JP2009222882A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示する画像を虚像にてフロントガラスに映し出す型式でありながら、運転者の視線位置の調節を可能としたヘッドアップディスプレイ装置を提案する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０は表示パネル２５に表示された画像をミラー光学系３０によって拡大し、拡大された画像をフロントガラス１６で反射させて、自動車の運転者１８に前記画像の虚像２０ｂを視認させる。筐体２２に回動自在に軸支されたミラーホルダ３５ｂに固定され、表示パネル２５から射出された画像光線２６を前記画像の上下方向に反射させる可動ミラー３２を備える。可動ミラー３２は、ミラーホルダ３５ｂによる回動中心線を反射面上に有し、ミラーホルダ３５の回動によって反射角が変化する方向に回動して、運転者１８に視認させる前記虚像２０ｂの位置を変更することが可能となっている。
【選択図】図８

Description

本発明は、自動車等、移動体用のヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

ヘッドアップディスプレイ装置は、自動車等の運転者に対して走行速度などの情報を表示する装置であり運転者が視界から目をそらすことなく運転に必要な情報を認識することができるようにしたものである。

下記特許文献１には、反射型ホログラムを用いたヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。この装置は前述の表示情報を像として外部に投光する表示器と、表示器から投光される表示像を反射する反射部材と、前記反射部材により反射された表示像が投射され、この表示像を運転者の目の方向に反射させることによって前記像を運転者の前方に結像させて運転者に表示像を視認させるコンバイナ（透光性反射板）とから構成される。コンバイナは運転者の視線位置の変化に柔軟に対応するため角度が自由に調節可能となっている。

また、下記特許文献２には、表示部が出力する画像を拡大してフロントガラスに投射し反射させて前記画像を虚像にて運転者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置が記載されている。この装置は自動車のダッシュボード内に納められており、また、画像の反射にフロントガラスを用いているため運転者の視線位置の変化に対して許容範囲が広いので、画像表示位置を調節する機能は備えていない。
特開平０８−０１１５８０号公報 特開２００６−０９１１０４号公報

前記特許文献２に記載されたヘッドアップディスプレイ装置は、拡大された画像が運転者の前方視野範囲内に表示されるので表示画像の見易さについては問題ないが、運転者によって座高が異なるため表示画像を見る視線の位置が異なり、時には画像欠けが生じるなど見難い状態となることがある。しかし、自動車のフロントガラスをコンバイナとして用いているので、これの角度調節をして前記画像を見易い位置に移動させることが出来ない。

本発明は、表示する画像を虚像にてフロントガラスに映し出す型式でありながら、運転者の視線位置の調節を可能としたヘッドアップディスプレイ装置を提案する。

本発明によるヘッドアップディスプレイ装置は、透過型液晶表示パネルに表示された画像を複数のミラーから構成されるミラー光学系によって拡大し、拡大された画像を移動体のフロントガラスで反射させて、前記移動体の乗員に前記画像の虚像を視認させる移動体用のヘッドアップディスプレイ装置であり、前記透過型液晶表示パネルと前記透過型液晶表示パネルに背面より光を照射する光源装置と前記複数のミラーとが収容される筐体と、前記筐体に回動自在に軸支され前記複数のミラーのうちの１枚が固定されたミラーホルダと、前記透過型液晶表示パネルから射出された光線を前記画像の上下方向に反射させる反射面を有し前記ミラーホルダの回動中心線が前記反射面上に位置するように前記ミラーホルダに固定された可動ミラーと、を備え、前記ミラーホルダを回動して前記可動ミラーの傾きを変化させることで、前記乗員に視認させる前記虚像の位置を調節することができる。

前記可動ミラーは、入射した光線を凹面ミラーに向けて反射するとともに、凹面ミラーによる反射光線を前記フロントガラスに向けて再反射させる平面ミラーが最適である。前記筐体は、前記乗員の操作に従って前記ミラーホルダを回動させ前記可動ミラーの傾き角を変更する角度変更手段を備える。前記透過型液晶表示パネルから射出され前記可動ミラーに最初に入射する前記画像の中心を通る光線が前記可動ミラーの前記回動中心線上で反射するように前記可動ミラーを前記ミラーホルダに位置決めすることが好ましい。

本発明によれば、表示する画像を虚像にてフロントガラスに映し出す型式でありながら、運転者の視線位置を簡単に調節することが出来るヘッドアップディスプレイ装置を、簡単構造、省スペース、ローコストにて提供することができる。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、自動車（移動体）１２のダッシュボード１４に配置され、スピードメータの値など各種情報に関する画像を射出しフロントガラス１６で反射させて、運転者（乗員）１８の前方数メートルのところに前記画像を拡大した虚像２０を表示する。運転者１８は虚像２０として拡大表示された前記画像を運転中であっても前方視界から大きく視点を移動させることなく視認することができる。

図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、ダッシュボード１４の下に配置された筐体２２の内部に、画像を表示する透過型液晶表示パネル（以下、表示パネルという。）２５と、表示パネル２５の背面に光を照射するＬＥＤ（光源装置）２４と、表示パネル２５の射出する画像光線２６を反射して前記筐体２２に設けられた射出窓２８から前記フロントガラス１６に向けて射出し拡大表示するミラー光学系３０と、を備える。ミラー光学系３０は、前記表示パネル２５から射出された前記画像光線２６を可動ミラー３２に向けて反射する平面ミラー３３と、平面ミラー３３からの画像光線２６を凹面ミラー３４に向けて反射するとともに凹面ミラー３４から反射されてきた画像光線２６を前記射出窓２８を通してフロントガラス１６に向けて再反射する可動ミラー３２と、前記凹面ミラー３４と、を備える。

表示パネル２５は、例えば０．８型等、小型の表示パネルであり、スピードメータの他、タコメータ、水温計、燃料計など各種計器類の値が表示される。表示パネル２５が小型であるから表示される画像も小さく、そのために凹面ミラー３４によって画像が拡大されるが、凹面ミラー３４は画像の拡大だけでなくフロントガラス１６による歪みを補正するので、凹面ミラー３４の反射光による画像はそのままでは歪んだ画像となるが、フロントガラス１６の湾曲面による反射を経て正常な画像として見えるようになる。ミラー光学系３０は可動ミラー３２で前記画像光線２６を２度反射させるように構成して全体をコンパクトにしヘッドアップディスプレイ装置１０の小型化を図っている。

図３に示すように、ミラーホルダ３５には、前記可動ミラー３２が反射面３２ａを上にして固定され、回動軸３６，３７が嵌着される嵌合穴３５ｈが設けられている。回動軸３６にはフランジ部３６ａが設けられ、回動軸３７にはギヤ３８が設けられている。前記可動ミラー３２は、回動軸３６，３７の中心を通る回動中心線５０が前記反射面３２ａ上に位置するように前記ミラーホルダ３５に位置決めされる。図４に示すように、前記筐体２２には前記ミラーホルダ３５を軸支するための軸穴２２ａが設けられている。図５に示すように、前記可動ミラー３２が固定された前記ミラーホルダ３５は、前記筐体２２に収容された後に回動軸３６，３７が前記軸穴２２ａから挿通されて前記嵌合穴３５ｈと嵌着して回動可能に軸支される。

図６に示すように、前記ギヤ３８にはギヤ４１とギヤ４２と操作ダイヤル４３が連設され前記ミラーホルダ３５の角度を変更する角度変更装置（角度変更手段）４０を構成している。操作ダイヤル４３を図示の反時計方向に回すと前記ミラーホルダ３５（３５ａ〜３５ｃ）は３５ａの位置から時計方向に回り３５ｂの位置となる。また、図７に示すように、操作ダイヤル４３を図示の時計方向に回すと前記ミラーホルダ３５は３５ａの位置から反時計方向に回り３５ｃの位置となる。

次に、上記実施形態の作用について説明する。図８に示すように、前記操作ダイヤル４３の操作によって前記ミラーホルダ３５が時計方向に回り３５ａの位置から３５ｂの位置に移動すると、前記画像の中心を通る光線の光路は２６ａから２６ｂに変化し、前記表示パネルに表示された画像が前記運転者１８に虚像として視認される位置は２０ａの位置から２０ｂの位置に移動する。また、図９に示すように、前記操作ダイヤル４３を逆に操作して前記ミラーホルダ３５が反時計方向に回り３５ａの位置から３５ｃの位置に移動すると、前記画像の中心を通る光線の光路は２６ａから２６ｃに変化し、前記虚像の視認位置は２０ａの位置から２０ｃの位置に移動する。このように前記運転者１８は前記虚像の視認位置を簡単に調整することができる。

次に、別の実施形態について説明するが前述の実施形態における角度変更装置４０を置き換えたものであり、その他の部材は同じであるので同じ記号を用いるとともに、それらの説明も省略する。図１０に示すように、角度変更装置６０は、モータ６１と、モータ６１の出力軸に設けられたギヤ６２と、ギヤ６２と前記ギヤ３８とを連結するギヤ６３とから構成される。前記運転者１８が図示しない操作部材を操作してモータ６１を正転あるいは逆転させることにより前記ギヤ３８を時計方向あるいは反時計方向に回転させて前記ミラーホルダ３５を動かして前記可動ミラー３２の角度を調節することができる。

更に、角度変更装置の別の実施形態について説明する。図１１に示すように、角度変更装置７０は、モータ７１と、モータ７１の出力軸に設けられたギヤ７２と、ギヤ７２と係合連結するギヤ７３を備える。ギヤ７３には軸７４が一体に形成されている。前記筐体２２に設けられたコの字状の軸受け部２２ｂがギヤ７３を挟むように前記軸７４を支持する。前記軸７４は一端側にネジ部７４ａを有し、ネジ部７４ａが前記筐体２２に設けられたネジ穴７５と螺合している。前記軸７４の前記ネジ部７４ａ側の先端には前記ミラーホルダ３５の一端側の底部を押圧する押圧部７４ｂが設けられ、前記ミラーホルダ３５の他端側に設けられた圧縮コイルバネ７６の付勢力による前記ミラーホルダ３５の時計方向への回動を係止している。

前記運転者１８が図示しない操作部材を操作してモータ７１を正転あるいは逆転させるとギヤ７２、ギャ７３を介して前記軸７４が回転する。前記軸７４はネジ部７４ａがネジ穴７５と螺合しているので、回転によって前記筐体２２の内方向あるいは外方向へ移動する。前記軸７４が前記内方向へ移動したときは前記押圧部７４ｂが前記圧縮コイルバネ７６の付勢力に抗して前記ミラーホルダ３５を反時計方向に回動させ、前記軸７４が前記外方向へ移動したときは前記圧縮コイルバネ７６の付勢力によって前記ミラーホルダ３５の前記一端側の底部が前記押圧部７４ｂを押圧しながら時計方向に回動する。こうして前記可動ミラー３２の角度を調節することができる。

上記実施形態はミラー光学系３０を２枚の平面ミラーと１枚の凹面ミラーで構成した例で説明したが、ミラーの構成はこれに限るものではなく、例えば平面ミラー３３を使用せずに表示パネル２５から射出された光を直接可動ミラー３２に照射するように構成しても良い。また、光源にＬＥＤを用いたが、ＬＥＤに限るものではなく、他の周知のランプ等を用いても良い。

前記実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置１０を搭載する移動体として自動車１２を用いて説明したが、前記移動体は自動車１２などの車両に限るものではなく、例えば、飛行機などの飛行体であっても良いし、船舶であっても良い。

本発明を実施したヘッドアップディスプレイ装置を搭載した自動車の運転席の模式図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す図である。 可動ミラーとミラーホルダの構成を示す斜視図である。 筐体の構造を示す斜視図である。 筐体に取付けられたミラーホルダを示す斜視図である。 角度変更装置の構成を示す図である。 角度変更装置の説明図である。 可動ミラーの角度を変更した時の光路の説明図である。 可動ミラーの角度を変更した時の光路の別の説明図である。 モータを使用した角度変更装置の構成を示す図である。 別の実施形態の構成を示す図である。

符号の説明

１０ ヘッドアップディスプレイ装置
１２ 自動車（移動体）
１４ ダッシュボード
１６ フロントガラス
１８ 運転者（乗員）
２０ 虚像
２２ 筐体
２４ ＬＥＤ（光源装置）
２５ 表示パネル（透過型液晶表示パネル）
２６ 画像光線
２８ 射出窓
３０ ミラー光学系
３２ 可動ミラー
３２ａ 反射面
３３ 平面ミラー
３４ 凹面ミラー
３５ ミラーホルダ
３６，３７ 回動軸
３８，４１，４２，６２，６３，７２，７３ ギヤ
４０，６０，７０ 角度変更装置（角度変更手段）
４３ 操作ダイヤル
５０ 回動中心線
６１，７１ モータ

Claims (4)

1. 透過型液晶表示パネルに表示された画像を複数のミラーから構成されるミラー光学系によって拡大し、拡大された画像を移動体のフロントガラスで反射させて、前記移動体の乗員に前記画像の虚像を視認させる移動体用のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記透過型液晶表示パネルと前記透過型液晶表示パネルに背面より光を照射する光源装置とが収容される筐体と、
   前記筐体に回動自在に軸支され、前記複数のミラーのうちの１枚が固定されるミラーホルダと、
   前記透過型液晶表示パネルから射出された光線を前記画像の上下方向に反射させる反射面を有し、前記ミラーホルダの回動中心線が前記反射面上に位置するように前記ミラーホルダに固定された可動ミラーと、
   を備え、
   前記ミラーホルダを回動して前記可動ミラーの傾きを変化させることで、前記乗員に視認させる前記虚像の位置を調節可能としたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記可動ミラーは、入射した光線を凹面ミラーに向けて反射するとともに、前記凹面ミラーの反射した光線を前記フロントガラスに向けて再反射させることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記筐体は、前記乗員の操作に従って前記ミラーホルダを回動させて前記可動ミラーの傾き角を変更する角度変更手段を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記透過型液晶表示パネルから射出され前記可動ミラーに最初に入射する前記画像の中心を通る光線が、前記可動ミラーの前記回動中心線上で反射するように、前記可動ミラーを前記ミラーホルダに位置決めしたことを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
   

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