JP2016057589A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人の手、ゴミあるいは外光の侵入を抑制す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】ＨＵＤ装置１は、表示画像を表す表示光Ｌ１を出射する表示部２０を備え、表示光Ｌ１をコンバイナ５０に入射させて視認者２に前記表示画像を視認させる。ＨＵＤ装置１は、表示部２０からの表示光Ｌ１をコンバイナ５０に向けて反射する反射部４０と、前記表示部と前記反射部とを収納し、前記反射部からの表示光Ｌ１を外部に出射する開口部１１０を有するケース体１０と、を備え、表示光Ｌ１うち少なくとも一部は、反射部４０からコンバイナ５０までの間で互いに交差する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display；ＨＵＤ）装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。このＨＵＤ装置は、表示器と、反射鏡と、コンバイナと、を備え、表示器の表示画像を表す光（表示光）を反射鏡によりコンバイナに向け反射させ、コンバイナにより前記表示画像を虚像としてユーザに視認させるものである。このようなＨＵＤ装置は、例えば、車両のダッシュボード上に設けられており、主に運転者であるユーザに、前方風景に重ねるようにして車速、走行距離等の表示情報を視認させることができるように構成されている。

特開２００１−２８２１３２号公報

特許文献１に係るＨＵＤ装置では、表示器からの表示光は広がりながらコンバイナに入射するため、表示光の光路断面積は表示器からコンバイナに至るまでに徐々に大きくなる。そのため、表示光を外部に出射するべく、各部を収納するケース体に開口部を大きく設ける必要があり、何ら対策を施さないと誤って利用者等の人の手が開口部からケース体内に入って反射鏡が汚れる、ゴミや外光がケース体内に侵入して視認性を低下させるなどの問題が生じる。これに対し、開口部に透明なカバーを設ける、反射光に防汚コートを施すなどの対策が考えられるが、いずれも製造コストを増加させる原因となる。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、人の手、ゴミあるいは外光の侵入を抑制す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ことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、表示画像を表す表示光を出射する表示部を備え、前記表示光をコンバイナに入射させて視認者に前記表示画像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示部からの前記表示光を前記コンバイナに向けて反射する反射部を備え、
前記表示光のうち少なくとも一部は、前記反射部から前記コンバイナまでの間で互いに交差することを特徴とする。

本発明によれば、人の手、ゴミあるいは外光の侵入を抑制することが可能となる。

本発明の実施形態に係るＨＵＤ装置の概略断面図である。 本発明の変形例に係るＨＵＤ装置の概略断面図である。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置１を、図面を参照して説明する。

ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、ケース体１０と、表示部２０と、回路基板３０と、反射部４０と、コンバイナ（被投影部材）５０と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）６０と、取付部材７０と、を備える。
ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボード上（例えば、インストルメントパネル上方）に取り付けられる据え置き型のＨＵＤ装置として構成されている。以下の説明では、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像を視認する視認者２から見て、上方向を「上」、下方向を「下」、前方向を「前」、後ろ方向を「後」、右方向を「右」、左方向を「左」として（図１の両端矢印参照）、適宜、ＨＵＤ装置１を構成する各部を説明する。

ケース体１０は、上ケース１１と、下ケース１２と、中ケース１３と、を備える。上ケース１１には開口部１１０が形成されており、この上ケース１１と下ケース１２とが連結することで上側開口の箱のような形状となる。この箱形状の内部に、表示部２０、回路基板３０、反射部４０及び中ケース１３が収納される。

上ケース１１は、コンバイナ５０が取り付けられる部分である平坦状の被取付部１１１を有する。被取付部１１１は、上ケース１１の前側端部（図１中右端部）に位置しており、例えばネジや接着剤等でコンバイナ５０が取り付けられる。コンバイナ５０が被取付部１１１に取り付けられると、コンバイナ５０は、上ケース１１から上方に延出するような格好となる。また、被取付部１１１には、コンバイナ５０の後述するレンズ部５２を含む下端部を挿通させるスリット部１１２が形成されている。

下ケース１２には、中ケース１３が載置される。下ケース１２には、反射部４０の下端部に対応した形状の凹部１２１が形成されている。この凹部１２１と中ケース１３の一部（後側の内側面）とによって反射部４０は保持される（例えば、反射部４０は、その一端が凹部１２１に差し込まれ、且つ、後側の面が中ケース１３に粘着テープ等で固定されることで、保持されている）。また、下ケース１２の下側の面には、取付部材７０の後述する連結部材７２に対応する突出部１２２が形成されている。

中ケース１３は、略筒状の部材であり、その外側面の一部（図１中右側）に表示部２０が配設されている。中ケース１３には、表示部２０の表示面を露出させる穴である出射口１３０が形成されている。なお、中ケース１３に出射口１３０を覆う透明な窓部材を設けてもよい。

表示部２０は、車速、走行距離等の表示情報を報知するための表示画像を表す表示光Ｌ１を出射するものであり、例えば、透過型液晶表示パネル２１からなる。表示部２０は、表示画像を描画した表示領域でバックライト用光源であるＬＥＤ６０からの照明光Ｌを透過して表示画像を表す表示光Ｌ１を出射する。

回路基板３０は、ガラス繊維を含む樹脂等からなる板状の基材に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部とを含むマイコン、グラフィックディスプレイコントローラー（ＧＤＣ）等から構成される制御部（図示せず）を実装したプリント回路板である。回路基板３０は、例えば、下ケース１２に図示しない取付部材により固定されており、表示部２０よりも前側であって上ケース１１と下ケース１２の間に位置する。回路基板３０と表示部２０とは、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）３を介して導通接続されている。ＦＰＣ３の一端部はコネクタＣを介して回路基板３０と接続されている。前記制御部は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の外部装置（図示せず）から通信ラインにより伝送される車速やエンジン回転数等の車両の状態情報を取得し、これに応じて表示部２０を駆動する（つまり、表示部２０に所定の表示画像を表示させる）。また、回路基板３０は、図示しないＦＰＣを介してＬＥＤ６０が実装される実装基板６１に導通接続されている。前記制御部は、ＬＥＤ６０のオン、オフを制御する。

反射部４０は、表示部２０の表示側、即ち表示光Ｌ１の出射側に位置し、到達した表示光Ｌ１をコンバイナ５０に向けて反射させる。反射部４０は、例えば、アルミ蒸着された樹脂成形品からなり、表示部２０からの表示光Ｌ１を効率良くコンバイナ５０に反射させる曲面として構成された反射面を有する凹面鏡からなる。また、反射部４０は、前述のように凹部１２１と中ケース１３の一部とによって保持されることで、その反射面が表示部２０の表示面と略対向するように配置されている。表示部２０が出射した表示光Ｌ１は、出射口１３０を通過して反射部４０に到達する。そして、反射部４０で反射した表示光Ｌ１は、上ケース１１の開口部１１０を通過してコンバイナ５０に向かう。このとき、ＨＵＤ装置１は、反射部４０で反射した表示光Ｌ１の少なくとも一部が、反射部４０からコンバイナ５０までの間（望ましくは開口部１１０の近傍）で互いに交差するように、光学設計される。具体的には、本実施形態においては、反射部４０で反射した表示光Ｌ１のうち表示画像の上下方向の異なる領域を表す複数の光が、開口部１１０の近傍で互いに交差するように、反射部４０の曲面形状や角度、及び反射部４０と表示部２０との位置関係が設定されている。なお、表示光Ｌ１の一部は、その全てが１点で交差するものではなく、所定の範囲内で交差する。

コンバイナ５０は、曲面を有する板状の部材であり、例えば主面（反射部４０の反射面と略対向する面）に半透過反射層が成膜された透明な樹脂成型品からなるハーフミラーにより構成される。コンバイナ５０は、その一端側（下側の端側）からコンバイナ５０の主面（反射部４０の反射面と略対向する面）の面内方向以外の方向に突出する突出部５１を有する。

本実施形態に係る突出部５１は、図１に示すように、コンバイナ５０の主面のほぼ面外方向に突出しており、具体的には、視認者２の前方（コンバイナ５０に対して視認者２と反対側）に向かって突出している。突出部５１は、例えば２つあり、突出部５１が上ケース１１の被取付部１１１にネジや接着剤等で固定されることで、コンバイナ５０は被取付部１１１に取り付けられる。つまり、突出部５１が、その突出する方向（つまり前方）と直交する方向から（上側から）、上ケース１１の被取付部１１１に取り付けられることで、コンバイナ５０は被取付部１１１に取り付けられている。

以上のように取り付けられ、上ケース１１に固定されたコンバイナ５０は、その凹面５０ａが反射部４０の反射面と略対向するようになる。コンバイナ５０は、図１に示すように、入射する表示光Ｌ１の光路を変更する（コンバイナ５０としてハーフミラーを用いる場合は反射により表示光Ｌ１の光路を変更する）。コンバイナ５０の凹面５０ａは、表示光Ｌ１を集光する機能を有し、光を単純反射させる場合よりも、虚像Ｖを前遠方（例えば、コンバイナ５０より約１ｍ前方）に形成することのできる曲面として構成されている。コンバイナ５０は、その所定の前方位置に表示画像の虚像Ｖを形成するとともに、前方からの光を透過する。これにより、ＨＵＤ装置１は、虚像Ｖと前方に実際に存在する外景等の双方を重ねて、視認者２に視認させることができる。

また、コンバイナ５０は、その下端側に表示部２０とＬＥＤ６０との間に位置し、ＬＥＤ６０から発せられる照明光Ｌを入射し、内部に導かれた照明光Ｌを屈折して後側の表示部２０に向けて出射するレンズ部５２が成型等の手段によって一体的に形成されている。レンズ部５２は、入射角度の異なる照明光Ｌを平行光化して効率よく表示部２０に向けて出射するべく凸レンズ状に形成されている。また、例えばレンズ部５２は、その表面にシボ加工を施して、照明光Ｌを拡散させる拡散部材の役割を兼ねてもよい。

ＬＥＤ６０は、回路基板３０に対して略垂直に配置される実装基板６１の後側面に実装されるものであり、表示部２０のバックライト光源として設けられるものである。ＬＥＤ６０は、コンバイナ５０のレンズ部５２に向けて任意の発光色の照明光Ｌを出射する。ＬＥＤ６０から発せられた照明光Ｌは、レンズ部５２を介して表示部２０に導かれ、表示画像を表す表示光Ｌ１となって表示部２０から出射される。実装基板６１は、所定の回路パターンがプリントされたプリント回路基板であり、回路基板３０と導通接続される。

取付部材７０は、ＨＵＤ装置１を車両のダッシュボード上に取り付けるものであり、台座７１と、連結部材７２と、固定部材７３と、を備える。

台座７１は、例えば金属板から形成されており、略矩形の平板に２つの差込リブ７１１が立設されて形成されている（図１では１つの差込リブ７１１が図示されている）。２つの差込リブ７１１のそれぞれには、後述するピンボルト４が挿通されるボルト孔（図示せず）が形成されている。台座７１は、両面テープなどのシート状の接着部材（図示せず）を介して車両のダッシュボードと接合し、ＨＵＤ装置１をダッシュボード上に配置する。

連結部材７２は、例えば硬質合成樹脂から形成され、略矩形の平板部７２１と、平板部７２１の前側（図１中右側）の端部に連続して形成され、内部にピンボルト４とこのピンボルト４と螺合されるナット（図示せず）とを収容する空間が形成されたスリーブ部７２２と、から形成されている。平板部７２１には、平面中央のやや後側寄りに下ケース１２の突出部１２２に対応して孔部（図示せず）が形成されており、この孔部に突出部１２２が嵌入されることで、連結部材７２が下ケース１２の下面に突出部１２２を中心として左右方向に回転可能に取り付けられる。また、スリーブ部７２２には、台座７１に設けられた差込リブ７１１を挿入する差込スリット（図示せず）が形成されている。差込リブ７１１を前記差込スリットに挿入した後、ピンボルト４をスリーブ部７２２に挿入して前記ナットと螺合することによって、連結部材７２がピンボルト４を中心として上下方向に回転移動可能に台座７１に取り付けられる。

固定部材７３は、例えば硬質合成樹脂から形成され、略円板状であり、下ケース１２の突出部１２２及び連結部材７２の平板部７２１の下側に配設され、突出部１２２及び平板部７２１を下方から支持する。固定部材７３は、例えば図示しないネジによって突出部１２２及び連結部材７２を支持した状態で固定されている。固定部材７３は、突出部１２２及び連結部材７２を支持することによって連結部材７２が配置位置から外れることを防止する。

以上の構成からなるＨＵＤ装置１は、第１の観点において、表示画像を表す表示光Ｌ１を出射する表示部２０を備え、表示光Ｌ１をコンバイナ５０に入射させて視認者２に前記表示画像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、表示部２０からの表示光Ｌ１をコンバイナ５０に向けて反射する反射部４０を備え、表示光Ｌ１うち少なくとも一部は、反射部４０からコンバイナ５０までの間で互いに交差する。
これによれば、反射部４０からコンバイナ５０までの表示光Ｌ１の一部は交差範囲まで徐々に狭まり、交差範囲からコンバイナ５０に向かって徐々に広がるため、従来よりも表示光Ｌ１の光路断面積を小さくし、ケース体１０の開口部１１０を小さくすることができる。開口部１１０を小さくすることで、視認者２等の人の手、ゴミあるいは外光の侵入が抑制でき、また、透明カバーや防汚コートが不要であるため製造コストを抑制することができる。

また、表示部２０と反射部４０とを収納し、反射部４０からの表示光Ｌ１を外部に出射する開口部１１０を有するケース体１０を備え、表示光Ｌ１のうち少なくとも一部は、開口部１１０の近傍で互いに交差する。
これによれば、表示光Ｌ１の光路断面積は開口部１１０付近で最も小さくなるため、開口部１１０を小さくする効果が大きい。

さらに、ＨＵＤ装置１は、第２の観点において、表示画像を表す表示光Ｌ１を出射する表示部２０を備え、表示光Ｌ１をコンバイナ５０に入射させて視認者２に前記表示画像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、表示部２０に向けて照明光Ｌを出射するＬＥＤ６０と、コンバイナ５０に一体的に形成されＬＥＤ６０と表示部２０との間に位置し、ＬＥＤ６０からの照明光Ｌを透過して表示部２０に向けて出射するレンズ部５２と、を備えてなる。
これによれば、レンズ部５２をコンバイナ５０に一体的に形成することによって、部品点数を削減して製造コストを抑制することができる。また、ケース体１０におけるレンズの固定部が不要となるため、ＨＵＤ装置１を小型化することができる。

次に、変形例に係るＨＵＤ装置１０１について、図２を用いて説明する。なお、前述の実施形態と同一あるは相当個所には同一符号を付してその詳細は省略する。

変形例に係るＨＵＤ装置１０１は、図２に示すように、コンバイナ５０のレンズ部５２の形状を適宜設計することによって、レンズ部５２がＬＥＤ６０からの照明光Ｌの一部を表示部２０以外の方向に向けて出射可能とする。具体的には、例えばレンズ部５２の出射面を自由曲面とし、照明光Ｌを平行光化して表示部２０に向けて出射する第１の領域と照明光Ｌの一部を表示部２０以外の方向（表示部２０よりも下側）に向けて出射する第２の領域とを設ける。さらに、ＨＵＤ装置１０１は、ケース体１０の下ケース１２の前後方向の略中央に開口部１１３（他の開口部）を設け、レンズ部５２によって表示部２０以外の方向に向けて出射された照明光Ｌの一部を開口部１１３からコンバイナ５０とは異なる外部部材としてダッシュボードＤに向けて出射する。
ＬＥＤ６０からの照明光Ｌの一部（図２中の最も下側に向けられる光）は、レンズ部５２から開口部１１３に向けて出射され、さらに開口部１１３からダッシュボードＤに向けて外部に出射されてダッシュボードＤに照射される。そして、照明光Ｌの一部はダッシュボードＤで反射された後、視認者２に視認される。したがって、ダッシュボードＤの照明光Ｌの一部が照射された個所が照明される格好となる。これによって、外部部材であるダッシュボードＤを利用して、照明光Ｌの一部によって、装飾性を高める、あるいは表示画像とは別の情報（例えば警告情報）を視認者２に提供することができる。例えば、ダッシュボードＤは、装飾として常時照明される他、警告情報の報知として照明されてもよい。

なお、本発明は上記実施形態及び図面によって限定されるものではない。上記実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。本実施形態のＨＵＤ装置１、１０１は、表示光Ｌ１を専用のコンバイナ５０に入射させるものであったが、第１の観点に係る発明においては、表示光Ｌ１を被投影部材としてウィンドシールドに入射させるＨＵＤ装置に本発明を適用してもよい。また、ＨＵＤ装置１、１０１は、表示光Ｌ１のうち上下方向の光が、反射部４０とコンバイナ５０との間で互いに交差するものであったが、表示光Ｌ１のうち左右方向の光があるいは上下左右方向の光が、反射部４０とコンバイナ５０との間で互いに交差するものであってもよい。

以上の説明では、ＨＵＤ装置１、１０１を設置する乗り物の一例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置１、１０１を船舶、航空機等のその他の乗り物の運転席付近に設置することもできる。さらには、乗り物の運転席付近に設置するものに限らず、室内に設置する卓上インテリア等に適用することも可能である。

また、以上では、ＨＵＤ装置１、１０１を据え置き型のものとして説明したが、ＨＵＤ装置１、１０１は、例えば、車両のダッシュボードと一体的に構成されるものであってもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に好適である。

１、１０１ ＨＵＤ装置
２ 視認者
１０ ケース体
１１ 上ケース
１１０ 開口部
１２ 下ケース
１３ 中ケース
２０ 表示部
３０ 回路基板
４０ 反射部
５０ コンバイナ
５２ レンズ部
６０ ＬＥＤ（光源）
７０ 取付部材

Claims (2)

1. 表示画像を表す表示光を出射する表示部を備え、前記表示光を被投影部材に入射させて視認者に前記表示画像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示部からの前記表示光を前記被投影部材に向けて反射する反射部を備え、
   前記表示光のうち少なくとも一部は、前記反射部から前記被投影部材までの間で互いに交差することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示部と前記反射部とを収納し、前記反射部からの前記表示光を外部に出射する開口部を有するケース体を備え、
   前記表示光のうち少なくとも一部は、前記開口部の近傍で互いに交差す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。
   

Images