JP2018097252A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】外光が表示手段に照射されて表示手段の温度が上昇することによる損傷、また電力消費と発熱の増大による表示手段の寿命の短縮を抑制することができ、表示ひずみの発生もないヘッドアップディスプレイを実現する。【解決手段】本発明の一形態に係るヘッドアップディスプレイ１は、画像出射面２ａから表示画像を出射する表示手段２と、表示画像を車両のフロントガラス５に導く反射手段３と、表示画像が反射手段３を介してフロントガラス５に導かれる光経路Ｌ１を遡って表示手段２の画像出射面２ａに入射し表示手段２の画像出射面２ａにより反射した外光を検出する検出手段６と、検出手段６の検出結果が予め設定された条件を満たしていると、表示手段２の画像出射面２ａに入射する外光を遮断する第１の遮断手段７と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。

近年、反射手段を介して表示手段から出射された表示画像を車両のフロントガラスに表示し、当該表示画像を外部景色に虚像として視認させるヘッドアップディスプレイが実用化されている。このようなヘッドアップディスプレイは、外光が表示手段に入射すると、表示手段の温度が上昇して損傷する場合がある。

そこで、特許文献１のヘッドアップディスプレイは、表示画像の光経路上である反射手段と表示手段との間に配置されたハーフミラーによって、光経路を遡って入射した外光を反射させて外光検出センサに導き、外光検出センサの検出結果の入射光量値が所定の値以上となると、表示手段の画像出射面をシャッターで覆う構成とされている。

特開昭６３−２０２４３号公報

特許文献１のヘッドアップディスプレイは、光経路上にハーフミラーが配置されているため、表示画像の輝度がハーフミラーで減衰してしまう。そのため、所望の明るさの表示画像を表示するために、表示手段の出力を上げる必要があり、電力消費量及び発熱量が増大する。その結果、表示手段の寿命が短くなる課題を有する。また、光経路が光学素子を通ることで表示ひずみが発生する課題を有する。

本発明の目的は、上述した課題を解決するためになされたものであり、外光が表示手段に照射されて表示手段の温度が上昇することによる損傷、また電力消費と発熱の増大による表示手段の寿命の短縮を抑制することができ、表示ひずみの発生もないヘッドアップディスプレイを実現する。

本発明の一形態に係るヘッドアップディスプレイは、
画像出射面から表示画像を出射する表示手段と、
前記表示画像を車両のフロントガラスに導く反射手段と、
前記表示画像が前記反射手段を介して前記フロントガラスに導かれる光経路を遡って前記表示手段に入射し前記表示手段の画像出射面より反射した外光を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果が予め設定された条件を満たしていると、前記表示手段の画像出射面に入射する外光を遮断する第１の遮断手段と、
を備える。

本発明によれば、表示手段の温度が上昇することによる損傷、また電力消費と発熱の増大による表示手段の寿命の短縮を抑制することができ、表示ひずみの発生もないヘッドアップディスプレイを実現できる。

実施の形態１のヘッドアップディスプレイの表示原理を説明するための図である。 実施の形態１のヘッドアップディスプレイにおける表示手段への外光の入射を遮断する構成及び動作を説明するための図である。 実施の形態１のヘッドアップディスプレイの異なる構成を模式的に示す図である。 実施の形態２のヘッドアップディスプレイにおける表示手段への外光の入射を遮断する構成及び動作を説明するための図である。 検出手段の光電素子が一つの場合の外光の検出精度を説明するための図である。 検出手段の光電素子が複数の場合の外光の検出精度を説明するための図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態のヘッドアップディスプレイにおける表示画像を表示するための基本構成を説明する。図１は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイの表示原理を説明するための図である。

本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１の画像表示の基本構成は、図１に示すように、表示手段２、反射手段３及び筐体４を備えている。表示手段２は、例えば、車速情報、燃料の残量情報、走行距離情報、又はナビゲーション情報などを示す表示画像を画像出射面２ａから出射する。表示手段２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などのバックライト及びＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などを備える画像生成ユニットである。但し、表示手段２は、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイなどを備えていてもよい。

反射手段３は、表示手段２の画像出射面２ａから出射された表示画像を車両のフロントガラス５に導く。反射手段３は、例えば、凹面鏡を備えている。但し、図１では、一つの反射手段３を用いて表示画像をフロントガラス５に導いているが、複数の反射手段３を用いて表示画像をフロントガラス５に導いてもよい。

このような構成により、図１に示すように、表示手段２の画像出射面２ａから出射された表示画像が反射手段３で反射して筐体４の開口部を介して車両のフロントガラス５に表示され、当該表示画像が虚像として運転者に視認される。この光の経路をＬ１として図１に示す。

次に、本実施の形態のヘッドアップディスプレイにおける表示手段への外光の入射を遮断する構成及び動作を説明する。図２は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイにおける表示手段への外光の入射を遮断する構成及び動作を説明するための図である。

車両外からの外光がフロントガラス５を介し反射手段３に照射され、反射手段３によって反射される光経路Ｌ２（図２）の一部が、表示手段２からの出射光経路Ｌ１の一部と略一致する場合、外光が経路Ｌ１を遡るようにして表示手段２に照射される。外光が強い太陽光であった場合には表示手段２に太陽光が照射され、表示手段２が高温になり、損傷してしまう。

一般にヘッドアップディスプレイは比較的小型であるＬＣＤなどの表示手段と、その表示画像を拡大するためのレンズまたは凹面鏡などの画像拡大部材（不図示）を持つ場合が多い。外光の光経路Ｌ２が光経路Ｌ１と略一致して外光が表示手段２に照射される場合、光経路Ｌ１上の画像拡大部材が集光のための部材として働き、外光が直接照射される場合と比較して、表示手段２へ外光が集中して照射されるため、表示手段２の損傷度合いは甚大なものとなる。

本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１は、図２に示すように、上述の構成に加えて、制御手段（不図示）、検出手段６及び第１の遮断手段７を備えている。検出手段６は、たとえば光検出センサであり、外光が光経路Ｌ１を遡って表示手段２に入射した場合、当該画像出射面２ａで反射した外光を検出する。検出手段６は、たとえば検出素子として光電素子６ａを備えており、予め設定されたサンプリング周期で、光経路Ｌ１を遡って表示手段２の画像出射面２ａに入射して当該画像出射面２ａで反射した外光の照射を照度として検出し、検出結果を制御手段に出力する。

表示手段２の画像出射面２ａから反射された外光のみを精度よく検出するために、図３に示す第２の遮断手段８によって検出手段６に直接入射する外光を遮断する構成としてもよい。第２の遮断手段８は、たとえば検出手段６を車両上方から覆う覆い部８ａを備えており、当該覆い部８ａは、筐体４の下面から立ち上がる支持部８ｂにより支持される。また、検出手段６は、たとえば温度センサであって、温度の上昇を検出することで外光の照射を検出することとしてもよい。

本実施の形態では、たとえば表示手段２の上端部が車両前方に向かうように当該表示手段２が傾いており（即ち、表示手段２が前傾しており）、表示手段２の画像出射面２ａで反射した外光は光経路Ｌ１の下方に導かれる。検出手段６は、筐体４の下面における外光が導かれる領域に配置され、つまり、光経路Ｌ１と干渉しない位置に配置され、外光の照度を検出する。但し、検出手段６の配置は、表示手段２が傾く方向に応じて、適宜、変更することができる。

表示手段２の傾きは、外光の光経路Ｌ２の一部が表示画像の光経路Ｌ１と略一致した場合、外光が表示手段２の画像出射面２ａで同経路上に反射し、光経路Ｌ１を経由して観察者の目に入ることを防ぐための、安全上の配慮である。その恐れが無い場合、傾きはなくてもよい。

第１の遮断手段７は、たとえば、表示手段２の画像出射面２ａを覆うことが可能な広さを有する遮光板を備えたシャッター７ａである。

本実施の形態のシャッター７ａの一例は、シャッター７ａが表示手段２の画像出射面２ａを覆った状態で、シャッター７ａの左右両側部の下端が車両の左右方向に延在する軸によって軸支されている。そして、シャッター７ａが表示手段２の画像出射面２ａを露出させた状態から図示する矢印Ａ方向に回転すると当該画像出射面２ａを覆い、シャッター７ａが表示手段２の画像出射面２ａを覆った状態から図示する矢印Ｂ方向に回転すると当該画像出射面２ａを露出させる。図２では、シャッター７ａが表示手段２の画像出射面２ａを露出させた状態を実線で示し、シャッター７ａが表示手段２の画像出射面２ａを覆った状態を一点鎖線で示している。

但し、図２では、シャッター７ａを矢印Ｂ方向に回転させて当該シャッター７ａを表示手段２に対して下方に退避しているが、シャッター７ａを表示手段２に対して上方に退避してもよく、また、シャッター７ａを表示手段２に対して側方に退避してもよい。図３に示すシャッター７ａは、表示手段２に対して上方に退避させる構成である。

制御手段は、たとえばコンピュータであって、検出手段６から入力される検出結果に基づいて、たとえば検出した光量と照射時間が予め設定された閾値以上の状態であるか否かを判定し、閾値以上であれば制御手段は第１の遮断手段７を制御し、外光を遮断する。これにより、表示手段２への外光の入射が抑制される。制御の条件として検出した光量のみを使用してもよい。照射時間は、連続した時間であってもよく、照射時間の累積値を使用してもよい。また、時間帯や季節などの条件を加味してもよい。

一方、検出した光量と照射時間が予め設定された閾値以上の状態でない場合、制御手段は、第１の遮断手段７の退避状態を維持する。

このような構成のヘッドアップディスプレイ１では、上述のように、検出手段６は、光経路Ｌ１を遡って表示手段２の画像出射面２ａに入射して当該画像出射面２ａで反射した外光を検出し、閾値以上の外光の照射があった場合に外光を遮断することで、表示手段２を外光から保護する。また、光経路Ｌ１上にハーフミラーなどの光学部材を配置して、検出手段６に外光を導く必要がない。よって、表示手段２から出射される表示画像の輝度の減衰を抑制することができ、検出手段６に外光を導くための光学部材を光経路Ｌ１上に配置した場合に比べて、表示手段２の出力を上げなくても所望の明るさの表示画像を表示することができる。その結果、外光による表示手段２の破損を防止することができ、また消費電力や発熱を抑えた省エネルギーなヘッドアップディスプレイを実現できる。また発熱の増大による、表示手段２の寿命の短縮を抑制することができる。

ちなみに、制御手段は、第１の遮断手段７で表示手段２を覆った状態が予め設定された期間経過すると、第１の遮断手段７が退避状態となるように、第１の遮断手段７を制御する。但し、表示手段２の近傍に温度検出手段を配置し、温度検出手段の検出結果が予め設定された温度以下となると、第１の遮断手段７が退避状態となるように制御してもよい。

＜実施の形態２＞
図４は、本実施の形態のヘッドアップディスプレイにおける表示手段への外光の入射を遮断する構成及び動作を説明するための図である。本実施の形態のヘッドアップディスプレイ２１は、図４に示すように、実施の形態１のヘッドアップディスプレイ１と略等しい構成とされているため、重複する説明は省略するが、制御手段（不図示）によって制御される駆動手段（不図示）により反射手段３を回転または移動させることで、反射手段３により外光が反射する位置を変化させ、表示手段２への外光の入射を遮断する。

駆動手段は、通常の使用状態にあっては反射手段３の角度や位置を調整するための機構であって、駆動手段は、たとえば車両の左右方向に延在する軸を中心に反射手段３を回転させる機構であり、または反射手段３の位置を前後または左右に移動させる機構である。

制御手段は、反射手段３で反射された表示画像がフロントガラス５の所定の位置に表示され、また運転者がより表示画像を見易くするように調整するために駆動手段を制御し、反射手段３の角度や位置などを変更する。

本実施の形態では、検出した光量と照射時間が予め設定された閾値以上の状態である場合、制御手段は、表示手段２へ外光が入射しないよう、駆動手段を制御して反射手段３を回転または移動させる。反射手段３の角度または位置が変更されることで、外光の反射光が表示手段２に当たることを防ぎ、表示手段２を外光の照射から保護する。つまり、本実施の形態では、駆動手段が表示手段２への外光の入射を遮断する遮断手段の機能を担う。制御の条件として検出した光量のみを使用してもよい。照射時間は、連続した時間であってもよく、照射時間の累積値を使用してもよい。また、時間帯や季節などの条件を加味してもよい。なお、図４では、回転する前の反射手段３を一点鎖線で示し、回転した後の反射手段３を実線で示している。

駆動手段は、反射手段３の角度や位置などを微調整するために一般的なヘッドアップディスプレイに備えられているため、既存の機構を用いて、表示手段２を外光の照射から保護し、表示手段２の損傷を抑制することができる。そのため、実施の形態１のヘッドアップディスプレイに比べて簡単な構成の追加で、表示手段２の寿命の短縮を抑制することができる。

＜実施の形態３＞
図５は、検出手段の光電素子が一つの場合の外光の検出精度を説明するための図である。図６は、検出手段の光電素子が複数の場合の外光の検出精度を説明するための図である。ちなみに、図５及び図６では、表示手段２の画像出射面２ａで反射した外光の照射領域をハッチングで示す。

表示手段２に外光が入射する位置は、太陽の位置や反射手段３の角度に基づいて変化し、表示手段２の画像出射面２ａの全面ではなく、表示手段２の画像出射面２ａの一部に入射する場合がある。図５及び図６の広いハッチング領域は、外光が表示手段２における画像出射面２ａの全面に入射した際の当該画像出射面２ａの全面で反射した外光の照射領域を示し、狭いハッチング領域は、外光が表示手段２における画像出射面２ａの一部に入射した際の当該画像出射面２ａの一部で反射した外光の照射領域を示している。

図５に示すように、表示手段２の画像出射面２ａで反射した外光が狭い範囲に照射され、その結果、検出手段６の光電素子６ａが一つの場合、光電素子６ａの一部にしか外光が入射せず、当該外光を精度良く検出できない可能性がある。このとき、表示手段２に外光が照射されているにも関わらず、検出手段６の出力が適切な値とならないため、第１の遮断手段７が制御手段によって適宜制御されず、表示手段２の一部に外光が照射され続けてしまい、その部分だけが損傷してしまう。

そこで、図６に示すように、車両の上下左右方向に間隔を開けて複数の光電素子６ａ（図６では、図５の光電素子６ａに対して小型の光電素子６ａを４個。但し、個数は限定されない。）を配置することが好ましい。これにより、表示手段２の画像出射面２ａで反射した外光が狭い範囲で集光されても、検出手段６の光電素子６ａが一つの場合に比べて、少なくとも一つの光電素子６ａの検出面に入射する外光の割合を増やすことができ、当該外光を精度良く検出することができる。

なお、４個の光電素子６ａは、表示手段２の画像出射面２ａにおける実質的に表示画像が出射される領域の四隅と対応するように配置されていることが好ましい。これにより、表示手段２の画像出射面２ａにおける実質的に表示画像が出射される領域の隅部に入射し、画像出射面２ａで反射した光も精度良く検出することができる。

ちなみに、検出手段６の光電素子６ａが複数の場合、制御手段は、各々の光電素子６ａの検出結果に基づいて、駆動手段を制御すればよい。つまり、制御手段は、たとえば、少なくとも一つの光電素子６ａが検出した光量と照射時間が予め設定された閾値以上の状態である場合、駆動手段を制御し、表示手段２を外光による損傷から保護する。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、実施の形態１などでは、シャッター７ａを回転させることで表示手段２の画像出射面２ａを覆う構成としているが、シャッター７ａを前後または左右にスライドさせることで表示手段２の画像出射面２ａを覆う構成としてもよい。

例えば、第１の遮断手段７は、液晶パネルによる遮蔽でもよい。ここで、第１の遮断手段７は、必ずしも完全に外光を遮断する必要はなく、光学部材であって、表示手段２の損傷を低減できる程度で外光の入射を抑制することとしてもよい。この場合、表示手段２から出力される表示画像は、輝度は落ちるが表示を続けることができる。

１ ヘッドアップディスプレイ
２ 表示手段、２ａ 画像出射面
３ 反射手段
４ 筐体
５ フロントガラス
６ 検出手段、６ａ 光電素子
７ 第１の遮断手段、７ａ シャッター
８ 第２の遮断手段、８ａ 覆い部、８ｂ 支持部
２１ ヘッドアップディスプレイ

Claims (6)

1. 画像出射面から表示画像を出射する表示手段と、
   前記表示画像を車両のフロントガラスに導く反射手段と、
   前記表示画像が前記反射手段を介して前記フロントガラスに導かれる光経路を遡って前記表示手段に入射し前記表示手段の画像出射面により反射した外光を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果が予め設定された条件を満たしていると、前記表示手段の画像出射面に入射する外光を遮断する第１の遮断手段と、
   を備える、ヘッドアップディスプレイ。
2. 前記フロントガラスを介して前記検出手段に直接入射する外光を遮断する第２の遮断手段を備える、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記検出手段は、前記光経路と干渉しない位置に配置されている、請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記検出手段は、複数の検出素子を備え、
   少なくとも一つの検出素子の検出結果が予め設定された条件を満たしていると、前記第１の遮断手段で前記表示手段の画像出射面に入射する外光を遮断する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 前記第１の遮断手段は、前記検出手段の検出結果が予め設定された条件を満たしていると、前記表示手段の画像出射面を覆うシャッターを備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記第１の遮断手段は、前記検出手段の検出結果が予め設定された条件を満たしていると、前記反射手段を介して前記表示手段の画像出射面に外光が入射しないように、前記反射手段を回転させる駆動手段である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。

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