JP2010076666A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な表示像を維持しつつ、小型化によって搭載性の向上を実現するヘッドアップディスプレイ装置の提供。
【解決手段】視認者の視認方向に設けられたウィンドシールド９１に表示像９９を投影するヘッドアップディスプレイ装置１００であって、表示像９９を発光させるための光束を放射する光源部３０と、光源部３０からの光束を光軸４０ａｘに沿う方向へ屈折させるレンズ４０と、レンズ４０により屈折された光束をウィンドシールド９１に向けて反射する反射鏡部６０と、光源部３０を保持する光源保持部１２６、レンズ４０を保持するレンズ保持部２４、および反射鏡部６０を保持する側壁部２２、を有するハウジング２０と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置１００とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、投影部材に表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来、表示像を発光させるための光束を放射する光源部と、光源部からの光束を光軸側へ屈折させるレンズと、レンズにより屈折された光束を前記投影部材に向けて反射する反射鏡部と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置が知られている。例えば特許文献１に開示のヘッドアップディスプレイ装置は、光源部を保持する光源保持部およびレンズを保持するレンズ保持部を有するケース体を備えている。光源部およびレンズは、ケース体に納められて保持される。また、ヘッドアップディスプレイ装置は、反射鏡部を保持する反射鏡保持部とともに、ケース体を保持するケース体保持部を有するハウジングを備えている。光源部およびレンズを保持するケース体は、ハウジングのケース体保持部に組み付けられる。

さて、ヘッドアップディスプレイ装置において、光源部に対するレンズの光軸の位置がずれて、レンズに入射される光束が当該レンズの光軸に直交する方向に不均一となった場合、レンズによって光軸側に屈折された光束も不均一となる。これにより、投影部材に投影される表示像に輝度ムラが生じるのである。表示像の輝度ムラを防止するため、特許文献１に開示のヘッドアップディスプレイ装置においては、光源部およびレンズは同一のケース体に保持される。この構成により、レンズの光軸に対する光源部の位置精度が良好になるので、光源部から放射されてレンズによって光軸側に屈折された光束は均一となる。
特開２００７−１１４７４３号公報

さて、特許文献１に開示のヘッドアップディスプレイ装置において、反射鏡部とレンズとの間には、ハウジングとケース体が介在している。これにより、ハウジングおよびケース体の加工精度、ならびにケース体をハウジングのケース体保持部への組み付け精度に起因して、反射鏡部に対するレンズ位置の光軸方向のばらつきが大きくなる。故に、レンズにより屈折させられた光束が、反射鏡部の所定の位置からずれた位置に到達する懸念がある。光束が反射鏡部に到達する位置がずれることにより、投影部材に投影された表示像の一部が欠けてしまうのである。この表示像の欠けを防止するため、光束の到達位置のずれを許容するための余裕代を反射鏡部に設ける必要がある。これにより、反射鏡部は大型化を余儀なくされていた。そして、大型化した反射鏡部によって、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化が妨げられるのである。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、良好な表示像を維持しつつ、小型化によって搭載性の向上を実現するヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

上記目標を達成する為に、請求項１に記載の発明では、視認者の視認方向に設けられた投影部材に表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、表示像を発光させるための光束を放射する光源部と、光源部からの光束を光軸に沿う方向へ屈折させるレンズと、レンズにより屈折された光束を投影部材に向けて反射する反射鏡部と、光源部を保持する第一保持部、レンズを保持する第二保持部、および反射鏡部を保持する第三保持部、を有するハウジングと、を備える。

この発明によれば、光源部およびレンズは第一保持部および第二保持部によって同一のハウジングに保持されるので、レンズの光軸に対する光源部の位置精度は良好である。故に、光源部から放射されてレンズによって光軸側に屈折された光束は均一となるので、表示像の輝度ムラは抑制される。加えて、レンズおよび反射鏡部は第二保持部および第三保持部によって同一のハウジングに保持されるので、反射鏡部に対するレンズの光軸方向のばらつきが抑制される。故に、レンズにより屈折させられた光束を、反射鏡部の所定の位置に到達させられる。これらによれば、反射鏡部を最小限の大きさで形成しても、表示像の欠けの発生は生じ難い。反射鏡部が小型であることから、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化が実現されるので、良好な表示像を維持しつつ搭載性を向上し得るのである。

請求項２に記載の発明では、第二保持部が、第一保持部を兼ねる。この発明によれば、
光源部が第一保持部を兼ねた第二保持部に保持される。光源部およびレンズが同一の第二保持部に保持されるので、レンズの光軸に対する光源部の位置精度はさらに良好となる。これにより、光源部から放射されてレンズによって光軸側に屈折された光束は均一となるので、表示像の輝度ムラは抑制される。加えて、第一保持部を省くことにより、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化に貢献できる。したがって、良好な表示像を維持しつつ搭載性を向上し得るのである。

請求項３に記載の発明では、レンズは、ハウジングに対して光軸と直交する方向に位置調整自在の調整部を有する。この発明によれば、レンズは、調整部によって光軸と直交する方向に位置調整された後、ハウジングの第二保持部に保持される。故に、光源部に対してレンズの光軸の正確に位置するよう、レンズの位置を調整することができる。これにより、光源部から放射されてレンズによって光軸側に屈折された光束は均一となるので、光源部およびレンズがハウジングに保持される構成であっても、表示像の輝度ムラは確実に抑制される。したがって、良好な表示像を維持しつつ搭載性の向上したヘッドアップディスプレイ装置を提供し得るのである。

請求項４に記載の発明では、調整部は、光軸と直交する平面を具備する取付部、および取付部に光軸に沿う方向に設けられる取付孔を有し、レンズは、取付孔に緩嵌合する締結部材により第二保持部に取り付けられる。この発明によれば、取付部に光軸に沿う方向に設けられる取付孔と、レンズをハウジングに保持するための締結部材とが緩嵌合することにより、レンズの光軸と直交する方向への位置調整を許容することができる。故にレンズは、取付部が具備する平面に沿って光軸と直交する方向に位置調整される。そして、締結部材の締結によって、レンズは、当該レンズの光軸が光源部に対して正確に位置するよう配置された状態でハウジングの第二保持部に保持されるのである。

請求項５に記載の発明では、光源部およびレンズには、レンズを光源部に対して光軸と直交する方向に位置決めする位置決め機構が設けられる。この発明によれば、レンズおよび光源部に設けられた位置決め機構によってレンズが光源部に対して位置決めされる。故に、レンズおよび光源部をハウジングによって保持することで、自動的にレンズの光軸が光源部に対して正確に位置するよう位置調整がなされる。これにより、レンズの位置調整の工程を設けることなく、レンズによって光軸側に屈折された光束を均一とすることができる。したがって、表示像の輝度ムラは確実に抑制されるので、良好な表示像を維持しつつ搭載性の向上したヘッドアップディスプレイ装置を提供し得るのである。

加えて、請求項２に記載の発明との組み合わせによれば、レンズは、ハウジングの第二保持部に対して光軸と直交する方向の位置決め機構によって位置調整自在である。故に、当該ハウジングから光軸と直交する方向への位置の規制力は作用しない。これにより、光源部に対して光軸と直交する方向に位置決め機構によって位置決めされたレンズが、光軸と直交する方向へひずむことがない。したがって、ひずみに起因したレンズの光軸ずれが生じることがないので、レンズから均一な光束を放出させることができる。

請求項６に記載の発明では、位置決め機構は、レンズに設けられ、当該レンズから光源部へ突出する位置決めピン、および光源部に設けられ、位置決めピンが嵌合する位置決め孔である。この発明によれば、レンズから光源部へ突出する位置決めピンを光源部の位置決め孔に嵌合させることで、レンズは光源部に対して位置決め機構光軸と直交する方向に位置決めされて固定される。このように簡易な構成で、レンズを、当該レンズの光軸が光源部に対して正確に位置するよう配置された状態で、ハウジングに保持させることができるのである。

請求項７に記載の発明では、ハウジングは、レンズの径方向外側を環状に囲う周壁部を有し、第二保持部は、周壁部に設けられる。ハウジングは、外部からの作用する応力によって変形する懸念がある。レンズがハウジングに設けられた第二保持部に保持される構成においては、ハウジングのひずみによって第二保持部が変形し、第二保持部に保持されたレンズの光軸方向が所定の方向からずれるおそれがある。そこで、ハウジングにレンズの径方向外側を環状に囲う周壁部を形成し、当該周壁部に第二保持部を設けることにより、第二保持部近傍の剛性を向上させることができる。レンズが剛性の高い第二保持部に保持されることにより、ハウジングに外部から応力が作用した場合でも、レンズの光軸方向のずれを抑制することができる。これにより、光源部から放射された光束は、レンズの光軸側へ正確に屈折されて、反射鏡部の所定の位置に確実に到達する。したがって、反射鏡部を最小限の大きさで形成することができるのである。

請求項８に記載の発明では、周壁部の光源部側の開口は、光源部によって閉じられる。この発明によれば、周壁部の開口が光源部によって閉じられるので、当該周壁部の剛性をさらに高めることができる。故にレンズは、さらに剛性が高められた周壁部に設けられた第二保持部に保持されることとなるので、ハウジングに外部から応力が作用した場合でも、レンズの光軸方向のずれは確実に抑制されるのである。

請求項９に記載の発明では、レンズの反射鏡部側には、光軸と直交する方向に透過型表示パネルが設けられ、ハウジングは、周壁部から径方向内側に突出し、透過型表示パネルを保持する第四保持部を有する。この発明によれば、周壁部から径方向内側に突出する第四保持部は、透過型表示パネルを保持するとともに、周壁部の剛性を向上させるリブとなる。故にレンズは、さらに剛性が高められた周壁部に設けられた第二保持部に保持されることとなるので、ハウジングに外部から応力が作用した場合でも、レンズの光軸方向のずれは確実に抑制されるのである。

加えて、透過型表示パネルおよびレンズを保持する第四保持部および第二保持部は、同一の周壁部に保持されるので、透過型表示パネルに対するレンズの光軸方向のばらつきが抑制される。故に、レンズにより屈折させられた光束は、透過型表示パネルの所定の位置を透過することができる。これにより、透過型表示パネルの余裕代が不要となるので、最小限の大きさの透過型表示パネルを選択することができ、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化に貢献し得るのである。

請求項１０に記載の発明では、反射鏡部は、複数の反射鏡を有する。上述したように、反射鏡部が保持されたハウジングにレンズを直接的に保持することによる光軸方向のばらつき低減作用の発揮によれば、光源から放出された光束を反射鏡部の所定の位置に到達させられる。複数の反射鏡を有する反射鏡部においてレンズから遠い側に位置する反射鏡は、このレンズの光軸方向のばらつき低減作用が顕著に発揮されるので、余裕代の縮小で大幅に小型化ができる。したがって、複数の反射鏡を有する反射鏡部を備えたヘッドヘッドアップディスプレイ装置に本発明は特に好適なのである。

請求項１１に記載の発明では、反射鏡部は、凹面鏡を有する。湾曲している凹面鏡は平面鏡に対して厚さ方向に大きく、ヘッドアップディスプレイ装置において大きな空間を占有する。故に、レンズの光軸方向のばらつき低減作用の発揮による凹面鏡の余裕代の削減は、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化に顕著に貢献するのである。したがって、凹面鏡を有する反射鏡部を備えたヘッドヘッドアップディスプレイ装置に本発明は特に好適なのである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００が搭載されている車両を示している。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、視認者の視認方向に設けられるインスツルメントパネル９３の内部に設置され、ウィンドシールド９１に表示像９９を投影する。

（基本構成）
図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００は、光源部３０、レンズ４０、液晶パネル５１、反射鏡部６０、ハウジング２０、および主基板７３（図３参照）を備えている。

図３に示すように光源部３０は、発光ダイオード３１、副基板３３、締結孔３４、およびスクリュー３９を有している。発光ダイオード３１は、電圧の印加によって光束を放射する半導体素子であって、白色の光束をレンズ４０側に向けて放射する。副基板３３は、紙フェノール系またはガラスエポキシ系の硬質材料からなる矩形の回路基板である。副基板３３のレンズ４０側の面には、銅箔材料からなる所定の配線パターン（図示しない）が形成されるとともに、当該配線パターンと電気的に接続された発光ダイオード３１が実装されている。加えて副基板３３には、発光ダイオード３１に電圧を印加するＬＥＤ駆動回路（図示しない）が形成されている。これにより、副基板３３上のＬＥＤ駆動回路を介して発光ダイオード３１に電圧が印加される。締結孔３４は、矩形の副基板３３の対角に位置する角部に板厚方向に設けられた貫通孔である（図４参照）。スクリュー３９は、締結孔３４を貫通して、ハウジング２０に締結される。スクリュー３９の締結によって、光源部３０はハウジング２０に対して保持される。

レンズ４０は、光学用に最適化された透光性の高い樹脂材料によって形成されており、ハウジング２０に保持されている。レンズ４０は、光源部３０側となる平滑な入射面４３と、当該入射面４３と相対する側となる外側に向かって凸である出射面４２とを形成している。レンズ４０の中心には、レンズの厚さ方向に沿った光軸４０ａｘが存在している。レンズ４０に入射面４３側から入射する光束は、入射面４３および出射面４２の少なくとも何れか一方で、光軸４０ａｘ側に屈折されて、出射面４２側から出射される。

液晶パネル５１は、矩形板状の透過型の表示パネルであって、レンズ４０の出射面４２と相対する位置に、レンズ４０の光軸４０ａｘと直交する方向に配置されている。液晶パネル５１には、電圧の印加によって光の透過率が変化する複数のセグメントが予め形成されている。液晶パネル５１は、セグメントによって、出射面４２から出射された光束の通過を制御することにより表示像９９の意匠を形成している。液晶パネル５１は、ハウジング２０へ両面テープ５３によって取り付けられている。尚、液晶パネル５１は請求項に記載の「透過型表示パネル」に相当する。

図２に示すように、反射鏡部６０は、平面鏡６１、凹面鏡６６等の複数の反射鏡を組み合わせてなる。平面鏡６１は矩形板状であって、ガラス等の基材と、基材の表面に形成されたアルミニウムの蒸着面によってなる反射面６１ａとによって形成されている。平面鏡６１は、出射面４２側および凹面鏡６６側に反射面６１ａを向けて配置され、ハウジング２０に対して両面テープ６３等により所定の角度で保持されている。また、凹面鏡６６は、板厚方向に湾曲されたガラス等の基材と、当該基材の凹面側の表面に形成されたアルミニウム等の蒸着によってなる凹鏡面６６ａとによって形成されている。凹面鏡６６は、平面鏡６１によって反射された光束の進行方向にウィンドシールド９１（図１参照）に向けて配置され、ハウジング２０に対して所定の角度で保持されている。以上の平面鏡６１およびは凹面鏡６６の配置によって、液晶パネル５１を通過した光束はウィンドシールド９１（図１参照）に向けて反射される。

図３に示すように、ハウジング２０は、例えばポリプロピレン等の樹脂材料からなり、底壁部２１および側壁部２２を形成している有底容器である。ハウジング２０内には、光源部３０、レンズ４０、液晶パネル５１、および反射鏡部６０等が収容されている。ハウジング２０の底壁部２１の外面側には、底壁部２１と直交する方向に複数のボス２１ａが設けられている。また、ハウジングの側壁部２２の内側は、両面テープ６３を介して平面鏡６１および凹面鏡６６を保持しており、請求項に記載の「第三保持部」に相当する。さらに、ハウジング２０の内側面には、当該ハウジング２０内に入射する外来光の反射を抑制するための黒色の塗装が施されている。加えて図１に示すように、ハウジング２０の上面には、例えばアクリル等の透光性の樹脂材料からなる防塵カバー２７が嵌め込まれている。防塵カバー２７は、ハウジング２０内へ塵や埃等の浸入を防止するとともに、凹面鏡６６によってウィンドシールド９１側へ反射された光束を透過する。

図３に示すように、主基板７３は、紙フェノール系またはガラスエポキシ系の硬質材料からなる回路基板であって、主基板７３はハウジング２０の底壁部２１の平面形状に倣った形状に形成されている。主基板７３は、底壁部２１の外面側に設けられているボス２１ａにスクリュー７９によって複数個所で締結されることで、ハウジングに保持されている。また、主基板７３には、銅箔材料からなる所定の配線パターン（図示しない）が形成され、当該配線パターンが液晶パネル５１の液晶駆動回路（図示しない）を構成している。液晶駆動回路は、主基板７３と液晶パネル５１とを電気的に接続しているフレキシブル基板（図示しない）を介して、液晶パネル５１に設けられた各セグメントに電圧を印加する。さらに、主基板７３は、副基板３３ともフレキシブル基板によって接続されている。主基板７３を介して副基板３３に設けられているＬＥＤ駆動回路に電力が供給される。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１００を収容しているインスツルメントパネル９３は樹脂材料からなり、車両の構造部材（図示しない）に取り付けられている。ヘッドアップディスプレイ装置１００は、インスツルメントパネル９３又は車両の構造部材に取り付けられた複数のブラケット（図示しない）を介して、インスツルメントパネル９３内部に保持固定されている。また、ヘッドアップディスプレイ装置１００の上面側には、強化ガラスよりなるウィンドシールド９１が位置している。ウィンドシールド９１は、ヘッドアップディスプレイ装置１００側に凹となるよう湾曲している。ウィンドシールド９１が、表示像９９が投影される請求項に記載の「投影部材」に相当する。

以上のような構成のヘッドアップディスプレイ装置１００による表示像９９の投影について説明する。

発光ダイオード３１によって放射状に放射された光束は、レンズ４０によって光軸４０ａｘ側へ屈折される。これにより光束の大部分は、光軸４０ａｘに沿った方向へ直進し、液晶パネル５１に到達する。そして、液晶パネル５１の各セグメントを通過した光束は、平面鏡６１、凹面鏡６６、およびウィンドシールド９１によって順に反射され、視認者に到達する。ここで、液晶パネル５１から平面鏡６１までの光路距離をＤ１、平面鏡６１から凹面鏡６６までの光路距離をＤ２、凹面鏡６６からウィンドシールド９１の内側面までの光路距離をＤ４、ウィンドシールド９１から視認者までの光路距離をＤ６とする。

液晶パネル５１を通過した光束により、まず表示像９９の意匠を備えた投影像９９ａが形成される。そして、投影像９９ａは、凹面鏡６６に反射されることで、凹面鏡６６の凹鏡面６６ａとは反対側の距離Ｄ３の位置に表示される投影虚像９９ｂとなる。これは、Ｄ１とＤ２との和は凹面鏡の焦点距離よりも短くなるよう設定されているためである。尚、投影虚像９９ｂは、投影像９９ａの拡大像である。さらに、投影虚像９９ｂは、ウィンドシールド９１の内側面に向けて投影される。ヘッドアップディスプレイ装置１００側に凹となるよう湾曲しているウィンドシールド９１は、凹面鏡６６と同様の光学的作用を備えている。ウィンドシールド９１の焦点距離はＤ３とＤ４との和の距離よりも遥かに長いため、視認方向前側のＤ５の位置に表示像９９が結ばれる。表示像９９は、投影虚像９９ｂの拡大像である。視認者は、Ｄ５とＤ６との和の距離に表示像９９を視認することができる。

以上のような構成によるヘッドアップディスプレイ装置１００の表示品質を低下させる要因は、表示像９９の輝度ムラおよび表示の欠けである。表示像９９の輝度ムラは、光源部３０の発光ダイオード３１に対して、レンズ４０の光軸４０ａｘの位置がずれることに起因する。光軸４０ａｘの位置が発光ダイオード３１に対してずれると、レンズ４０の入射面４３に入射される光束が不均一となる。これにより、レンズ４０によって光軸４０ａｘ側に屈折された光束も不均一となるので、表示像９９の輝度ムラを生じるのである。また、表示像９９の表示欠けは、反射鏡部６０に対してレンズ４０の光軸４０ａｘの方向がずれることに起因する。レンズ４０により屈折させられた光束が平面鏡６１の所定の位置からずれた位置に到達することにより、反射されるべき投影像９９ａの一部が平面鏡６１の反射面６１ａから外れることとなる。これにより、視認者の視点位置によっては、ウィンドシールド９１に投影された表示像９９の一部が欠けてしまうのである。

（特徴部分）
以下、本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置１００の特徴部分について説明する。

図３又は図４に示すように、ハウジング２０は、光源部３０およびレンズ４０を保持するレンズ保持部２４を有している。尚、本実施形態では、レンズ保持部２４は、レンズ４０を保持する請求項に記載の「第二保持部」に相当するともに、光源部３０を保持する光源保持部を兼ねており、請求項に記載の「第一保持部」に相当する。

また、ハウジング２０は、レンズ４０の径方向外側を環状に囲う周壁部２３を有している。周壁部２３には、レンズ保持部２４およびリブ２５が設けられており、光源部３０、レンズ４０、および液晶パネル５１が収容されている。レンズ保持部２４は、レンズ４０の光軸４０ａｘと直交する端面２４ａと、スクリュー３９と嵌合するネジ部が形成されたスクリュー孔等によって構成されている。リブ２５は、周壁部２３の内周面から径方向内側に突出する凸部である。リブ２５のレンズ４０側の面には、液晶パネル５１が両面テープ５３によって取り付けられている。したがってリブ２５は、両面テープ５３を介して液晶パネル５１を保持しており、請求項に記載の「第四保持部」に相当する。また、リブ２５の径方向内側の開口によって、液晶パネル５１を通過した光束の透過窓２５ａが形成されている。

レンズ４０は、取付部４４および位置決めピン４６を有している。取付部４４は、レンズ４０の光軸４０ａｘと直交する平面４４ａおよび光軸４０ａｘに沿う方向に設けられている取付孔４４ｂを具備している。平面４４ａは、レンズ保持部２４の端面２４ａと当接することにより、レンズ４０の光軸４０ａｘの方向を定めている。取付孔４４ｂは、副基板３３の締結孔３４と同軸となる位置に形成されているとともに、スクリュー３９と緩嵌合するよう当該スクリュー３９の呼び径に対して大径に形成されている。位置決めピン４６は、レンズ４０の取付部４４に設けられており、当該レンズ４０から光源部３０側へ、光軸４０ａｘに沿った方向に突出している。

光源部３０は、光軸４０ａｘに沿う方向に設けられた位置決め孔３６を有している。位置決め孔３６は、副基板３３に穿設されており、発光ダイオード３１を中心とした対角位置に設けられている。位置決め孔３６は、位置決めピン４６と嵌合している。

取付部４４は、請求項に記載の「調整部」に相当する。取付部４４によって、レンズ４０を、ハウジング２０に対して、当該レンズ４０の光軸４０ａｘと直交する方向に自在に位置調整することができる。加えて、位置決めピン４６および位置決め孔３６は、請求項に記載の「位置決め機構」に相当する。位置決めピン４６が位置決め孔３６に嵌合することによって、レンズ４０を光源部３０に対して光軸４０ａｘと直交する方向に位置決めすることができる。

以上のような構成のヘッドアップディスプレイ装置１００において、レンズ４０および光源部３０のハウジング２０への取り付けについて説明する。まず、レンズ４０を周壁部２３の内部に収容し、レンズ保持部２４の端面２４ａとレンズ４０の平面４４ａとを当接させる。これにより、ハウジング２０に対するレンズ４０の光軸４０ａｘの方向が定められる。この状態でレンズ４０の入射面４３側から、光源部３０を光軸４０ａｘに沿った方向で取り付ける。これにより、レンズ４０の位置決めピン４６が光源部３０の位置決め孔３６と嵌合するので、レンズ４０は光源部３０に対して光軸４０ａｘと直交する方向に位置決めされる。ここで、スクリュー３９の外径よりも大径である取付孔４４によって、光源部３０に対するレンズ４０の光軸４０ａｘと直交する方向への位置調整は許容される。これにより、スクリュー３９は、締結孔３４とともに取付孔４４ｂを貫通し得える。加えて、取付孔４４はスクリュー３９から光軸４０ａｘと直交する方向の規制力を受けない。この状態でスクリュー３９が締結されることによって、光源部３０およびレンズ４０の一体部は、ハウジング２０に対して取付部４４が具備する平面４４ａに沿って、光軸４０ａｘと直交する方向に位置調整される。具体的には、平面４４ａが端面２４に対して光軸４０ａｘと直交する方向に滑ることによって、光軸４０ａｘの方向は維持されたまま、光軸４０ａｘの位置のみが調整される。

本実施形態では、光源部３０およびレンズ４０は、レンズ保持部２４によって同一のハウジング２０に保持されているので、レンズ４０の光軸４０ａｘに対する光源部３０の位置精度は良好である。具体的には、光軸４０ａｘ上に、副基板３３上に実装された発光ダイオード３１を配置することができる。故に、光源部３０の発光ダイオード３１から放射されて、レンズ４０によって光軸４０ａｘ側に屈折された光束は均一となるので、表示像９９の輝度ムラは抑制される。加えて、レンズ４０ならびに反射鏡部６０の平面鏡６１および凹面鏡６６は、レンズ保持部２４および側壁部２２によって同一のハウジング２０に保持されるので、反射鏡部６０に対するレンズ４０の光軸４０ａｘ方向のばらつきが抑制される。故に、レンズにより屈折させられた光束を、反射鏡部の所定の位置に到達させられる。これらによれば、反射鏡部６０を最小限の大きさで形成しても、表示像９９の表示欠けの発生は生じ難い。したがって、ヘッドアップディスプレイ装置１００の小型化が実現されるので、良好な表示像９９を維持しつつ車両への搭載性を向上し得るのである。

加えて本実施形態では、光源部３０およびレンズ４０が同一のレンズ保持部２４に保持されているので、レンズ４０の光軸４０ａｘに対する光源部３０の位置精度はさらに良好となる。これにより、光源部３０の発光ダイオード３１から放射されて、レンズ４０によって光軸４０ａｘ側に屈折された光束は均一となるので、表示像９９の輝度ムラは抑制される。加えて、光源保持部を省くことにより、ヘッドアップディスプレイ装置１００の小型化に貢献できる。したがって、良好な表示像９９を維持しつつ車両への搭載性を向上し得るのである。

また本実施形態では、レンズ４０は、取付部４４が具備する平面４４ａに沿って、光軸４０ａｘと直交する方向に位置調整され、光源部３０に対してレンズ４０の光軸４０ａｘが正確に位置するよう配置された状態でレンズ保持部２４に保持されている。故に、光源部３０の発光ダイオード３１から放射されてレンズ４０によって光軸４０ａｘ側に屈折された光束は均一となるので、光源部３０およびレンズ４０がハウジング２０に保持される構成であっても、表示像９９の輝度ムラは確実に抑制され、良好な表示品質が維持されるのである。

さらに本実施形態では、レンズ４０および光源部３０に設けられた、位置決めピン４６および位置決め孔３６からなる位置決め機構によって、レンズ４０が光源部３０に対して位置決めされる。故に、レンズ４０および光源部３０をハウジング２０によって保持する工程によって、自動的にレンズ４０の光軸４０ａｘが光源部３０の発光ダイオード３１に対して正確に位置するよう位置調整がなされる。これにより、レンズ４０の位置調整のための工程を設けることなく、表示像９９の輝度ムラを確実に抑制し得るのである。加えて、レンズ４０が、光軸４０ａｘと直交する方向に位置調整自在であることから、ハウジング２０から取付孔４４ｂにスクリュー７９を介して、光軸４０ａｘと直交する方向への規制力を受けることがない。故に、位置決め機構によって位置決めされたレンズが、光軸と直交する方向へのひずむことがないので、ひずみに起因したレンズ４０の光軸４０ａｘ方向のずれが引き起こされない。したがって、表示像９９の表示欠けを防止し、表示品質を維持することができるのである。

ヘッドアップディスプレイ装置１００のハウジング２０は、外部からの作用する応力によって変形する懸念がある。外部からの作用する応力とは、具体的には、ハウジングを介して車載される際の取り付けによる応力や、車両から伝わる振動である。本実施形態では、レンズ４０がハウジング２０に設けられたレンズ保持部２４に保持されるので、ハウジング２０の変形に伴うレンズ保持部２４のひずみに起因して、レンズ４０の光軸４０ａｘの方向が所定の方向からずれるおそれがある。そこで本実施形態では、ハウジング２０に周壁部２３を形成し、当該周壁部２３にレンズ保持部２４を設けることにより、レンズ保持部２４近傍の剛性を向上させている。レンズ４０が構成の高いレンズ保持部２４に保持されることにより、ハウジング２０に外部からの応力が作用した場合でも、レンズ４０の光軸４０ａｘ方向のずれを抑制することができる。したがって、表示像９９の表示欠けを防止し、表示品質を維持することができるのである。

さらに加えて本実施形態では、周壁部２３の光源部３０側の開口が当該光源部３０の副基板３３によって閉じられることによって、周壁部２３の剛性はさらに高められている。加えて、周壁部２３から径方向内側に突出するリブ２５によっても、周壁部２３の剛性は向上し得ている。故にレンズ４０は、さらに剛性が高められた周壁部２３に設けられたレンズ保持部２４に保持されることとなるので、ハウジング２０に外部から応力が作用した場合でも、レンズ４０の光軸４０ａｘ方向のずれは確実に抑制されるのである。加えて、液晶パネル５１およびレンズ４０を保持するリブ２５およびレンズ保持部２４は、同一の周壁部２３に保持されるので、液晶パネル５１に対するレンズ４０の光軸４０ａｘ方向のばらつきが抑制される。故に、レンズ４０により屈折させられた光束は、液晶パネル５１の所定の位置を透過することができる。これにより、液晶パネル５１の余裕代が不要となるので、最小限の大きさの透過型表示パネルを選択することができ、ヘッドアップディスプレイ装置１００の小型化に貢献し得るのである。

またさらに本実施形態では、レンズ保持部２４と側壁部２２とが同一のハウジング２０に設けられることによる、反射鏡部６０に対するレンズ４０の光軸４０ａｘのばらつき低減作用の発揮によれば、発光ダイオード３１から放出された光束を、反射鏡部６０の所定の位置に到達させられる。例えば、複数の反射鏡６１，６６を有する反射鏡部６０において、レンズ４０から遠い側に位置する凹面鏡６６は、レンズ４０の光軸４０ａｘ方向のばらつき低減作用が顕著に発揮されるので、余裕代の縮小によって大幅に小型化ができる。加えて、湾曲している凹面鏡６６は平面鏡６１に対して厚さ方向に大きく、ヘッドアップディスプレイ装置１００において大きな空間を占有する。故に、レンズ４０の光軸４０ａｘ方向のばらつき低減作用の発揮による凹面鏡６６の余裕代の削減は、ヘッドアップディスプレイ装置１００の小型化に顕著に貢献するのである。したがって、複数の反射鏡よりなる反射鏡部６０であって、凹面鏡６６を有する反射鏡部６０を備えたヘッドヘッドアップディスプレイ装置１００に本発明は特に好適なのである。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記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。

上記実施形態においては、レンズ４０を保持するレンズ保持部２４が、光源部３０を保持する光源保持部を兼ねていた。しかし、図６に示すように、ハウジング１２０が光源保持部１２６をレンズ保持部２４とは別に有していてもよい。この光源保持部１２６は、周壁部１２３に設けられている。この場合、図５に示すように、レンズ１４０は、レンズ保持部２４にスクリュー１４９によって締結されて保持されている。また図６に示すように、光源部１３０は、光源保持部１２６にスクリュー３９によって締結されて保持されている。

上記実施形態においては、液晶パネル５１は、両面テープ５３によってリブ２５の側面２５ｃに貼り付けられていた。しかし、液晶パネル５１の取り付け方法を両面テープ５３に限定するものではない。図５に示すように、液晶パネル５１の外縁部にゴムパッキン１５３を取り付けるとともに、レンズ１４０の出射面４２側に付勢部１４８を形成する。レンズ１４０をレンズ保持部２４へ取り付け、付勢部１４８でゴムパッキン１５３をリブ２５の側面２５ｃに付勢することで液晶パネル５１を保持してもよい。

上記実施形態においては、調整部がレンズ４０の取付部４４に設けられることで、当該レンズ４０が光軸４０ａｘと直交する方向に位置調整自在な構成であった。しかし、レンズ４０に調整部を設けなくても良い。又は、光源部３０に光軸４０ａｘと直交する方向への調整部を設けることにより、発光ダイオード３１が光軸４０ａｘ上に位置するよう調整される構成であってもよい。

上記実施形態においては、レンズ４０および光源部３０に位置決め機構を設け、レンズ４０および光源部３０のハウジング２０への取り付けによって、自動的に光源部３０に対するレンズ４０の位置調整がなされていた。しかし、位置決め機構を設けず、光源部３０に対するレンズ４０の光軸４０ａｘの位置調整が、作業者によって行われる構成であってもよい。

上記実施形態においては、周壁部２３はレンズ４０の径方向外側を囲う環状であったが、周壁部２３は環状でなくてもよく、また、周壁部２３を設けなくてもよい。さらには、外部からの応力を低減する他の構成、例えば、ハウジング２０の外部を覆う外殻部材を追加してもよい。

上記実施形態においては、反射鏡部６０は平面鏡６１および凹面鏡６６によって構成されていた。しかし、反射鏡部６０は、平面鏡６１又は凹面鏡６６のいずれか一方であってもよく、また複数の平面鏡６１を有していてもよい。また、平面鏡６１は両面テープ６３によってハウジング２０の側壁部２２に保持されていた。しかし、図５に示すように、ハウジング１２０に平面鏡６１の形状に沿った保持溝１２８と、保持溝１２８内の複数の突起部１２８ａとを設けてもよい。保持溝１２８と突起部１２８ａによって平面鏡６１の下端を保持し、金属クリップ１６３によって平面鏡６１の上端を保持する、請求項に記載の「第三保持部」であってもよい。

上記実施形態においては、副基板３３上に実装されている発光ダイオード３１は一つであった。しかし、図５に示すように、複数の発光ダイオード３１が副基板１３３上に実装されていてもよい。この場合、レンズ１４０の光軸４０ａｘは、複数の発光ダイオード３１の位置を頂点とした図心を通るよう位置調整される。

上記実施形態では、本発明を車両のウィンドシールド９１に虚像である表示像９９を投影するヘッドアップディスプレイ装置１００に適用した例を示したが、本発明は、各種の輸送機器に搭載され、視認者の前方に設けられた透光性の投影部材に、表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に適用することができる。

本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置を搭載した車両の構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す平面図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の特徴部分を説明するための模式図であって、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の特徴部分を説明するための模式図であって、図２のＩＶ視図である。 図３の特徴部分の別の変形例を説明するための模式図である。 図４の特徴部分の別の変形例を説明するための模式図である。

符号の説明

２０，１２０ ハウジング、２１ 底壁部、２２ 側壁部（第三保持部）、２３，１２３ 周壁部、２４ レンズ保持部（第二保持部、第一保持部）、２５ リブ（第四保持部）、２５ａ 透過窓、１２６ 光源保持部（第一保持部）、２７ 防塵カバー、１２８ 保持溝、１２８ａ 突起部、３０，１３０ 光源部、３１ 発光ダイオード、３３，１３３ 副基板、３４ 締結孔、３６ 位置決め孔（位置決め機構）、３９ スクリュー（締結部材）、４０，１４０ レンズ、４０ａｘ 光軸、４２ 出射面、４３ 入射面、４４，１４４ 取付部（調整部）、４４ａ 平面、４４ｂ 取付孔、４６ 位置決めピン（位置決め機構）、１４８ 付勢部、１４９ スクリュー、５１ 液晶パネル（透過型液晶パネル）、５３ 両面テープ、１５３ ゴムパッキン、６０ 反射鏡部、６１ 平面鏡、６１ａ 反射面、１６３ 両面テープ、１６３ 金属クリップ、６６ 凹面鏡、６６ａ 凹鏡面、７３ 主基板、７９ スクリュー、９１ ウィンドシールド（投影部材）、９３ インスツルメントパネル、９９ 表示像、９９ａ 投影像、９９ｂ 投影虚像、１００ ヘッドアップディスプレイ装置

Claims (11)

1. 投影部材に表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示像を発光させるための光束を放射する光源部と、
   前記光源部からの光束を光軸側へ屈折させるレンズと、
   前記レンズにより屈折された光束を前記投影部材に向けて反射する反射鏡部と、
   前記光源部を保持する第一保持部、前記レンズを保持する第二保持部、および前記反射鏡部を保持する第三保持部を有するハウジングと、を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記第二保持部が、前記第一保持部を兼ね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装置。
3. 前記レンズは、前記ハウジングに対して前記光軸と直交する方向に位置調整自在の調整部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記調整部は、光軸と直交する平面を具備する取付部、および前記取付部に前記光軸に沿う方向に設けられる取付孔を有し、
   前記レンズは、前記取付孔に緩嵌合する締結部材により前記第二保持部に取り付けられることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記光源部および前記レンズには、前記レンズ部を前記光源部に対して前記光軸と直交する方向に位置決めする位置決め機構が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記位置決め機構は、前記レンズに設けられ、前記レンズから前記光源部へ突出する位置決めピン、および前記光源部に設けられ、前記位置決めピンと嵌合する位置決め孔、であることを特徴とする請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記ハウジングは、前記レンズの径方向外側を環状に囲う周壁部を有し、
   前記第二保持部は、前記周壁部に設けられ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ヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記周壁部の前記光源部側の開口は、前記光源部によって閉じられることを特徴とする請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
9. 前記レンズの前記反射鏡部側には、前記光軸と直交する方向に透過型表示パネルが設けられ、
   前記ハウジングは、前記周壁部から径方向内側に突出し、前記透過型表示パネルを保持する第四保持部を有することを特徴とする請求項７又は８に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
10. 前記反射鏡部は、複数の反射鏡を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
11. 前記反射鏡部は、凹面鏡を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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