JP2006248322A - 車両用表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示歪みが生じることなく、表示像の位置調整を行うことを可能とする。
【解決手段】ウインドシールド３の投影エリアＥに、表示源５に表示された画像の表示光を反射ミラー４によって反射させて、投影エリアＥに投影される画像の虚像とウインドシールド３を通して視認させる車両の前景とを重畳視認させるに当たり、ウインドシールド３の非平面性に起因して車両のアイポイントから視認される画像に生じる歪みを相殺するように形成した反射ミラー４を用いる車両用表示装置において、反射ミラー３の反射点Ｄ₁，Ｅ₁，Ｆ₁にて反射した表示光が、当該反射点Ｄ₁，Ｅ₁，Ｆ₁に対応して予め定められた投影エリアＥの投影ポイントＤ₀，Ｅ₀，Ｆ₀でアイポイントに向けて反射するように反射ミラー４を移動する移動手段をさらに備え、移動手段の移動によって表示光がアイポイントに向かって反射するように反射ミラー４を調整するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用表示装置に関し、より詳細には、車両のウインドシールドの投影エリアに、表示源に表示された画像を反射ミラーによって反射させて、前記投影エリアに投影される前記画像の虚像と前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを通して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるに当たり、前記ウインドシールドの非平面性に起因して前記車両のアイポイントから視認される前記画像に生じる歪みを相殺するように形成した前記反射ミラーを用いる車両用表示装置に関するものである。

近年、運転者の視認性向上のために、ウインドシールドの所定の投影エリアを反射面として虚像を表示させる、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置と呼ばれる投影型表示ユニットが一部の車種で採用されている。

図４（ａ）、（ｂ）はアイレンジ中心におけるウインドシールドと非球面ミラーに対応した光線の反射点を説明するための概略構成及び非球面ミラーの反射面における反射点をそれぞれ示す図である。

一般的なＨＵＤ装置は、図４（ａ）に示すように、車両のインストルメントパネル（以下、インパネという）１内に設けられた反射ミラー４と自発光デバイス（例えば、ＦＥ〔フィールドエミッション〕ディスプレイ、蛍光表示管、ＥＬ〔エレクトロルミネッセンス〕ディスプレイ等）や、バックライト付きの液晶ディスプレイ等の表示源５とを備え、表示源５に表示されて反射ミラー４で反射された画像がインパネ１の開口部（図示せず）から車両のウインドシールド３の投影エリアＥ上に投影された画像の虚像と、車両のアイレンジＩＲ内の任意のアイポイントからウインドシールド３を透して視認される車両の前景とを重畳視認させる。

このようにＨＵＤ装置は、表示位置を従来の表示装置に比べ、運転者が表示を見るために目線を下に落とす角度を小さくして、視線の移動時間を短くしたり、表示距離を遠方とすることで、車両の前景から表示に視線を移す際に、目の焦点合わせを楽にするなどのメリットを狙っている。

また、アイレンジＩＲは、その上限及び下限に対応したアイポイントＩＵ、ＩＬと、その中心に位置するアイポイントＩＭとを有している。そして、上述したようにウインドシールド３に反射させて表示を行う場合、ウインドシールド３は運転者に対して対称曲面ではなく、投影エリアにそのまま表示すると虚像に歪みが発生するため、抑制する方法として反射ミラー４に非球面ミラーを使用する場合が多い。

このような反射ミラー４は、ウインドシールド３における歪みを抑制するため、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、表示源５における表示上部、表示中心、表示下部に対応したウインドシールド３における反射点Ａ₀、Ｂ₀、Ｃ₀に対応した反射ミラー４の反射面４ａにおける反射点Ａ₁、Ｂ₁、Ｃ₁にて虚像の歪みを相殺するように、反射ミラー４の反射面４ａは設計されてきた。

ＨＵＤ装置はさらに、運転者のアイポイントがアイレンジＩＲ内を移動しても表示が見えることを保障するため、表示像の位置調整を行う表示位置調整機構が設けられている。この表示位置調整機構は、運転者の身長差等によるアイポイントがアイレンジＩＲ内を例えば上下移動したことに伴う位置調整の前後で、アイポイントから表示を見る方向である俯角が一定に保たれるようにしている。

そして、本出願人は、アイポイントの上下移動に伴う表示像の位置調整を精度よく行うことができるＨＵＤ装置を提案してきた。該ＨＵＤ装置は、表示源の表示像を、反射手段によって運転者前方の視野内に配置された透光性反射手段に向けて反射させて、運転者にウインドシールドの前方に虚像として視認させるに当たり、アイレンジ内の異なるアイポイントにおいて表示を視認する際に、表示像移動手段が、反射手段を車両の前後方向に直線移動させる移動手段による反射手段の後方への移動に伴って表示源の表示像を上方に、反射手段の前方向への移動に伴って表示源の表示像を下方にそれぞれ移動して、俯角が変化しないように表示位置を調整できるようにしてきた（特許文献１）。
特開２００３−３９９８１号公報

しかしながら、上述したＨＵＤ装置では、アイポイントの上下移動に伴う表示像の位置調整を精度良く行えるようにはなったが、反射手段及び表示源を移動させる必要があり、装置が大型化してしまうという問題が生じていた。近年では、車両に搭載されるシステムパーツ等の増加により、オプション品であるＨＵＤ装置を設置できるインパネ内のスペースは限られており、計器上部または後方上部に設置されるＨＵＤ装置は、計器、空調用ダクト、ワイヤハーネス、デフロスタ開口等の様々な内容物からの制約を受けるため、より一層の小型化を実現する必要があった。

また、アイレンジ内における各アイポイントの中心光軸のクロスポイントを、反射ミラーの反射面付近に設定する場合、ウインドシールドにおける反射点は異なる反射点となってしまうため、補正することが困難であった。ここで、図５（ａ）はアレンジ内における各アイポイントの中心光軸の反射点を説明するための概略構成図、（ｂ）は（ａ）中の部分Ｔの拡大図、（ｃ）は反射ミラーの反射面における反射点を示す図である。

図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、その中央部に設けられた回動軸６を中心に回動する反射ミラー４において、アイレンジＩＬ内におけるアイポイントＩＵ、ＩＭ．ＩＬの各々に対応する中心光軸ＬＵ、ＬＭ、ＬＬのクロスポイントを、反射ミラー４の反射面４ａの中心近傍とした場合、その反射面４ａにおいては反射点Ｄ₂、Ｅ₂、Ｆ₂のように反射面４ａの中心近傍の同一の位置となるが、ウインドシールド３においては反射点Ｄ₀、Ｅ₀、Ｆ₀のように異なる位置となる。

そのため、上述したようにウインドシールド３における歪みを抑制するために、その歪みを相殺するように反射ミラー４を非球面ミラーとして形成しても、表示位置の調整によってウインドシールド３と反射ミラー４の反射面４ａとにおける対応するポイントがずれてしまい歪みを抑制することが難しくなるという問題がさらに生じていた。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、表示歪みが生じることなく、表示像の位置調整を行うことができる車両用表示装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載の車両用表示装置は、車両のウインドシールドの投影エリアに、表示源に表示された画像の表示光を反射ミラーによって反射させて、前記投影エリアに投影される前記画像の虚像と前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを通して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるに当たり、前記ウインドシールドの非平面性に起因して前記車両のアイポイントから視認される前記画像に生じる歪みを相殺するように形成した前記反射ミラーを用いる車両用表示装置において、前記反射ミラーの反射点にて反射した前記表示光が、当該反射点に対応して予め定められた前記投影エリアの投影ポイントで前記アイポイントに向けて反射するように前記反射ミラーを移動する移動手段をさらに備え、前記移動手段の移動によって前記表示光が前記アイポイントに向かって反射するように前記反射ミラーを調整するようにしたことを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明の車両用表示装置によれば、反射ミラーの反射点にて反射した表示源からの表示光が、当該反射点に対応してウインドシールドの投影エリア上で予め定められた投影ポイントで反射するように反射ミラーは移動手段によって移動される。そして、移動手段による反射ミラーの移動により運転者に対応した車両のアイレンジ内のアイポイントに適した位置に、適した反射角度で反射ミラーが調整される。このように調整された反射ミラーで反射した表示源からの表示光は、投影エリアの対応した投影ポイントで反射してアイポイントに到達する。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、請求項１に記載の車両用表示装置において、前記移動手段が、前記反射ミラーの反射面側に離れて設けられた回動軸を中心とした回動によって前記反射ミラーを移動するようにしたことを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明の車両用表示装置によれば、移動手段によって反射ミラーが移動されると、反射ミラーは回動軸を中心とした円周上を移動する。

以上説明したように請求項１に記載した本発明の車両用表示装置によれば、反射ミラーの反射点にて反射した表示源からの光が反射ミラー上の反射点に対応したウインドシールドの投影エリア上に予め定められた投影ポイントで反射するように反射ミラーを移動する移動手段を設け、この移動手段により反射ミラーを移動させて反射ミラーの反射角度を調整するようにしたことから、ウインドシールドの投影エリアにおける歪みを補正するために投影エリア上の各投影ポイントに反射ミラーの反射点を対応させて反射ミラーの形状が設計されても、投影ポイントと反射点との対応関係をずらさずに反射ミラーの反射角度が調整されるため、装置を大型化することなく、投影エリアにおける歪みを確実に補正することができる。従って、車両における各アイポイント毎の歪み抑制の設計が従来よりも容易に行うことができるという効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、反射ミラーを回動軸を中心とした円周上を上下方向に移動するようにしたことから、反射ミラーの移動範囲を従来よりも大きな範囲とすることができるため、投影エリアにおける歪み抑制の設計をより一層容易にすることができる。

以下、本発明に係る車両用表示装置の一実施の形態を、図１〜図３の図面を参照して説明する。なお、従来の技術のところで説明したものと同一あるいは相当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。

図１（ａ）は本発明に係る車両用表示装置の概略構成図、（ｂ）は（ａ）中の部分Ｓの拡大図、（ｃ）は（ｂ）中の反射ミラーの反射面における反射点を示す斜視図であり、図２は図１に示す車両用表示装置の斜視図であり、図３は図２中の反射ミラーとストッパの動作を説明するための図である。

図１〜図３に示すように本発明は、車両のウインドシールド３の投影エリアＥに、表示源５に表示された画像の表示光を反射ミラー４によって反射させて、前記投影エリアＥに投影される前記画像の虚像と前記車両のアイポイントＩＵ，ＩＭ，ＩＬから前記ウインドシールド３を通して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるに当たり、前記ウインドシールド３の非平面性に起因して前記車両のアイポイントＩＵ，ＩＭ，ＩＬから視認される前記画像に生じる歪みを相殺するように形成した前記反射ミラー４を用いる車両用表示装置１０において、前記反射ミラー４の反射点Ｄ１／Ｅ１／Ｆ１にて反射した前記表示光が、当該反射点Ｄ１／Ｅ１／Ｆ１に対応して予め定められた前記投影エリアＥの反射点Ｄ０／Ｅ０／Ｆ０で反射するように前記反射ミラーを移動する移動手段をさらに備え、前記移動手段の移動によって前記表示光が前記アイポイントＩＵ，ＩＭ，ＩＬに向けて反射するように前記反射ミラー４を調整するようにしたことを特徴とする。

さらに、前記移動手段が、前記反射ミラー４の反射面側に離れて設けられた回動軸６を中心とした回動によって前記反射ミラー４を移動するようにしたことを特徴とする。そして、回動軸６を設ける位置については、反射ミラー４の反射面４ａ上の複数の反射点Ｄ１／Ｅ１／Ｆ１で反射した表示光が投影エリアＥの反射点Ｄ０／Ｅ０／Ｆ０で反射する反射ミラー４の位置を例えばシミュレーション、実験等によって求めて、その位置をトレースした軌跡を反射ミラー４が移動するように設定している。

上述した構成を実現する車両用表示装置１０は、上部が開口のケース本体１１の中央部に表示源５を配置し、この表示源５に対向するように反射ミラー４を配置している。そして、反射ミラー４の上面（反射面４ａの反対側）には、カバー４１が取り付けられており、カバー４１の反射ミラー４の取付面（反射ミラー４の反射面側）から延在する一対の脚部４２を、回動軸６に対して回動自在に設けている。

なお、本最良の形態では、反射ミラー４とカバー４１と脚部４２とを有するミラーユニットとして構成する場合について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば、そのミラーユニットの構成からカバー４１を削除して反射ミラー４に脚部４２を直接取り付けるなど種々異なる形態とすることができる。

回動軸６にはさらに、回動軸６と共に回動するようにコの字型フレーム７を固着しており、このコの字型フレーム７はケース本体１１に設けられたフレームストッパ１３に当接すると、反射ミラー４の開き方向Ｙへの回動軸６の回動を阻止する。このように回動軸６及びコの字型フレーム７の開き方向の回動範囲は、フレームストッパ１３によって規定するようにしている。また、コの字型フレーム７は、後述する付勢部材８を介してその回動に応じてミラーユニットの脚部４２を回動するようになっている。

一方の回動軸６の端部には、ギア１２１を固着しており、このギア１２１にモータ１２２の出力がギア群１２３を介して伝達する構造となっている。そして、図示しない制御部によってモータ１２３の駆動が制御され、モータ１２３の出力に応じた方向に回動軸６が回動される。このように本最良の形態では、車両のインストルメントパネル１に対して起立及び傾倒可能に設けられる反射ミラー４の場合について説明するため、ギア１２１、モータ１２２、ギア群１２３を有する反射ミラー４の開閉機構１２を設けているが、反射ミラー４を開閉する必要がない場合は、この開閉機構１２は構成から削除される。

また、他方の回動軸６側のケース本体１１内には、反射ミラー４の反射角度、位置等を規定するストッパ機構１４を設けている。このストッパ機構１４は、図３に示すように、コの字型フレーム７の開く方向Ｙ（起立状態）への移動に応じてコの字型フレーム７と共に移動する反射ミラー４が、予め定められた反射角度となったときに当接してコの字型フレーム７による反射ミラー４の移動を阻止するストッパ１４１を備えている。

ストッパ機構１４はさらに、ストッパ１４１を図３中の閉じ方向Ｘ若しくは開く方向Ｙに移動するストッパ用モータ１４２と、このストッパ用モータ１４２の出力をストッパ１４１に伝達する変換ギア１４３と、を有する。そして、図示しない制御部によるストッパ用モータ１４２の出力は、変換ギア１４３によって閉じ方向Ｘ若しくは開く方向Ｙに変換されてストッパ１４１に伝達され、ストッパ１４１は閉じ方向Ｘ若しくは開く方向Ｙに移動する。そして、ストッパ１４１の位置は、ストッパ機構１４の調整角度として記憶され、その後コの字型フレーム７が移動されても反射ミラー４をその調整角度に設定することを可能としている。

また、コの字型フレーム７と反射ミラー４の脚部４２との間には、常に反射ミラー４を開く方向Ｙに付勢するテンションスプリング等の付勢部材８を設けている。この付勢部材８によって、ストッパ機構１４はコの字型フレーム７の動作に影響されることなく、反射ミラー４等のミラーユニットのみを調整できる構造となっている。また、付勢部材８によってミラーユニットを回動軸６に押しつけることができるため、車両の振動等によるガタつきの発生を防止することができる。

そして、ストッパ１４１が閉じ方向Ｘに移動すると、反射ミラー４は回動軸６を回動中心として閉じ方向Ｘに回動する。また、ストッパ１４１が開く方向Ｙに移動すると、反射ミラー４は付勢部材８の付勢力によって回動軸６を回動中心とした開く方向Ｙに移動する。このように反射ミラー４の回動（移動）範囲は、ストッパ１４１の移動範囲に対応するようになっている。そして、ミラーユニットを構成する脚部４２の長さを、反射ミラー４の移動経路に対応させて変更することで、様々な形状のウインドシールド３に対応することができる。

よって、ストッパ機構１４によって反射ミラー４を回動軸６を回動中心として回動（移動）させていることから、本最良の形態において前記移動手段は、回動軸６とストッパ機構１４と有する構成となっている。

なお、本最良の形態では、反射ミラー４を回動軸６を中心に回動させる形態について説明するが、本発明はこれに限定するものではなく、ウインドシールド３の形状、車両用表示装置１０を設ける位置等によって反射ミラー４の回動では前記軌跡に応じて移動することができない場合は、反射ミラー４の移動経路に対応して反射ミラー４をスライドさせるスライド機構等の他の移動手段によって対処するようにしている。

次に、上述した構成の車両用表示装置における反射ミラー４の角度調整に関する動作（作用）の一例を、以下に説明する。

車両用表示装置１０は、開閉機構１２による駆動に応じてコの字型フレーム７が開く方向Ｙに回動されてフレームストッパ１３に当接して起立状態となる。このとき、コの字型フレーム７と共に回動した反射ミラー４は、そのカバー４１にストッパ機構１４のストッパ１４１に当接したときに停止する。よって、反射ミラー４はストッパ１４１によって予め定められた所定角度となる位置に設定される。

図１（ｂ）に示すように、車両用表示装置１０の反射ミラー４がアイポイントＩＭに対応するように設定されている状態で、運転者の変更によってアイレンジＩＲの中心に対応するアイポイントＩＭからその上限に対応するアイポイントＩＵに変更される場合、図示しない操作パネルの閉じ方向Ｘに対応したスイッチが操作されることで、閉じ方向Ｘにストッパ機構１４のストッパ１４１が移動されて、反射ミラー４は閉じ方向Ｘに回動軸６を中心として回動（移動）される。

反射ミラー４の反射面４ａにおける反射点Ｄ₁付近、かつ、この反射点Ｄ₁に対応したウインドシールド３の投影エリアＥ上の投影ポイントＤ₀付近で表示源５からの光軸ＬＵが反射される位置まで反射ミラー４が回動されると、投影エリアＥに投影される虚像の歪みが抑制される。そのため、運転者はそのときにスイッチ操作を停止することで、投影ポイントＤ₀と反射点Ｄ₁がずれない位置に反射ミラー４が移動されたことになるため、アイポイントＩＵに対する投影エリアＥにおける歪みを確実に補正することができる。

また、車両用表示装置１０の反射ミラー４がアイポイントＩＭに対応するように設定されている状態で、運転者の変更によってアイレンジＩＲの中心に対応するアイポイントＩＭからその下限に対応するアイポイントＩＬに変更される場合、図示しない操作パネルの開く方向Ｙに対応したスイッチが操作されることで、開く方向Ｙにストッパ機構１４のストッパ１４１が移動されると、付勢部材８の付勢力によって反射ミラー４は開く方向Ｙに回動軸６を中心として回動（移動）される。

反射ミラー４の反射面４ａにおける反射点Ｆ₁付近、かつ、この反射点Ｆ₁に対応したウインドシールド３の投影エリアＥ上の投影ポイントＦ₀付近で表示源５からの光軸ＬＬが反射される位置まで反射ミラー４が回動されると、投影エリアＥに投影される表示像の歪みが抑制される。そのため、運転者はそのときにスイッチ操作を停止することで、投影ポイントＦ₀と反射点Ｆ₁がずれない位置に反射ミラー４が移動されたことになるため、アイポイントＩＬに対しても投影エリアＥにおける歪みを確実に補正することができる。

以上説明したように、本発明の車両用表示装置１０によれば、反射ミラー４の反射点Ｄ₁，Ｅ₁，Ｆ₁にて反射した表示源５からの光が反射ミラー４上の反射点に対応したウインドシールド３の投影エリアＥ上に予め定められた投影ポイントＤ₀，Ｅ₀，Ｆ₀で反射するように反射ミラー４を移動する移動手段を設け、この移動手段により反射ミラー４を移動させて反射ミラー４の反射角度を調整するようにしたことから、ウインドシールド３の投影エリアＥにおける歪みを補正するために投影エリアＥ上の各投影ポイントＤ₀，Ｅ₀，Ｆ₀に反射ミラー４の反射点Ｄ₁，Ｅ₁，Ｆ₁を対応させて反射ミラー４の形状が設計されても、投影ポイントＤ₀，Ｅ₀，Ｆ₀と反射点Ｄ₁，Ｅ₁，Ｆ₁との対応関係をずらさずに反射ミラー４の反射角度が調整されるため、装置を大型化することなく、投影エリアＥにおける歪みを確実に補正することができる。従って、車両における各アイポイントＩＵ，ＩＭ，ＩＬ毎の歪み抑制の設計が従来よりも容易に行うことができるという効果を奏する。

また、反射ミラー４を回動軸６を中心とした円周上を上下方向に移動するようにしたことから、反射ミラー４の移動範囲を、従来の反射ミラーの背後等に回動軸を一体的に形成したものよりも大きな範囲とすることができるため、投影エリアＥにおける歪み抑制の設計をより一層容易にすることができる。

なお、本実施の形態では、各アイポイントＩＵ，ＩＭ，ＩＬの中心に対応した光軸ＬＵ，ＬＭ，ＬＬに着目した場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、図１（ａ）に示すように各上限若しくは下限に対応した光軸に着目して反射ミラー４を回動させる移動経路を設計するなど種々異なる形態とすることができる。

また、上述した本最良の形態では、反射ミラー４がインパネ１内に収容された状態である場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、反射ミラー４の一部をインパネ１の開口から外部に突出させる車両用表示装置などにも本発明を適用することができる。

（ａ）は本発明に係る車両用表示装置の概略構成図、（ｂ）は（ａ）中の部分Ｓの拡大図、（ｃ）は（ｂ）中の反射ミラーの反射面における反射点を示す斜視図である。 図１に示す車両用表示装置の斜視図である。 図２中の反射ミラーとストッパの動作を説明するための図である。 （ａ）、（ｂ）はアイレンジ中心におけるウインドシールドと非球面ミラーに対応した光線の反射点を説明するための概略構成及び非球面ミラーの反射面における反射点をそれぞれ示す図である。 （ａ）はアレンジ内における各アイポイントの中心光軸の反射点を説明するための概略構成図、（ｂ）は（ａ）中の部分Ｔの拡大図、（ｃ）は反射ミラーの反射面における反射点を示す図である。

符号の説明

３ ウインドシールド
４ 反射ミラー
５ 光源
６ 回動軸
Ｄ₀，Ｅ₀，Ｆ₀ 投影ポイント
Ｄ₁，Ｅ₁，Ｆ₁ 反射点
ＩＵ，ＩＭ，ＩＬ アイポイント

Claims (2)

1. 車両のウインドシールドの投影エリアに、表示源に表示された画像の表示光を反射ミラーによって反射させて、前記投影エリアに投影される前記画像の虚像と前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを通して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるに当たり、前記ウインドシールドの非平面性に起因して前記車両のアイポイントから視認される前記画像に生じる歪みを相殺するように形成した前記反射ミラーを用いる車両用表示装置において、
   前記反射ミラーの反射点にて反射した前記表示光が、当該反射点に対応して予め定められた前記投影エリアの投影ポイントで前記アイポイントに向けて反射するように前記反射ミラーを移動する移動手段をさらに備え、
   前記移動手段の移動によって前記表示光が前記アイポイントに向かって反射するように前記反射ミラーを調整するようにした
   ことを特徴とする車両用表示装置。
2. 前記移動手段が、前記反射ミラーの反射面側に離れて設けられた回動軸を中心とした回動によって前記反射ミラーを移動するようにした
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両用表示装置。

Images