実施例２の車両用表示器は、ＬＥＤアレイ１（発光素子としてＬＥＤを線状に配置したもの）、多面体ミラー２（例として８面体ミラーを図中に示す）、駆動部２１、第１レンズ３１、第２レンズ３２、ＬＥＤ駆動回路４（制御手段）、アイポイント５を主要な構成としている。
さらに、基準光軸Ｄ、多面体ミラー近傍の反射点をＲ点、多面体ミラー２／第２レンズ３２／第１レンズ３１によるＬＥＤアレイ配列平行方向のＬＥＤ結像位置Ｉａ面、多面体ミラー２／第２レンズ３２によるＬＥＤアレイ配列垂直方向のＬＥＤ結像位置Ｉｂ面、多面体ミラー２／第２レンズ３２／第１レンズ３１によるＬＥＤアレイ配列垂直方向のＬＥＤ結像位置Ｉｃ面を説明上図中に示している。
なお、他の構成は第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００４７】
次に、作用を説明する。
［遠方結像でかつ表示歪みの少ない画像表示作用］
ＬＥＤアレイ１の各ＬＥＤを多面体ミラー２の回転位置に応じて発光制御を行うことにより、人間の眼の残像効果を用いて２次元の画像を生成する作用については実施例１と同様であるので説明を省略し、第２レンズ３２を設けることの作用、第１、第２の光学系が発光素子の配列方向と直交する方向にのみ光線を収束するように設けられていることの作用について説明する。
第１、第２の光学系はＬＥＤアレイ１の配列方向と直交する方向のみに収束作用をもつ、いわゆるシリンドリカルレンズからなる。ここで説明の便宜上、図７に合わせて、ＬＥＤアレイ１の配列方向と平行な方向をＬＥＤアレイ配列平行方向、ＬＥＤアレイ１の配列方向と垂直な方向をＬＥＤアレイ配列垂直方向と呼ぶことにする。
第１の光学系である第１レンズ３１はＬＥＤアレイ配列垂直方向においてのみ、ＬＥＤアレイ１からの光が多面体ミラー２に反射するＲ点近傍と運転者のアイポイント５近傍とを共役点にもつ収束系レンズの作用を持つようにしている。よって、ＬＥＤアレイ配列平行方向に対しては収束作用を持たない。
第２の光学系である第２レンズ３２はＬＥＤアレイ配列垂直方向においてのみ、ＬＥＤからの光を第１レンズ３１の多面体ミラー２側の焦点の内側であるＩｂ面に焦点を結ぶように設計されている。
ＬＥＤが発した光線はまず第２レンズ３２に到達する。ＬＥＤからの光線はＬＥＤアレイ配列垂直方向について第２レンズ３２により、図７，図９中のＩｂ面にて結像した後、第１レンズ３１に向かう。ＬＥＤアレイ配列平行方向については第２レンズ３２による収束作用を受けずに進行し、第１レンズ３１に向かう。
【００４８】
次に、これらの光線は、第１レンズ３１に到達することとなる。第１レンズ３１はＬＥＤアレイ配列垂直方向について、Ｒ点近傍と運転者のアイポイント５近傍とを共役点にもつ収束系作用を持つように設計されている。このため各光線は、第１レンズ３１により、ＬＥＤアレイ配列垂直方向についてはアイポイント５に向かい収束し、ＬＥＤアレイ配列平行方向については第１レンズ３１による収束作用を受けずに進行する。
すなわち、アイポイント５からは多面体ミラー２各回転位置におけるＬＥＤの虚像が認識されることとなる。
ここで、像の表示位置について図９を用いてさらに説明する。
【００４９】
ＬＥＤアレイ配列平行方向については、第１レンズ３１、第２レンズ３２のいずれからも収束作用を受けない。このため、運転者のアイポイント５から見て基本光軸に沿って、Ｒ点から第１レンズ３１を遠ざかる方向にＬＥＤアレイ〜Ｒ点までの距離Ｌ分離れた位置Ｉａ面が結像の位置となる。ここで結像の位置の決定は厳密には、第２レンズ３２の形状、厚さ、屈折率を考慮しなければならないが、これらの考慮による差異は結像位置の説明の大勢には影響が少ないので、ここでは距離Ｌにより定まるものとする。
ＬＥＤアレイ配列垂直方向については、第２レンズにより第１レンズの焦点の内側であるＩｂ面に結像されるため、運転者のアイポイント５から見て第１レンズから奥まった位置Ｉｃ面に拡大像が生成される。
このように実施例２においては、遠方結像により表示像を遠くに見せることとなる。これは、遠方を見て運転をしている車両の運転者に見せる表示としては大変好ましいものである。
この位置Ｉａ面、Ｉｃ面の位置の差δｓは、表示像の非点収差（縦横のピントずれ）となっているが、ＬＥＤアレイ〜Ｒ点、第１レンズ３１、第２レンズ３２の配置及び第１レンズ３１、第２レンズ３２の形状、屈折率の最適化により問題にならないレベルまで小さくすることができる。
なお、この第２の光学系は発光素子と一体化してもよい。現在市販されているＬＥＤの中には、いわゆる砲弾形レンズ付きＬＥＤ、或いはレンズ付きチップＬＥＤと称し、ＬＥＤとレンズが一体化したものがある。これらの付加されたレンズは主にＬＥＤが発する光線の広がり角を制御するために設けられているが、そのレンズの形状、材質を最適化することにより第２の光学系として用いてもよい。
さらに、実施例２では、ＬＥＤアレイ配列垂直方向にのみ収束作用を持たせ、ＬＥＤ配列平行方向に収束作用を持たせてないため、特に運転者のアイポイントの水平方向に動きに対して、表示歪みの変化を抑制することとなる。
【００５０】
次に効果を説明する。
実施例２の車両用表示器にあっては、実施例１の(1)，(7)の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。
(2)ＬＥＤアレイ１からの光を、第１レンズ３１の多面体ミラー２側の焦点の内側に焦点を結ぶ第２レンズ３２を設けたため、第２レンズ３２により、アイポイント５から見た表示像のＩａ面、Ｉｃ面と実施例１における図４の表示位置Ｓを比較することにより明らかであるように遠方に結像させた表示像を運転者に見せることができる。
車両等の表示器では、表示像をなるべくアイポイント５から遠い位置に設けることが望まれる。これは、車両の運転者は数ｍ〜無限遠に位置する前景と、車両用表示器の双方を適宜注視する必要があるためであり、眼の焦点調整の負担を減じるためである。
【００５１】
(3)第１レンズ３１と第２レンズ３２が、ＬＥＤアレイ１の線状配列方向と直交する方向にのみ光線を収束する光学系であるため、ＬＥＤアレイ配列平行方向について、第１レンズ３１、第２レンズ３２とも収束作用を持たないため、この方向において観察者のアイポイント５が比較的大きく移動しても表示歪みの変化を小さくすることができる。
一般に車両においては観察者、即ち運転者のアイレンジ（アイポイント５の存在範囲）は車両水平方向の方が、車両垂直方向より広いとされている。従って、図７のＬＥＤアレイ配列平行方向を、車両水平方向となるように実施例２の車両用表示器を配置することにより、アイレンジの広い範囲で表示歪みの変化の少ない表示像を提供することができる。
また、第２レンズ３２によるＩｂ面のＬＥＤアレイ配列垂直方向での最初の結像において、結像の拡大率を１未満、即ち縮小するように定めることにより、Ｉｂ面でのＬＥＤ像として図１０に示すようにＬＥＤ配列方向に対して垂直な方向についてＬＥＤサイズを縮小した像が得られる。
これにより、多面体ミラー２の回転により得られる像のＬＥＤの配列方向に対して垂直な方向のサイズを所定のサイズとするときにＬＥＤが縮小されてない場合と比べてＬＥＤの発光時間をより長くすることができる。結果として表示の輝度の向上が得られる。
【実施例３】
【００５２】
実施例３はＬＥＤアレイを複数列配置し、赤、緑、青色に発光させるようにした例である。
図１１に示す実施例３の車両用表示器は、赤色に発光するＬＥＤアレイ１１、緑色に発光するＬＥＤアレイ１２、青色に発光するＬＥＤアレイ１３を複数列配置したＬＥＤアレイとして用いている点が実施例２と異なる構成である。
他の構成については実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００５３】
次に作用を説明する。
［カラー表示作用］
図１１に示すように、赤、緑、青色のＬＥＤアレイ１１，１２，１３の、基準位置における多面体ミラー２の反射面による虚像が生じる。
各回転位置における３色のＬＥＤの発光開始時間をずらす制御を行うことにより、３色を同一位置に表示することができる。
すなわち図１１の場合、多面体ミラー２が時計回りに回転するとし、赤と緑、緑と青のＬＥＤアレイ１１，１２，１３の虚像位置のずれａをＬＥＤの虚像が移動するのに相当する時間分をｔａとしたときに、赤ＬＥＤアレイ１１の表示の発光開始時間をｔａ分遅く、青ＬＥＤアレイ１３の発光開始時間をｔａ分早くすれば良い。
この制御の様子を図１３のタイミングチャートに示す。
３色のＬＥＤを同一位置に表示ができるということは、３色の表示光の強さを適宜制御することにより表示のカラー化が可能となる。
なお、近年のＬＥＤでは1つのＬＥＤ筐体の中に、近接して赤、緑、青に発光する３個のＬＥＤチップを設けたものが実用化されている。このようなＬＥＤを用いてＬＥＤアレイを構成すると、上記に説明したように時間ずらし制御を行うことなくカラー表示が可能となる。
【００５４】
次に効果を説明する。
実施例３の車両用表示器にあっては、実施例１の(1)，(7)の効果に加えて、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００５５】
(5)複数列となるように配置したＬＥＤアレイ１１，１２，１３が赤、緑、青色に発光させるようにしたため、表示のカラー化ができ、表示情報量の向上、視認性の向上ができる。例えば、通常の表示は青、緑色を用い、運転者に警報を与えるときには、赤、黄色を用いることが可能となり、表示内容に対する注意の喚起をより確実に行うようにできる。
【実施例４】
【００５６】
図１４に示すように、実施例４では、多面体ミラーの１つの面を拡散面とするように梨地処理して梨地処理面９を形成した例である。
次に作用を説明する。
【００５７】
［画像表示作用］
基本的な画像表示作用は実施例１と同様であるが、梨地処理面９がＬＥＤに対向する回転位置にあるときには、ＬＥＤを点灯させないよう制御を行う。
従って、表示輝度はこの点灯停止期間の存在により低下する。例えば、多面体ミラーが８面からなり、そのうちの１面に梨地処理を行った場合、表示輝度は７／８に低下する。この程度の低下は比較的小さく表示性能への影響は少ないといえる。
【００５８】
［太陽光等外来光の影響防止作用］
図１４を用いて説明する。図１４は太陽光が実施例４の車両用表示器に逆入射している様子を現している。実施例４では、車両用表示器を使用しない際には、多面体ミラーの梨地処理面９がＬＥＤアレイ１に対向する位置で停止するようにしているので、太陽光は拡散してＬＥＤアレイ１及び筐体に達するため太陽光による部材の加熱は起こらない。
【００５９】
次に、効果を説明する。
この実施例４の車両用表示器にあっては、実施例１の(1),(7)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(8)多面体ミラーの少なくとも１面が光を拡散する梨地処理面９（非反射面）にし、モータが多面体ミラー２の回転停止の際に梨地処理面９を第１レンズ３に向けるようにしたため、車両駐車時等の非使用時に太陽光が表示器に入射してもＬＥＤアレイ１側に進入する事が無く、太陽光の加熱によりＬＥＤアレイ１が破壊されることを避けることができる。
【実施例５】
【００６０】
実施例５は、その構成は実施例１と同様であるので説明を省略する。
次に作用を説明する。
［太陽光等外来光の影響防止作用］
実施例５では、車両用表示器を使用しない際には、図１５に示すように、駆動部２１によって、多面体ミラー２の第１レンズ３及びＬＥＤアレイ１に対向する反射面を、通常使用しない非使用位置まで移動させて第１レンズ３を通過して多面体ミラー２に達する太陽光がＬＥＤアレイ１に向かうことがない角度の反射面となるようにする。即ち、多面体ミラー２に達する太陽光は、反射光群Ｒ１とＲ２の方向に反射するためＬＥＤアレイ１には達しない。
次に効果を説明する。
この実施例５の車両用表示器にあっては、実施例１の(1),(7)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(9)駆動部２１が多面体ミラー２の回転停止の際に、運転者のアイポイント５方向から第１レンズ３に向けて入射した外光を、ＬＥＤアレイ１のない方向に反射するよう多面体ミラー２の反射面を向けるようにしたため、車両駐車時等の非使用時に太陽光が表示器に入射しても発光素子側に進入する事が無く、太陽光の加熱により発光素子が破壊されることを避けることができる。
【実施例６】
【００６１】
実施例６は、ＬＥＤアレイを複数列配置した例である。
構成は実施例３と同様であり説明を省略するが、異なるのは、実施例３では赤、緑、青のＬＥＤとしているが、実施例６では、同一色のＬＥＤとしている点である。
次に作用を説明する。
［細かな表示と輝度の向上］
実施例６では、１つの残像分となる表示を３ヶのＬＥＤの点灯により表示できるため、輝度が向上する。また、図１６、図１７に示すように同色のＬＥＤを、ＬＥＤの配列間隔の１／２だけずらして２列並べることにより、ＬＥＤの配列方向の表示精細度を２倍にすることができる。
次に効果を説明する。
この実施例６の車両用表示器にあっては、実施例１の(1),(7)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(4)線状に配置した複数のＬＥＤを複数列配置するＬＥＤアレイ１としたため、表示輝度の向上、表示画像の精細度の向上ができる。
【実施例７】
【００６２】
実施例７は、表示像を反射させるフロントウィンドウ６が湾曲している場合に、図１８(b)に示すようにＬＥＤアレイ１の複数のＬＥＤの線状配列を曲げるように配列している。
他の構成は実施例１と同じであるので説明を省略する。
次に作用を説明する。
［表示歪みを補正する作用］
実施例７では、多面体ミラー２から第１レンズを通してフロントウィンドウ６で反射させて表示像を運転者に見せる場合に、フロントウィンドウ６の湾曲により表示像に歪みが生じる場合には、図１８(b)に示すようにＬＥＤアレイ１のＬＥＤの線状の配列を曲げるように配列することにより、フロントウィンドウ６により表示像を歪ませるのを補正するようにし、図１８(b)に示すように歪みのない表示像を運転者に見せるようにする。
次に効果を説明する。
この実施例７の車両用表示器にあっては、実施例１の(1),(7)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
(6)第１レンズ３を通過した光が、車両のフロントウィンドウ６に反射した後に運転者により表示像として観察されるものであって、フロントウィンドウ６に反射して生じる表示歪を補正するようＬＥＤの線状配列を曲げるように配列するため、複雑な３次元形状を有するフロントウィンドウ６の反射により生じる表示歪みを補正し、低歪みの表示画像を得ることができる。
【００６３】
以上、本発明の車両用表示器を実施例１〜実施例７に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
実施例１〜７では、収束系の光学系として凸レンズを用いたが、凹面ミラーやフレネルレンズ、フレネルミラーなどを用いるようにしてもよい。
実施例３では、赤、緑、青色の光の３原色を用いることにより、フルカラー表示を可能にしたが、他の２色の組み合わせで用いるようにしてもよいし、さらに多くの色を組み合わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例１の車両用表示器の主要構成を示す側面図である。
【図２】実施例１の車両用表示器の主要構成を示す平面図である。
【図３】実施例１の車両用表示器による表示像を示す説明図である。
【図４】実施例１の車両用表示器の第１レンズの共役点と表示像の位置を示す説明図である。
【図５】実施例１の車両用表示器のＬＥＤアレイ（発光素子）とモータの制御のタイミングを説明する図である。
【図６】実施例１の車両用表示器に太陽光が入射した状態の説明図である。
【図７】実施例２の車両用表示器の主要構成を示す側面図である。
【図８】実施例２の車両用表示器の主要構成を示す平面図である。
【図９】実施例２の車両用表示器の第１レンズの共役点と表示像の位置を示す説明図である。
【図１０】実施例２の車両用表示器のＩｂ面におけるＬＥＤの像の状態を示す説明図である。
【図１１】実施例３の車両用表示器の主要構成を示す側面図である。
【図１２】実施例３の車両用表示器の主要構成を示す平面図である。
【図１３】実施例３の車両用表示器のＬＥＤアレイ（発光素子）とモータの制御のタイミングを説明する図である。
【図１４】実施例４の車両用表示器に太陽光が入射した状態の説明図である。
【図１５】実施例５の車両用表示器に太陽光が入射した状態の説明図である。
【図１６】実施例６の車両用表示器のＬＥＤを２列並べた場合の主要構成を示す側面図である。
【図１７】実施例６の車両用表示器のＬＥＤを２列並べた場合の主要構成を示す平面図である。
【図１８】実施例７の車両用表示器のＬＥＤの配列、フロントウィンドウの歪み、表示像の状態を示す説明図である。
【図１９】従来の技術におけるスクリーン上での光の拡散状態を示す説明図である。
【図２０】従来技術の車両用ヘッドアップディスプレイへの応用例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  ＬＥＤアレイ
１１  （赤色に発光する）ＬＥＤアレイ
１１'  ＬＥＤアレイ１１の虚像
１２  （緑色に発光する）ＬＥＤアレイ
１２'  ＬＥＤアレイ１２の虚像
１３  （青色に発光する）ＬＥＤアレイ
１３'  ＬＥＤアレイ１３の虚像
２  多面体ミラー２
２１  駆動部
３  第１レンズ
３１  第１レンズ
３２  第２レンズ
４  ＬＥＤ駆動回路
５  アイポイント
６  フロントウィンドウ
７  インストルメントパネル
７１  インストルメントパネル立ち壁部
９  梨地処理面
Ｄ  基準光軸
Ｒ  （多面体ミラー近傍の）反射点
Ｉａ面  （多面体ミラー／第２レンズ／第１レンズによるＬＥＤアレイ配列平行方向の）ＬＥＤ結像位置
Ｉｂ面  （多面体ミラー／第２レンズによるＬＥＤアレイ配列垂直方向）のＬＥＤ結像位置
Ｉｃ面  （多面体ミラー／第２レンズ／第１レンズによるＬＥＤアレイ配列垂直方向のＬＥＤ結像位置
Ｉ  ＬＥＤ結像位置であるＩ面
Ｓ  虚像
Ｓ０  虚像位置
Ｓ−５    虚像位置
Ｓ−１０  虚像位置
Ｓ＋５    虚像位置
Ｓ＋１０  虚像位置
【図１】
2005122072.tif 000003
【図２】
2005122072.tif 000004
【図３】
2005122072.tif 000005
【図４】
2005122072.tif 000006
【図５】
2005122072.tif 000007
【図６】
2005122072.tif 000008
【図７】
2005122072.tif 000009
【図８】
2005122072.tif 000010
【図９】
2005122072.tif 000011
【図１０】
2005122072.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2005122072.tif 000014
【図１３】
2005122072.tif 000015
【図１４】
2005122072.tif 000016
【図１５】
2005122072.tif 000017
【図１６】
2005122072.tif 000018
【図１７】
2005122072.tif 000019
【図１８】
2005122072.tif 000020
【図１９】
2005122072.tif 000021
【図２０】
2005122072.tif 000022