JP2017026951A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の寸法誤差等によりずれた焦点の調整が可能なヘッドアップディスプレイ装置の提供をすること。【解決手段】画像を投射するための投射器（３１）と、この投射器（３１）から出射された光を反射させる反射鏡（６０）とこの反射鏡（６０）によって反射された光が透過するスクリーン（４１）と、を有するヘッドアップディスプレイ装置（１０）において、反射鏡（６０）は、投射器（３１）からスクリーン（４１）までの光路長さを調節可能な光路長さ調節機構（６５）上に設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、改良されたヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両等のフロントガラスに各種情報を表示し、表示された情報を周囲の背景と共に視認可能とするいわゆるヘッドアップディスプレイ装置がある。例えば、ヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置では、第１画像を表示する第１スクリーンと、第２画像を表示する第２スクリーンと、光を透過させると共に光を反射させるハーフミラーとを有する。ハーフミラーは、第１画像を透過させると共に、第２画像を反射させる。第１画像と第２画像とは、重ね合わされた状態でフロントガラスに投影される。乗員は、フロントガラスの前方において虚像として表示された画像を視認できる。

ここで、第１，第２スクリーン上に表示される画像は、例えば、投射器によって投射される。この場合、スクリーンが配置される位置で画像を結像させる必要がある。即ち、投射器から出射された画像の焦点をスクリーンの位置に合わせる必要がある。しかし、実際に製造される部品の寸法や部品が取り付けられる位置には僅かなばらつきが生じる。結果、所定の公差範囲内で製造された部品を用いて組み立てられた場合であっても、スクリーンにおいて僅かに焦点がずれる虞がある。

特開２００３−２３７４１２号公報

本発明は、部品の寸法誤差等によりずれた焦点の調整が可能なヘッドアップディスプレイ装置の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、画像を出射するための投射器と、この投射器から出射された光を反射させる反射鏡とこの反射鏡によって反射された光が透過するスクリーンと、を有するヘッドアップディスプレイ装置において、
前記反射鏡は、前記投射器から前記スクリーンまでの光路長さを調節可能な光路長さ調節機構上に設けられ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が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記反射鏡の表面は曲面であり、
前記光路長さ調節機構は、前記反射鏡に入射する光の光軸に沿って前記反射鏡を移動させる。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記投射器は、１つ設けられ、
前記反射鏡は、少なくとも２つ設けられ、
前記投射器から出射された光は、それぞれの前記反射鏡によって前記スクリーンに向かって反射される。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記投射器は、焦点位置を調節可能な焦点調節機構を備えると共に、１つ設けられ、
前記反射鏡の他に、光路長さを調節不能であって、前記投射器から出射された光のうち、前記反射鏡によって反射される光以外の光を反射する固定反射鏡が１つ設けられている。

請求項１に係る発明では、投射器から出射された光を反射させる反射鏡は、投射器からスクリーンまでの光路長さを調節可能な光路長さ調節機構上に設けられている。即ち、反射鏡の位置は、光路調節機構により修正することができる。

そのため、投射器、反射鏡及びスクリーンが配置された後に、反射鏡の位置を修正することにより、投射器からスクリーンまでの光路長さを調節できる。結果、部品の寸法や部品の取付位置のばらつきにより、実際の光路長さが設計上の光路長さと異なる場合においても、反射鏡の位置を修正することにより、スクリーンにおいて焦点を合わせることができる。

請求項２に係る発明では、反射鏡の表面は曲面であり、光路長さ調節機構は、反射鏡に入射する光の光軸に沿って反射鏡を移動させる。即ち、この反射鏡は、反射鏡に入射する光の光軸と平行に移動可能である。そのため、移動の前後において、反射鏡に入射する光の入射角は同じである。

仮に、光軸と平行以外の方向に反射鏡を移動した場合、移動の前後において、光の入射角は変わってしまう。光の反射角も変わることにより、反射光の向きが変わるため、画像を投射する位置が大きくずれるおそれがある。一方、曲面上の反射鏡を平行に移動した場合、反射光の向きは変えずに、光路の長さを変化させることができる。

請求項３に係る発明では、投射器は、１つ設けられ、反射鏡は、少なくとも２つ設けられ、投射器から出射された光は、それぞれの反射鏡によってスクリーンに向かって反射される。

いずれの反射鏡も別個に光路長さ調節機構上に設けられているため、それぞれの光の光路長さを調節することができる。結果、個々のスクリーンについてそれぞれ焦点を合わせることができる。

請求項４に係る発明では、投射器は、焦点位置を調節可能な焦点調節機構を備えると共に、１つ設けられ、反射鏡の他に、光路長さを調節不能であって、投射器から出射された光のうち、反射鏡によって反射される光以外の光を反射する固定反射鏡が１つ設けられている。

そのため、固定反射鏡についての焦点位置は、投射器に備えられた焦点調節機構により調節することができる。一方、他の反射鏡についての焦点位置は、光路調節機構によりそれぞれ調節することができる。即ち、固定反射鏡については、投射器に備えられた焦点調節機構により焦点の調節が可能であるため、光路調節機構は設ける必要がない。従来からの部品を用いることにより、光路調節機構の数を減らすことができる。結果、コストを抑えてヘッドアップディスプレイを製造できる。

本発明の実施例１によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 図１に示されたヘッドアップディスプレイ装置の光路について説明する図である。 図２に示された光路長さ調節機構上に設けられた反射鏡の斜視図である。 図３に示された反射鏡の作用図である。 図３に示された反射鏡を上下方向に移動した場合における光の反射角及び入射角について説明する図である。 図３に示された反射鏡について光の入射角及び反射角を比較する図である。 本発明の実施例２によるヘッドアップディスプレイ装置の作用図である。 本発明の実施例３によるヘッドアップディスプレイ装置の作用図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、説明中、左右とはヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両の乗員を基準として左右、前後とは車両の進行方向を基準として前後を指す。また、図中Ｆｒは前、Ｒｒは後、Ｌは乗員から見て左、Ｒは乗員から見て右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例１＞

図１を参照する。図１には、車両Ｖｅに搭載されたヘッドアップディスプレイ装置１０が示されている。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、ハウジング２０内部において、画像を投射する投射部３０と、この投射部３０から投射された画像を表示する第１スクリーン４１，第２スクリーン４２と、これら第１スクリーン４１及び第２スクリーン４２に表示された画像を表示する光をフロントガラス１９に向けて反射させる反射部５０と、が設けられることによりなる。

ハウジング２０は、遮光性の合成樹脂により形成され、箱状を呈する。ハウジング２０は、下部ハウジング２０ａに上部ハウジング２０ｂが被せられることによりなる。

下部ハウジング２０ｂは、底面部２１と、この底面部２１の側部から立ち上げられている下側側面部２２，２２（片側の下側側面部２２のみが示されている）と、これらの下側側面部２２，２２の前端を繋ぐ下側前面部２３と、下側側面部２２，２２の後端を繋ぐ下側後面部２４と、からなる。

上部ハウジング２０ｂは、下側側面部２２，２２の上方に重ねられる上側側面部２５，２５（片側の上側側面部２５のみが示されている）と、これらの上側側面部２５，２５の前端を繋ぐ上側前面部２６と、上側側面部２５，２５の前端を繋ぐ上側後面部２７と、これらの上側側面部２５，２５、上側前面部２６及び上側後面部２７の上方を覆う天井部２８と、からなる。天井部２８に形成された開口部は、反射部５０から反射した光を透過させるカバー２９によって覆われている。

投射部３０は、底面部２１に固定される投射器３１と、この投射器３１を制御する投射制御部３２と、底面部２１に固定されたステー１２に差し込まれた投射ミラー３３と、底面部２１に固定された段差部１３に設けられた第１反射器６０（反射鏡６０），第２反射器７０（反射鏡７０）と、これら第１反射器６０及び第２反射器７０を制御する反射制御部３４と、からなる。

投射器３１は、例えば、光を発する光源と、画像を表示する反射型表示素子であるＤＭＤ（Digital MicroMirror Device）と、レンズとからなる。詳細な説明は省略する。投射器３１は、表示素子にＬＣＯＳ（登録商標：Liquid Crystal On Silicon）や、透過型表示素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネルを用いてもよい。

投射ミラー３３は、例えば、合成樹脂製の基材の表面に反射膜が蒸着されることによりなる。投射ミラー３３は、投射器３１から第１スクリーン４１，第２スクリーン４２までの光路において、複数設けてもよく、廃してもよい。

第１反射器６０は、投射器３１から第１スクリーン４１までの光路長さを調節可能な第１ラックアンドピニオン機構６５（光路長さ調節機構６５）上に設けられている。詳細は後述する。同様に、第２反射器７０も、投射器３１から第２スクリーン４２までの光路長さを調節可能な第２ラックアンドピニオン機構７５（光路長さ調節機構７５）上に設けられている。

反射制御部３４は、電源３５と、第１ラックアンドピニオン機構６５及び第２ラックアンドピニオン機構７５を制御するするコントローラ３６と、コントローラ３６による制御対象を切り替える切替器３７とからなる。

第１スクリーン４１と、第２スクリーン４２とは、共に、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等によって構成される透過型のスクリーンである。第１スクリーン４１と、第２スクリーン４２とは、それぞれ、上側側面部２５に固定されたステー１４，１４に支持されている。

反射部５０は、上部ハウジング２０ｂの天井部２８に設けられた上部反射器５１と、下側側面部２２に設けられた下部反射器５２とからなる。

上部反射器５１は、例えば、合成樹脂製の基材の表面に反射膜が蒸着されることによりなる。上部反射器５１は、天井部２８に固定されたステー１５に差し込まれている。

下部反射器５２は、例えば、合成樹脂製の基材の表面に反射膜が蒸着されることによりなる。下部反射器５２の反射面は、凹部形状を呈する。下部反射器５２は、下側側面部２２にスイング可能に支持され、下側側面部２２に設けられたモータ５３によりスイングされる。スイング構成についての詳細な説明は省略する。

図２を併せて参照する。投射器３１は、投射制御部３２からの信号に基づき、第１スクリーン４１に表示される第１画像Ｐ１及び第２スクリーン４２に表示される第２画像Ｐ２を表示するための光を出射する。投射ミラー３３は、投射器３１から出射された光を第１反射器６０及び第２反射器７０に向けて反射させる。

第１反射器６０及び第２反射器７０は、投射ミラー３３により反射された光を第１スクリーン４１，第２スクリーン４２に向けて反射させる。

第１スクリーン４１は、第１画像Ｐ１を表示する光を背面で受光すると共に表面に第１画像Ｐ１を表示する。同様に、第２スクリーン４２は、第２画像Ｐ２を表示する光を背面で受光すると共に表面に第２画像Ｐ２を表示する。

上部反射器５１は、第１スクリーン４１に表示された第１画像Ｐ１及び第２スクリーン４２に表示された第１画像Ｐ１を表示する光を反射する。下部反射器５２は、上部反射器５１が反射させた光をフロントガラス１９に向けて反射させる。第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２は、フロントガラス１９に投影される。乗員は、第１画像Ｐ１が拡大された第１虚像Ｖ１及び第２画像Ｐ２が拡大された第２虚像Ｖ２を視認することができる。

なお、第２スクリーン４２は投射器３１が出射する光の光軸（第１反射器６０が反射した光の光軸）に対して傾けられているため、第２虚像Ｖ２は、傾いた状態で視認される。さらに、下部反射器５２の反射面は凹部形状を呈する。そのため、第１画像Ｐ１及び第２画像Ｐ２は拡大されると共に、フロントガラス１９が曲面であることに起因する第１虚像Ｖ１，第２虚像Ｖ２の歪は軽減される。

さらに、第２スクリーン４２からフロントガラス１９までの光路の長さは、第１スクリーン４１からフロントガラス１９までの光路よりも長い。そのため、乗員は、第２虚像Ｖ２を第１虚像Ｖ１よりも遠くに位置するよう視認できる。

図３を参照する。第１反射器６０は、直角三角形の三角柱状に形成された基部６１と、この基部６１の傾斜面に設けられる第１反射部６２と、からなる。第１反射部６２は凸面鏡によって形成されている。第１反射部６２に入射した光の結像距離を長く変化させて第１スクリーン４１に向けて反射させるためである。これにより、第１スクリーン４１の表面に第１画像Ｐ１（図２参照）が結像する。

第１ラックアンドピニオン機構６５は、第１反射器６０の下部に取り付けられたラック６６と、このラック６６を移動させるピニオン６７と、からなる。ピニオン６７を回転させるモータ６８は、反射制御部３４（図１参照）により制御される。

なお、光路長さ調節機構については、第１ラックアンドピニオン機構６５に代えて、例えば、ボールねじ機構でもよい。

第１反射器６０は、スライド支持機構５４により支持されている。スライド支持機構５４は、ラック６６が延びる方向と同一方向に延びている。

スライド支持機構５４は、下部ハウジング２０ａ（図１参照）の左右の下側側面部２２，２２（右側の下側側面部のみが示されている。）に設けられる左右のレール５５，５５と、第１反射器６０の左右の壁部６３，６３に取り付けられ左右のレール５５，５５上をスライドするスライダ５６，５６と、からなる。

左側のスライダ５６は、Ｌ字状を呈し、第１反射器６０の壁部６３に固定された固定部５７と、この固定部５７の上端から水平に延びレール５５上を摺動する摺動部５８と、からなる。右側のスライダ５６は、第１反射器６０を中心として左側のスライダ５６と対称の構造となる。説明は省略する。

図１及び図２を参照する。第２反射器７０の反射面となる第２反射部７２は平面形状である。したがって、第２反射部７２に入射した光は結像距離が変化することなく第２のスクリーン４２に向けて反射される。これにより、第２スクリーン４２の表面に第２画像Ｐ２が結像する。第２反射器７０のその他の構成は、第１反射器６０と同一である。第２ラックアンドピニオン機構７５は、第１ラックアンドピニオン機構６５と同様の構成である。第２反射器７０及び第２ラックアンドピニオン機構７５の詳細な説明は省略する。

次に本発明の作用及び効果について説明する。

図２及び図４を参照する。第１反射器６０（反射鏡６０）は、投射器３１から第１スクリーン４１までの光路長さを調節可能な第１ラックアンドピニオン機構６５（光路長さ調節機構）上に設けられている。即ち、第１反射器６０の位置は、第１ラックアンドピニオン機構６５により修正することができる。そのため、投射器３１、第１反射器６０及び第１スクリーン４１が配置された後に、コントローラ３６（図１参照）を用いて、第１反射器６０の位置を修正することにより、投射器３１から第１スクリーン４１までの光路長さを調節できる。

例えば、部品の寸法や部品の取付位置のばらつきにより、実際の光路長さが設計上の光路長さよりも長くなった場合の光路長さの調節について説明する。この場合、第１反射器６０を前方へ移動すると、第１反射器６０は投射ミラー３３に近づく。投射ミラー３３と第１反射器６０との間隔が狭まることにより、設計上の光路長さに修正できる。これにより、第１スクリーン４１において焦点を合わせる（結像させる）ことができる。

なお、第１反射器６０が前方に移動するに伴い、第１スクリーン４１に表示される第１画像Ｐ１も前方に移動し、ヘッドアップディスプレイ装置１０が投影する第１虚像Ｖ１の位置も変わる。第１虚像Ｖ１の位置の変化が大きい場合、投射器３１における表示原画の書き出し位置の修正により対応することができる。

ここで、第１ラックアンドピニオン機構６５は、第１反射器６０に入射する光の光軸に沿って第１反射器６０を移動させる。即ち、第１反射器６０は、第１反射器６０に入射する光の光軸と平行に移動する。以下、仮に、第１反射器６０を光軸と平行以外の方向、例えば、光軸と垂直方向に移動した場合における、光の入射角及び反射角について説明する。

図５を参照する。図５（ａ）には、第１反射器６０の第１反射部６２に相当する反射面６９が示されている。図５（ｂ）には、反射面６９を上方に移動した場合が示されている。図５（ｃ）には、反射面６９を下方に移動した場合が示されている。図５（ｂ）に示された入射角βと、図５（ｃ）に示された入射角γとは、いずれも図５（ａ）に示された入射角αと異なる。そのため、光の反射角も異なる。

図６（ａ）を参照する。第１反射器６０を上方に移動した場合、移動後の光の入射角ａは、移動前の光の入射角Ａより小さくなる。そのため、反射光の向きが変わり、第１画像Ｐ１を投射する位置が大きくずれるおそれがある。

図６（ｂ）を参照する。一方、本発明のように第１反射器６０を平行に移動した場合、移動の前後において、第１反射器６０に入射する光の入射角Ｂは同じ大きさである。反射光の向きは変わらないため、第１画像Ｐ１を投射する位置が大きくずれることはない。

なお、第１反射部６２は、凸部形状に代えて、凹部形状でもよい。また、第２反射器７０（図２参照）も第１反射器６０と同一の作用及び効果を奏する。説明は省略する。

さらに、反射器に入射する光の光軸にそって反射器を移動した場合、光の入射角が変わらないのみならず、光の入射位置も変わらない。そのため、反射器に入射する光の光軸に沿って反射器を移動する構成は、例えば、光の入射させる範囲のみに反射膜を形成した平面形状の反射鏡にも適する。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２では、反射器及びスクリーンの数が異なる。その他の構成については、実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１０と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。

図７を参照する。投射器３１は１つ設けられている。反射器は、第１反射器６０と、第２反射器７０に加えて、第３反射器８０が設けられている。第３反射器８０の第３反射部８２は、凹面形状を呈する。第３反射器８０は、第３ラックアンドピニオン機構８５上に備えられている。

投射器３１から出射された光は、第１反射器６０〜第３反射器８０によってそれぞれ第１スクリーン４１〜第３スクリーン４３に向かって反射される。

ヘッドアップディスプレイ装置１０Ａにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、ヘッドアップディスプレイ装置１０Ａによれば、上記の構成により、以下の特有の効果を得ることができる。

第１反射器６０〜第３反射器８０は、それぞれ第１ラックアンドピニオン機構６５〜第３ラックアンドピニオン機構８５上に設けられているため、それぞれの光の光路長さを調節することができる。結果、第１スクリーン４１〜第３スクリーン４３についてそれぞれ焦点を合わせることができる。

なお、第３スクリーン４３からフロントガラス１９までの光路の長さは、第２スクリーン４２からフロントガラス１９までの光路よりも長い。そのため、第３スクリーンに表示された第３画像Ｐ３が投影された第３虚像Ｖ３は、第２虚像Ｖ２よりも遠い位置において結像される。第２虚像Ｖ２は、第１虚像Ｖ１と、第３虚像Ｖ３との間で結像される。そのため、実施例１と比較すると、より遠くにおいて結像される第３虚像Ｖ３が存在することにより、第２虚像Ｖ２の遠近感が強調される。乗員は、第２虚像Ｖ２をより立体的に視認できる。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。実施例３では、反射器を支持する構成が異なる。その他の構成については、実施例１のヘッドアップディスプレイ装置１０と同様であり、符号を流用すると共に説明を省略する。

図８を参照する。投射器３１は、焦点位置を調節可能な焦点調節機構３９を備えると共に、１つ設けられている。さらに、第１反射器６０の他に、光路長さを調節不能であって、投射器３１から出射された光のうち、第１反射器６０によって反射される光以外の光を反射する第４反射器８９（固定反射鏡８９）が段差部１３に１つ設けられている。第４反射器８９は、例えば、ねじとブラケットにより、段差部１３に固定されている。

ヘッドアップディスプレイ装置１０Ｂにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。さらに、ヘッドアップディスプレイ装置１０Ｂによれば、上記の構成により、以下の特有の効果を得ることができる。

第４反射器８９についての焦点位置は、投射器３１に備えられた焦点調節機構３９により調節することができる。一方、第１反射器６０についての焦点位置は、第１ラックアンドピニオン機構６５により調節することができる。即ち、第４反射器８９については、投射器３１に備えられた焦点調節機構３９により焦点の調節が可能であるため、ラックアンドピニオン機構を設ける必要がない。従来からの部品を用いることにより、投射部におけるラックアンドピニオン機構の数を減らすことができる。結果、コストを抑えてヘッドアップディスプレイ装置１０Ｂを製造できる。

なお、本発明によるヘッドアップディスプレイ装置は、二輪車や四輪車に限らず、他の乗り物、常用が作業機、建機等にも適用可能である。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、乗用車に搭載するのに好適である。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置
３１…投射器
４１…第１スクリーン
４２…第２スクリーン
４３…第３スクリーン
５４…スライド支持機構
５５…レール
５６…スライダ
５７…固定部
５８…摺動部
６０…第１反射器
６１…基部
６２…第１反射部
７０…第２反射器
７５…第２ラックアンドピニオン
８０…第３反射器
８５…第３ラックアンドピニオン
８９…第４反射器

Claims (4)

1. 画像を投射するための投射器と、この投射器から出射された光を反射させる反射鏡とこの反射鏡によって反射された光が透過するスクリーンと、を有するヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記反射鏡は、前記投射器から前記スクリーンまでの光路長さを調節可能な光路長さ調節機構上に設けられ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. 前記反射鏡の表面は曲面であり、
   前記光路長さ調節機構は、前記反射鏡に入射する光の光軸に沿って前記反射鏡を移動させ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. 前記投射器は、１つ設けられ、
   前記反射鏡は、少なくとも２つ設けられ、
   前記投射器から出射された光は、それぞれの前記反射鏡によって前記スクリーンに向かって反射されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記投射器は、焦点位置を調節可能な焦点調節機構を備えると共に、１つ設けられ、
   前記反射鏡の他に、光路長さを調節不能であって、前記投射器から出射された光のうち、前記反射鏡によって反射される光以外の光を反射する固定反射鏡が１つ設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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