JP2014238477A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 虚像表示の視認性を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】 表示光Ｌを発する液晶表示素子２３と、表示光Ｌを反射させる凹面鏡５１と、液晶表示素子２３並びに凹面鏡５１を収納する空間部６３と凹面鏡５１で反射された表示光Ｌが通過する透光性カバー６５とを有するハウジング６０とを備え、液晶表示素子２３から凹面鏡５１へと至る表示光Ｌの光路中には、表示光Ｌを透過させるとともに透光性カバー６５を通じて空間部６３に照射する赤外線Ｔの一部を透過するホットミラー３０が配設されてなり、透光性カバー６５から出射される表示光Ｌをフロントガラス１３に投影して運転者１４に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、ホットミラー３０は、液晶表示素子２３側に位置する第１の面３１と、液晶表示素子２３側とは反対側に位置する第２の面３２とが非平行となっている。【選択図】図２

Description

本発明は、表示素子が発した表示光を車両のフロントガラス等の投影部材に投影し、観察者に対し虚像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来より、この種のヘッドアップディスプレイ装置にあっては、例えば下記特許文献１に記載のごとく、車両のフロントガラス（投影部材）に表示素子からの表示光を投射して虚像表示を行うものが知られている。

図４は、ヘッドアップディスプレイ装置の従来技術を示している。当該従来技術によるヘッドアップディスプレイ装置は、例えば車両のインストルメントパネル（以下、インパネと言う）内部に取り付けられており、表示光Ｍを発する表示素子１と、この表示素子１の背後に配置される光源２と、光源２の点灯に伴い表示素子１から発せられる表示光Ｍを反射させる平面鏡３と、平面鏡３によって反射した表示光Ｍを前記投影部材側に向けて反射させる凹面鏡（反射部材）４と、表示素子１並びに凹面鏡４を収納する空間部５ａと凹面鏡４で反射された表示光Ｍが通過する透光部５ｂとを有するハウジング５とを備え、透光部５ｂから出射される表示光Ｍを車両のフロントガラス６に投影して観察者に対し虚像表示を行うものである。

また、この場合、表示素子１から平面鏡３（凹面鏡４）へと至る表示光Ｍの光路中（つまり表示素子１と平面鏡３との間）には、表示光Ｍを透過する透光性部材（ホットミラー）７が表示素子１と非平行状態をなすように配設されてなり、この透光性部材７は、平板状に形成され、表示素子１側に位置する第１の面７ａと、この第１の面７ａと対をなすように表示素子１側とは反対側である平面鏡３側に位置する第２の面７ｂとが互いに平行状態となっているものである。

特開２００７−６５０１１号公報

上述のヘッドアップディスプレイ装置の場合、表示素子１と平面鏡３との間に配置されている透光性部材（ホットミラー）７は、透光部５ｂを通じて空間部５ａに照射する太陽光のうち赤外線（熱線）Ｓを反射する機能を有しているが、赤外線Ｓは透光性部材７にて完全に反射されずに、赤外線Ｓの一部が透光性部材７を透過してしまうことがある。

この透光性部材７を透過する赤外線Ｓの一部である迷光Ｓ１の光路の一例を図５を用いて説明する。迷光Ｓ１は、図５に示すように光路Ｘ１〜光路Ｘ６にて構成される。

光路Ｘ１は、太陽光が透光部５ｂ、透光性部材７を透過して表示素子１へと至る光路であり、光路Ｘ２は、光路Ｘ１に続く光路であり、表示素子１前面から第１の面７ａへと斜め上方に向けて反射する光路となっている。また、光路Ｘ３は、光路Ｘ１、光路Ｘ２に続く光路であり、第１の面７ａから第１の面７ａの法線方向に沿って表示素子１前面へと至る光路であり、光路Ｘ４は、光路Ｘ１〜Ｘ３に続く光路であり、表示素子１前面から透光性部材７を経て平面鏡３へと至る光路となっている。また、光路Ｘ５は、光路Ｘ１〜光路Ｘ４に続く光路であり、平面鏡３から凹面鏡４へと至る光路であり、光路Ｘ６は、光路Ｘ１〜Ｘ５に続く光路であり、凹面鏡４から透光部５ｂを経てフロントガラス６へと至る光路となっている。

従って、迷光Ｓ１は、光路Ｘ１〜光路Ｘ６を経て、フロントガラス６に映し出されることで、観察者は、本来、表示されるべき虚像表示の他に、迷光Ｓ１の発生により当該虚像表示の視認性が悪化してしまうという問題があり、更なる改良の余地が残されていた。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、虚像表示の視認性を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置の提供を目的とするものである。

本発明は、表示光を発する表示素子と、前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示素子並びに前記反射部材を収納する空間部と前記反射部材で反射された前記表示光が通過する透光部とを有するハウジングとを備え、前記表示素子から前記反射部材へと至る前記表示光の光路中には、前記表示光を透過させるとともに前記透光部を通じて前記空間部に照射する赤外線の一部を透過する透光性部材が配設されてなり、前記透光部から出射される前記表示光を投影部材に投影して観察者に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、前記透光性部材は、前記表示素子側に位置する第１の面と、前記表示素子側とは反対側に位置する第２の面とが非平行となっていることを特徴とする。

また本発明は、前記透光性部材は、前記表示素子と非平行となるように配設されていることを特徴とする。

また本発明は、前記透光性部材は、楔形状にて形成されたホットミラーであることを特徴とする。

本発明によれば、初期の目的を達成でき、虚像表示の視認性を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。

本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の概略図。 同実施形態による表示装置の断面図。 同実施形態による赤外線の入射光路を示す図。 従来技術によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図。 従来技術による赤外線の入射光路を示す図。

以下、図１から図３に基づいて、本発明を車両用のヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置は、図１に示すように車両１０のインパネ１１に配設された表示ユニットである表示装置１２が投射する表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス１３で車両１０の運転者（観察者）１４の方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行うものである。換言すれば、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示装置１２の後述する液晶表示器から発せられる表示光Ｌをフロントガラス１３（前記投影部材）に照射（投射）し、この照射によって得られた表示像（虚像）Ｖを運転者１４に視認させるものである。これにより運転者１４は、虚像Ｖを風景と重畳させて観察することができる。

表示装置１２は、図２に示すように液晶表示器２０と、ホットミラー（透光性部材）３０と、第１反射器４０と、第２反射器５０と、ハウジング６０とから主に構成されている。

液晶表示器２０は、配線基板２１に実装された発光ダイオードからなる光源２２と、この光源２２からの照明光を透過して表示光Ｌを発するように光源２２の前方側（真上）に位置するＴＦＴ型の液晶表示素子（表示素子）２３と、配線基板２１と光源２２と液晶表示素子２３とを収納する合成樹脂からなるケース体（図示せず）とから主に構成される。このことは、液晶表示素子２３の背後（直下）に光源２２が配設され、液晶表示素子２３は、光源２２から発せられる光により、所定情報（後述する表示すべき情報）を表示することを意味している。

なお、前記ケース体には、液晶表示素子２３の表示領域（図示せず）を臨ませるための窓部が形成されている。そして、液晶表示素子２３から発せられる表示光Ｌは、前記窓部を通過してホットミラー３０側に導かれる構成となっている。

このように構成された液晶表示器２０は、表示光Ｌの出射側の面がホットミラー３０に対向するようにしてハウジング５０内に設けられ、表示光Ｌの光軸がホットミラー３０に交わるような位置や向きにて固定保持される。

また液晶表示素子２３は、図示しない素子駆動回路によって表示すべき情報（例えば車速）を、数値等で発光表示する。なお、前記表示すべき情報は、車速に限らず、エンジン回転数等のあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。

ホットミラー３０は、略楔形状にて形成され、液晶表示素子２３から第１反射器４０に備えられる後述するコールドミラー（液晶表示素子２３から第２反射器５０に備えられる後述する凹面鏡）へと至る光路中に配設されている。

この場合、ホットミラー３０は、液晶表示素子２３と非平行状態をなすように適宜固定手段を用いてハウジング６０の内部に固定（配設）され、液晶表示素子２３が発する可視光線からなる表示光Ｌを効率よく第１反射器４０側へと透過させるとともに、ハウジング６０に設けられる後述する透光性カバーを通じてハウジング６０内部に照射する太陽光のうち赤外線（熱線）Ｔを反射する機能（特性）を有している。

また、ホットミラー３０は、液晶表示器２０側に位置する第１の面３１と、液晶表示器２０側とは反対側となる第１反射器４０側に位置する第２の面３２とが平行ではなく、非平行となっており、この場合、液晶表示素子２３から遠ざかるに従って、徐々に（次第に）肉薄となるような楔形状となっている。

なお、ここでの詳細図示は省略するが、ホットミラー３０は、楔形状のアクリル樹脂からなる光透過性のガラス基板と、前記ガラス基板の表面（つまり図２中、第１反射器４０を向かい合う面）に設けられる多層の干渉膜からなる反射層とを有する光学素子である。

また、本実施形態の場合、液晶表示素子２３とホットミラー３０とが非平行状態をなすようにホットミラー３０がハウジング６０内にて傾斜配置されているとともに液晶表示素子２３が図２中、仮想水平線Ｃと平行となるように配置されているが、例えばホットミラー３０と液晶表示素子２３とが非平行状態をなすようにホットミラー３０と液晶表示素子２３との双方をハウジング６０内に傾斜配置するような構成としてもよい。

第１反射器４０は、ホットミラー３０の上方（真上）に位置してなる平面鏡としてのコールドミラー４１と、このコールドミラー４１を所定の取付手段を用いて取付固定するための取付部材４２とを有している。

コールドミラー４１は、略矩形状のガラス基板４１ａと、このガラス基板４１ａの片面（第２反射器５０の後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された第１の反射層４１ｂとからなり、かかる第１の反射層４１ｂは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。

またコールドミラー４１は、液晶表示器２０（液晶表示素子２３）から発せられ、ホットミラー３０を透過してなる表示光Ｌを、第２反射器５０（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて配設される。取付部材４２は、例えば黒色の合成樹脂材料からなり、ハウジング６０に固定されてなる。

第２反射器５０は、コールドミラー４１（つまり液晶表示素子２３）からの表示光Ｌを反射させる凹面鏡（反射部材）５１と、この凹面鏡５１を保持するミラーホルダ５２とを備えてなる。

凹面鏡５１は、凹面を有するポリカーボネートからなる樹脂基板に第２の反射層５１ａを蒸着形成してなるものである。かかる凹面鏡５１は、その第２の反射層５１ａがコールドミラー４１並びに前記透光性カバーに対向し、前記透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて配設される。

また凹面鏡５１は、コールドミラー４１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両１０のフロントガラス１３）側へ反射（投射）させるものである。このことは、凹面鏡５１が、コールドミラー４１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてフロントガラス１３に投射することを意味している。なお、凹面鏡５１は、ミラーホルダ５２に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダ５２は、合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなるものであり、ハウジング６０に固定されている。

ハウジング６０は、例えば黒色の合成樹脂材料にて形成されてなり、ともに断面略凹部形状からなる上側ケース体６１と下側ケース体６２とを備え、上側ケース体６１と下側ケース体６２とで形成される内部空間である空間部６３において、液晶表示器２０（液晶表示素子２３）やホットミラー３０、第１反射器４０、第２反射器５０（凹面鏡５１）等を収納している。

上側ケース体６１には、凹面鏡５１の配設位置の上部（車両１０のフロントガラス１３側）が開口する開口窓部６４が形成されており、凹面鏡５１によって反射された表示光Ｌは、開口窓部６４を通過することになる。

またハウジング６０には、透光部である透光性カバー６５が開口窓部６４を塞ぐように配設されてなる。かかる透光性カバー６５は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、凹面鏡５１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。そして、コールドミラー４１並びに凹面鏡５１によって反射されるとともに透光性カバー６５から出射される表示光Ｌは、フロントガラス１３に投影され、これにより運転者１４に対し虚像Ｖの表示が行われることになる。

以上の各部により、表示装置１２が構成されている。次に、赤外線Ｔが透光性カバー６５を通じてホットミラー３０に照射された際の赤外線Ｔの光路を図３を用いて説明する。ホットミラー３０は、上述のように透光性カバー６５を通じて空間部６３に照射する赤外線Ｔの大部分を第２の面３２にて反射する機能を有しているが、赤外線Ｔはホットミラー３０（第２の面３２）にて完全に反射されずに、透光性カバー６５を通じて空間部６３に照射する赤外線Ｔの一部がホットミラー３０を透過してしまうことがある。

このホットミラー３０を透過する赤外線Ｔの一部は、図３で示すような光路を経て凹面鏡５１側へと導かれる。この凹面鏡５１側へと導かれる赤外線Ｔの一部の光路は、光路Ｙ１〜光路Ｙ５にて構成される。

光路Ｙ１は、太陽光が透光性カバー６５、ホットミラー３０を透過して液晶表示素子２３へと至る光路であり、光路Ｙ２は、光路Ｙ１に続く光路であり、液晶表示素子２３前面から第１の面３１へと斜め上方に向けて反射する光路となっている。また、光路Ｙ３は、光路Ｙ１、光路Ｙ２に続く光路であり、第１の面３１から第１の面３１の法線方向に沿って液晶表示素子２３前面へと至る光路であり、光路Ｙ４は、光路Ｙ１〜Ｙ３に続く光路であり、液晶表示素子２３前面からホットミラー３０を経てコールドミラー４１へと至る光路となっている。

また、光路Ｙ５は、光路Ｙ１〜光路Ｙ４に続く光路であり、コールドミラー４１から凹面鏡５１へと至る光路となっているが、この凹面鏡５１側へと向かう光路Ｙ５は、凹面鏡５１に到達せずに、図４中、凹面鏡５１の上方を通り抜けるようになっている。

これは、本実施形態の場合、ホットミラー３０が液晶表示素子２３から離れるに従って肉薄となる楔形状に形成され、液晶表示素子２３側となる第１の面３１がフラットな面ではなく傾斜面となっている（つまりホットミラー３０は、液晶表示素子２３に位置する第１の面３１と、液晶表示素子側３１とは反対側に位置する第２の面３２とが非平行となっている）ことに起因して、上述の光路Ｙ３は、その到達点Ｐ１が従来の場合（つまり光路Ｘ３）よりも左側（つまり凹面鏡５１側）にずれて、その結果、光路Ｙ３に続く光路Ｙ４は、その到達点Ｐ２が従来の場合（つまり光路Ｘ４）よりも上側（つまりフロントガラス１３側）にずれることによるものである。そして、光路Ｙ４に続く光路Ｙ５は、従来の場合（つまり光路Ｘ５）よりも上側（つまり透光性カバー６５側）にずれた光路となるので、凹面鏡５１に到達せずに（当たらずに）凹面鏡５１の上方を通り抜ける。

従って、ホットミラー３０を透過する赤外線Ｔの一部は、凹面鏡５１に当たらずに凹面鏡５１の上方を通り抜けるので、フロントガラス１３に映し出されない構成となり、結果的に、運転者１４は、本来、表示されるべき虚像Ｖの表示のみを視認することができので、虚像表示の視認性を向上させることが可能となる。

なお、赤外線Ｔの一部が、凹面鏡５１の上端側に到達し、この凹面鏡５１の上端側に到達した赤外線Ｔの一部が透光性カバー６５を通じてフロントガラス１３に出射赤外光として出射された場合であっても、この出射赤外光の光路は、従来の迷光Ｓ１の光路からずれた光路となっているので、上述のように赤外線Ｔの一部が凹面鏡５１に当たらずに凹面鏡５１の上方を通り抜けた場合と同様に、虚像表示の視認性が悪化する虞はない。

以上のように本実施形態では、表示光Ｌを発する液晶表示素子２３と、表示光Ｌを反射させる凹面鏡５１と、液晶表示素子２３並びに凹面鏡５１を収納する空間部６３と凹面鏡５１で反射された表示光Ｌが通過する透光性カバー６５とを有するハウジング６０とを備え、液晶表示素子２３から凹面鏡５１へと至る表示光Ｌの光路中には、表示光Ｌを透過させるとともに透光性カバー６５を通じて空間部６３に照射する赤外線Ｔの一部を透過するホットミラー３０が配設されてなり、透光性カバー６５から出射される表示光Ｌをフロントガラス１３に投影して運転者１４に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、ホットミラー３０は、液晶表示素子２３側に位置する第１の面３１と、液晶表示素子２３側とは反対側に位置する第２の面３２とが非平行となっているものである。また、ホットミラー３０は、楔形状に形成され、液晶表示素子２３と非平行となるように配設されているものである。

従って、ホットミラー３０を透過する赤外線Ｔの一部は、凹面鏡５１に当たらずに凹面鏡５１の上方を通り抜けるので、フロントガラス１３に映し出されない構成となり、結果的に、運転者１４は、本来、表示されるべき虚像Ｖの表示のみを視認することができので、虚像表示の視認性を向上させることが可能となる。

また本実施形態では、液晶表示素子２３からコールドミラー４１へと至る表示光Ｌの光路中に、仮想水平線Ｃに対して傾くように楔形状のホットミラー３０が傾斜配置されている構成であったが、例えば液晶表示素子２３からコールドミラー４１へと至る表示光Ｌの光路中に配置される光学素子として、ホットミラー３０に代えて位相差板を適用してもよい。なお、位相差板を適用する場合、位相差板と液晶表示素子２３との位置関係は、平行であっても非平行であってもよい。

なお本実施形態では、液晶表示素子２３から発せられる表示光Ｌが、フロントガラス１３に投射される例について説明したが、例えばフロントガラス１３に表示光Ｌを良好に運転者１４方向に反射させるコンバイナフィルムを設けてもよいし、あるいはフロントガラス１３とは別の専用の反射体に表示光Ｌを投射する構成としてもよい。

１２ 表示装置
１３ フロントガラス（投影部材）
１４ 運転者（観察者）
２３ 液晶表示素子（表示素子）
３０ ホットミラー（透光性部材）
３１ 第１の面
３２ 第２の面
４０ 第１反射器
４１ コールドミラー
５０ 第２反射器
５１ 凹面鏡（反射部材）
６０ ハウジング
６３ 空間部
６５ 透光性カバー（透光部）
Ｃ 仮想水平線
Ｌ 表示光
Ｔ 赤外線
Ｖ 虚像
Ｙ１〜Ｙ５ 光路

Claims (3)

1. 表示光を発する表示素子と、前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示素子並びに前記反射部材を収納する空間部と前記反射部材で反射された前記表示光が通過する透光部とを有するハウジングとを備え、
   前記表示素子から前記反射部材へと至る前記表示光の光路中には、前記表示光を透過させるとともに前記透光部を通じて前記空間部に照射する赤外線の一部を透過する透光性部材が配設されてなり、
   前記透光部から出射される前記表示光を投影部材に投影して観察者に対し表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記透光性部材は、前記表示素子側に位置する第１の面と、前記表示素子側とは反対側に位置する第２の面とが非平行となっていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記透光性部材は、前記表示素子と非平行となるように配設されてい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. 前記透光性部材は、楔形状にて形成されたホットミラーであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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