JP2008040091A - ヘッドアップディスプレイ用カバー及び車両用表示ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】装置内への異物の進入を防止し且つ厚くしてもゴーストの発生を防止する。
【解決手段】収容ケース１１と表示源１２とを有し、表示源１２に表示された画像の表示光Ｌを収容ケース１１の開口１１ａから車両のウインドシールド３上に投影した前記画像の虚像Ｓと、前記車両におけるアイポイントＩから前記ウインドシールド３を透して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置１０に対して、前記収容ケース１１の開口１１ａから内部への異物の進入を阻止するように設けられ且つ前記表示光Ｌを透過するヘッドアップディスプレイ用カバー２０であって、前記表示光Ｌのうち前記表示源１２における任意の物点Ｐからの前記物点光ＬＢを透過して出射する光路と前記物点Ｐから入射して内面反射した反射物点光ＬＲを透過して出射する反射側光路が一致する略くさび形状の断面形となるように形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両のウインドシールド上に投影する表示源に表示された画像の虚像と車両のアイポイントからウインドシールドを透して視認させる車両の前景とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置にに用いられるヘッドアップディスプレイ用カバーとそれを用いた車両用表示ユニットに関するものである。

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多角化に伴って、メータユニット内ではスペースの関係上表示しきれない情報を、ウインドシールド上に虚像表示させ、それを透して視認させる車両の前景と重畳視認させる、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採用されている。そして、従来のＨＵＤ装置としては、特許文献１に記載されているものが知られている。このＨＵＤ装置は、防塵カバーを用いて内部へのゴミ等の異物の進入を防止する開閉式のシャッター（保護手段）と、表示手段に付着した異物を除去する清掃手段と、を有している。
特開２００５−７５２３０号公報

従来からＨＵＤ装置では、上述したように装置内への異物の進入を防止するためのカバーが設けられているが、このカバーが薄いと、運転者等によって壊される、熱等により変形する等の虞があり、また、カバーの成形自体が困難であることから、強度を増すためにもカバーを厚くしたいとの要望があった。

しかしながら、カバーを厚くすると、今度は表示光がカバーの内面で内面反射し、その内面反射光が車両のアイポイントに到達することにより、運転者はウインドシールド上に表示された虚像が二重に見える、ぼけて見える等の視認の障害であるゴーストの問題が新たに生じることが分かった。そして、この問題を鋭意究明した結果、カバーが薄い分には問題とならないレベルであるが、カバーを厚くする程その内面反射光の影響を受けやすいことが分かった。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、装置内への異物の進入を防止し且つ厚くしてもゴーストの発生を防止することができるヘッドアップディスプレイ用カバー及び車両用表示ユニット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記載のヘッドアップディスプレイ用カバーは、収容ケースと該収容ケースに収容した表示源とを有し、前記表示源に表示された画像の表示光を前記収容ケースの開口から車両のウインドシールド上に投影した前記画像の虚像と、前記車両におけるアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置に対して、前記収容ケースの開口から内部への異物の進入を阻止するように設けられ且つ前記表示光を透過するヘッドアップディスプレイ用カバーであって、前記表示光のうち前記表示源における任意の物点からの前記物点光を透過して出射する光路と前記物点から入射して内面反射した反射物点光を透過して出射する反射側光路が一致する略くさび形状の断面形となるように形成されていることを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ用カバーによれば、表示光のうち表示源における任意の物点からの物点光は、その内部を透過してウインドシールドに向かって出射する光路と、物点から入射して内面反射した反射物点光を透過して出射する反射側光とが一致するように出射されるので、物点光と内面で反射した反射物点光を重ねた状態でアイポイントに到達させることができる。

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に記載のヘッドアップディスプレイ用カバーにおいて、前記表示源から前記物点光が入射する入射面における屈折点に、前記物点光を前記ウインドシールドに出射する出射面の内面で反射した反射物点光が向かい且つ前記屈折点で屈折した物点光の光路と前記屈折点で反射した前記反射物点光の光路が一致するように形成されていることを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ用カバーによれば、出射面の内面で反射した反射物点光は、入射面の屈折点で屈折した物点光と同一の方向にその屈折点で反射されるので、物点光と反射物点光を確実に重ねることができる。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ用カバーにおいて、前記物点光を前記ウインドシールドに出射する出射面が、前記ウインドシールドを透過した外光を前記アイポイントから外れる方向に反射する曲面となるように形成されていることを特徴とする。

上記請求項３に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ用カバーによれば、ウインドシールドを透過した外光は、出射面の外面でアイポイントから外れる方向に反射されるので、外光がアイポイントに向かって反射することを確実に防止することができる。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項４記載の車両用表示ユニットは、収容ケースと該収容ケースに収容した表示源とを有し、前記表示源に表示された画像の表示光を前記収容ケースの開口から車両のウインドシールド上に投影する前記画像の虚像と、前記車両におけるアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置と、請求項１〜３の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ用カバーと、を有することを特徴とする。

上記請求項４に記載した本発明の車両用表示ユニットによれば、ヘッドアップディスプレイ用カバーはヘッドアップディスプレイ装置の収容ケースの開口からその内部に異物が進入を防止するように設けられると、ヘッドアップディスプレイ装置からの複数の物点光の各々は、ヘッドアップディスプレイ用カバーを透過する物点光と、その内部を内面反射する反射物点光が重なった状態でウインドシールドに向かって出射されるので、アイポイントに向かう物点光と反射物点光を重ねることができる。

以上説明したように請求項１，４に記載した本発明によれば、表示光の物点光と反射物点光とを重ねて出射する略くさび形状の断面形となるように形成したことから、アイポイントに到達する前に物点光と反射物点光を重ねることができるため、ゴースト像を除去することができる。従って、カバーの厚さを厚くしても運転者の眩惑を防止して視認性を向上し且つ安全性を確保することができる。また、カバーの成形が容易となることから、生産性の向上を図ることができ且つ組付性の向上を図ることができる。

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、反射物点光が入射面の屈折点で屈折した物点光と同一方向に反射される形状に形成するようにしたことから、物点光と反射物点光とを確実に重ねることができるため、ゴースト像を除去して運転者の眩惑を確実に防止することができ、表示像の輝度を上げることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、ウインドシールドを透過した外光を、出射面の外面でアイポイントから外れる方向に反射するように形成したことから、外光によるゴースト像の発生も防止することができるため、運転者の眩惑をより確実に防止することができる。

以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ用カバーを有する車両用表示ユニットの一実施の形態を、図１〜図５の図面を参照して説明する。

図１において、車両用表示ユニット１は、車両のインストルメントパネル（以下、インパネという）２内に設けられている。車両用表示ユニット１は、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１０と、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）用カバー２０と、を有している。

ＨＵＤ装置１０は、収容ケース１１と、表示源１２と、反射部材１３と、を有しており、収容ケース１１内に表示源１２と反射部材１３を収容している。収容ケース１１は、合成樹脂、金属部材等によって略箱状に形成されており、インパネ２の開口部２ａと連通する開口１１ａを有している。開口１１ａは、表示源１２からの表示光Ｌを遮らない大きさ及び形状に形成されている。

表示源１２は、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が用いられる。表示源１２は、図示しないコントローラの制御によって指示された表示内容を表示する。

反射部材１３は、反射ミラー、拡大ミラー等が用いられ、表示源１２に表示された画像の表示光Ｌを、車両のウインドシールド３の投影エリアＥに向けて反射する。つまり、表示源１２と反射部材１３とは、収容ケース１１内で対向するように配置されている。なお、本最良の形態では、説明を簡単化するために、１つの反射部材１３を設け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、複数の反射部材１３を設けて表示光Ｌを複数回反射させる、反射部材１３を用いずに表示光Ｌをウインドシールド３に直接投影するなど種々異なる実施形態とすることができる。

このように構成したＨＵＤ装置１０において、表示源１２に表示された画像の表示光Ｌは、反射部材１３によってウインドシールド３に向かって反射され、収容ケース１１の開口１１ａを通過してウインドシールド３に投影される。その結果、ウインドシールド３の投影エリアＥ上には、表示源１２に表示された画像の虚像Ｓが表示される。そして、車両のアイポイントＩからウインドシールド３を透して視認させる車両の前景と虚像Ｓとが重畳視認されることになる。

ＨＵＤ装置１０は、図示しないが、運転者のアイポイントＩ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、虚像Ｓの位置調整を行う表示位置調整機構を有している。

ＨＵＤ用カバー２０は、透光性の合成樹脂等によって形成されており、収容ケース１１の開口１１ａから内部への異物の進入を阻止するように設けられ且つ表示光Ｌをウインドシールド３に向けて透過する。本最良の形態において、ＨＵＤ用カバー２０は、収容ケース１１の開口１１ａの縁から立設する立設部１１ｂに当接することで、開口１１ａを塞ぐ構成となっている。

ＨＵＤ用カバー２０は、カバー２１と、該カバー２１の周囲に連設する固定部２２と、を有しており、カバー２１と固定部２２は一体成形されている。カバー２１は、表示光Ｌのうち表示源１２における任意の物点Ｐからの物点光ＬＢを透過して出射する光路と前記物点Ｐから入射して内面反射した反射物点光ＬＲを透過して出射する反射側光路が一致する略くさび形状の断面形となるように形成されている。

なお、本実施形態では、表示源１２の表示面全体からの光を表示光Ｌとし、その表示面の中の任意の物点Ｐからの光を物点光ＬＢとしている。そして、説明を簡単化するために、以下は物点Ｐが表示面の中心点である場合について説明する。

固定部２２は、収容ケース１１の外壁及び立設部１１ｂに係合した状態で収容ケース１１に螺子等の固定部材によって固定される。そして、固定部２２は、インパネ２からカバー２１に亘って形成される遮光壁２２ａを有している。なお、本最良の形態では、ＨＵＤ用カバー２０を収容ケース１１に固定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、係合、嵌合等の構造によってインパネ２内に固定するなど種々異なる実施形態とすることができる。

次に、ＨＵＤ用カバー２０の断面形の略くさび形状の設計方法の一例を図３〜図６の図面を参照して以下に説明する。

図３に示すように、物点光ＢＬと反射物点光ＢＲを重ねるための条件は、以下の条件１と条件２となる。条件１は、カバー２１の入射面２３（裏面）における物点光ＬＢの屈折点ＰＲと出射面２４の内面で反射した反射物点光ＬＲの反射点ＰＳでの光線方向が一致する。条件２は、カバー２１の入射面２３における物点光ＬＢの屈折点ＰＲと出射面２４の内面で反射した反射物点光ＬＲの反射点ＰＳが一致する。

これらの条件を満たすためには、入射面２３における物点光ＬＢの屈折点ＰＲと出射面２４の内面で反射した反射物点光ＬＲの反射点ＰＳでの光線角度を、物点光ＬＢの屈折角θ’と同じにする必要があるため、上述したようにカバー２１の断面形を略くさび形状にし、入射面２３と出射面２４の角度を変える必要がある。

まず、条件１については、図４に示すように、表示源１２上の任意の物点Ｐにおける物点光ＬＢと内面反射する反射物点光ＬＲの第１なす角をα、カバー２１のくさび角をβ、物点光ＬＢとカバー２１の入射面２３の第２なす角をθ（＝物点光ＬＢのカバー２１の入射面２３への入射角）、表示源１２のカバー２１での屈折角をθ’とそれぞれ定義する。

反射物点光ＬＲのカバー２１の入射面２３における反射角は、その入射面２３における物点光ＬＢの屈折角と一致させる必要があるためθ’になる。よって、カバー２１の出射面２１における反射角は、くさび角がβよりθ’−βになる。また、カバー２１の入射面２３における屈折角はθ’−２β（＝式１）になる。ここで、反射物点光ＬＲのカバー２３の入射面２３への入射角はθ−α（＝式２）になる。

式１と式２について、スネルの法則から式を立てると、以下のようにおくことができる。なお、空気の屈折率をｎ、カバー２１の屈折率をｎ’とする。
ｎ＊ｓｉｎ（θ−α）＝ｎ’＊ｓｉｎ（θ’−２β）
この式をαについて展開すると、式３を得ることができる。
α＝θ−ｓｉｎ^-1｛ｎ’／ｎ＊ｓｉｎ（θ’−２β）｝ ・・・式３

次に、条件２については、図５に示すように、反射物点光ＬＲのカバー２１の出射面２４での反射点ＰＴから入射面２３とのなす角が垂直となるように進んだ距離をｔと定義する。なお、β、θ、θ’については、上述した条件１のところで説明したものと同一となっている。

まず、カバー２１の入射面２３における反射物点光ＬＲの屈折点ＰＵと反射点ＰＳとの距離Ｔは、以下の式４を得ることができる。
Ｔ＝ｔ＊ｔａｎ（θ’−２β）＋ｔ＊ｔａｎθ’ ・・・式４
この式４を用いて、カバー２１の入射面２３における反射物点光ＬＲの屈折点ＰＵと反射点ＰＳの距離Ｔを算出する。

次に、図６に示すように、表示源１２のカバー２１までの距離をＤとすると、式４から以下のようにおくことができる。
Ｄ＝Ｔ＊ｓｉｎθ／ｔａｎα＋Ｔ＊ｃｏｓθ
この式をαについて展開すると、式５を得ることができる。
α＝ｔａｎ^-1｛Ｔ＊ｓｉｎθ／（Ｄ−Ｔ＊ｃｏｓθ）｝ ・・・式５

よって、式３と式５が成り立つように、くさび角βを調整することにより、物点光ＬＢと反射物点光ＬＲを重ねるカバー２１の断面形の形状とすることができる。このような処理を複数のその他の物点からの物点光に対しても行うことで、より確実にゴースト像の発生を防止することができる。

また、表示源１２上の任意の物点Ｐを表示源１２の中心、アイポイントＩをアイレンジＩＲの中心とすることで、それ以外の物点同士ではゴースト像が発生する。しかし、そのときの物点光ＬＢと反射物点光ＬＲの位置差が、人間の目の分解能以下であれば問題は生じない。また、その人間の目の分解能分のマージンを、ＨＵＤ用カバー２０の製造公差や車載誤差に割り当てるようにすることもできる。

次に、上述した構成の車両用表示ユニット１における本発明の物点光ＢＬの投影に関する動作（作用）の一例を、図２の図面を参照して以下に説明する。

ＨＵＤ装置１０において、表示源１２に表示された画像の表示光Ｌは、反射部材１３によってウインドシールド３に向かって反射される。その反射光Ｌのうち、物点Ｐの物点光ＬＢは、カバー２１の入射面２３の屈折点ＰＲで屈折してカバー２１内に入射する。また、反射物点光ＬＲは、入射面２３の屈折点ＰＵで屈折してカバー２１内に入射し、その内部を導光されて出射面２４の反射点ＰＴで内面反射して入射面２３の屈折点ＰＲに向かう。そして、反射物点光ＬＲは、屈折点ＰＲ、つまり反射点ＰＳで、物点光ＬＢと同一の光線方向に反射される。

この結果、物点Ｐの物点光ＬＢと反射物点光ＬＲが重なった重畳物点光ＬＢ．ＬＲが出射面２４の出射点ＰＯに向かい、該出射点ＰＯで屈折してウインドシールド３に向かって出射され、ウインドシールド３でアイポイントＩに向かって反射される。よって、重畳物点光ＬＢ．ＬＲが物点光ＬＢと反射物点光ＬＲの同一の光路となることから、アイポイントＩには重畳物点光ＬＢ．ＬＲが到達するので、アイポイントＩに到達する前に物点光ＬＢと反射物点光ＬＲを重ねることができる。また、物点Ｐ以外のその他の物点の物点光と反射物点光の全ても重なった状態でアイポイントＩに到達するので、表示光Ｌによる表示像のゴースト像（二重像）の発生を防止することができる。

以上説明した車両用表示ユニット１０のＨＵＤ用カバー２０によれば、表示光Ｌの物点光ＬＢと反射物点光ＬＲとを重ねて出射する略くさび形状の断面形となるように形成したことから、アイポイントＩに到達する前に物点光ＬＢと反射物点光ＬＲを重ねることができるため、ゴースト像を除去することができる。従って、カバー２１の厚さを厚くしても運転者の眩惑を防止して視認性を向上し且つ安全性を確保することができる。また、カバー２１の成形が容易となることから、生産性の向上を図ることができ且つ組付性の向上を図ることができる。

また、反射物点光ＬＲが入射面２３の屈折点ＰＲで屈折した物点光ＬＢと同一方向に反射される形状に形成するようにしたことから、物点光ＬＢと反射物点光ＬＲとを確実に重ねることができるため、ゴースト像を除去して運転者の眩惑を確実に防止することができる。

なお、本最良の形態では、反射物点光ＬＲを出射面２４の内面で物点光ＬＢの屈折点ＰＲに反射させ、屈折した物点光ＰＢと同一の光線方向となるように屈折点ＰＲで反射させ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、反射物点光ＬＲが出射面２４の出射点ＰＯで屈折した物点光ＰＢと最終的に同一の光線方向となれば、ＨＵＤ用カバー２０の断面形の形状は種々異なる形状とすることができる。

また、上述したＨＵＤ用カバー２０を、図７に示すように、上述した物点光ＬＢをウインドシールド３に出射するＨＵＤ用カバー２０の出射面２４の外面が、ウインドシールド３を透過した外光Ｆを上述したアイポイントＩから外れる方向（図７中の左側）に反射する、つまり、収容ケース１１の内面である遮光壁に集光する曲面となるように形成するようにすれば、外光Ｆによるゴースト像の発生を防止することができるため、運転者の眩惑を確実に防止することができる。また、上述した構成のＨＵＤカバー２０に適用する場合は、固定部２２の遮光壁２２ａに外光が集光するように出射面２４の外面を形成する。

本発明のヘッドアップディスプレイ用カバーと車両用表示ユニットの概略構成の一例を示す概略構成図である。 図１中のヘッドアップディスプレイ用カバーにおける物点光と反射物点光との動作作用を説明するための図である。 図１中のヘッドアップディスプレイ用カバーにおける物点光と反射物点光との関係を説明するための図である。 物点光の屈折点と反射物点光の反射点における光線方向を一致させるためのカバー設計方法を説明するための図である。 反射物点光の屈折点とその反射点の距離の算出方法を説明するための図である。 カバーの入射面における物点光と反射物点光の屈折点の距離の算出方法を説明するための図である。 外光によるゴースト像の発生を除去するヘッドアップディスプレイ用カバーの形状例を説明するための図である。

符号の説明

１ 車両用表示ユニット
３ ウインドシールド
１０ ヘッドアップディスプレイ装置
１１ 収容ケース
１１ａ 開口
１２ 表示源
１３ 反射部材
２０ ヘッドアップディスプレイ用カバー
２１ カバー
２２ 固定部
２３ 入射面
２４ 出射面
Ｌ 表示光
ＬＢ 物点光
ＬＲ 反射物点光
Ｐ 物点
ＰＲ 屈折点

Claims (4)

1. 収容ケースと該収容ケースに収容した表示源とを有し、前記表示源に表示された画像の表示光を前記収容ケースの開口から車両のウインドシールド上に投影した前記画像の虚像と、前記車両におけるアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置に対して、前記収容ケースの開口から内部への異物の進入を阻止するように設けられ且つ前記表示光を透過するヘッドアップディスプレイ用カバーであって、
   前記表示光のうち前記表示源における任意の物点からの前記物点光を透過して出射する光路と前記物点から入射して内面反射した反射物点光を透過して出射する反射側光路が一致する略くさび形状の断面形となるように形成されていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ用カバー。
2. 前記表示源から前記物点光が入射する入射面における屈折点に、前記物点光を前記ウインドシールドに出射する出射面の内面で反射した反射物点光が向かい且つ前記屈折点で屈折した物点光の光路と前記屈折点で反射した前記反射物点光の光路が一致するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ用カバー。
3. 前記物点光を前記ウインドシールドに出射する出射面が、前記ウインドシールドを透過した外光を前記アイポイントから外れる方向に反射する曲面となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ用カバー。
4. 収容ケースと該収容ケースに収容した表示源とを有し、前記表示源に表示された画像の表示光を前記収容ケースの開口から車両のウインドシールド上に投影する前記画像の虚像と、前記車両におけるアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認させる前記車両の前景とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置と、請求項１〜３の何れか１項に記載のヘッドアップディスプレイ用カバーと、を有することを特徴とする車両用表示ユニット。

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