JP7115471B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、鏡面が共に曲面によって構成された２つのミラーを有するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

一部の車両は、運転者の前方に虚像を投影し、運転者に情報を提供するヘッドアップディスプレイ装置を搭載している。ヘッドアップディスプレイ装置として、表示光を複数のミラーによって反射させてフロントガラスに導くものが知られている。このような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に示されるような、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、これらの表示器、第１・第２ミラーを収納するケースと、を備えている。

第１ミラーの鏡面は、反射された表示光を第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせるよう凹面状に形成されている。ケースは、表示光がクロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えている。

第１遮蔽部及び第２遮蔽部で太陽光などの外光がケースの内部へ到達することを抑制している。外光の殆どが第１・第２遮蔽部で遮蔽され、第１ミラーや表示部に到達し得ない。シャッタや反射型偏光フィルムを用いないで、太陽光対策を講じることができる。

特開２０１６－１０３００８号公報

ところで、映し出される虚像の縦横比であるアスペクト比は、ヘッドアップディスプレイ装置の搭載される車種や乗り物毎によって異なる。ヘッドアップディスプレイ装置に搭載される表示器は高価であるため、車種や乗り物毎に設計するとヘッドアップディスプレイ装置が高価になる。

本発明は、安価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、表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１・第２ミラーを収納するケースと、を備え、
前記第１ミラーの鏡面は、正面視において略長方形状を呈すると共に、短手軸に沿って凹面に形成され、
前記凹面の曲率は、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率であり、
前記第２ミラーの鏡面は、受けた表示光を反射する凹面に形成され、
前記ケースは、前記第１・第２ミラー間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えており、
前記ケース外からケース内に侵入し前記第２ミラーで反射され前記第１ミラーに向かう外光を、前記第１・第２遮蔽部で遮蔽するようにしたヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１ミラーの鏡面は、長手軸に沿って中央部が前記第２ミラーに向かって突出した凸面状に形成さ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１に係る発明では、第１ミラーの鏡面は、長手軸に沿って曲面状に形成されている。曲面の曲率によって、投影される虚像の長手方向の長さを調節することができる。一方、短手軸の曲率は、表示光が第２ミラーに到達するまでにクロスするような曲率とする必要がある。このため、第１ミラーの短手方向の曲率は、ケースの大きさ等から規定される。このため、ヘッドアップディスプレイ装置の搭載される車種や乗り物毎に設定を変えることが困難である。長手方向の長さを調節することにより、アスペクト比を任意の値に設定することができる。車種や乗り物毎に高価な表示器を準備する必要がなくなる。安価なヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

本発明の実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の基本構成図である。 本発明の実施例に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 図２に示したヘッドアップディスプレイ装置の分解図である。 図３に示された第１ミラーについて説明する図である。 変更例による第１ミラーの平面図である。 図２に示された第１・第２遮蔽部の遮蔽作用を説明する図である。 図４に示された第１ミラーの作用について説明する図である。

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の操作者を基準として左右、前後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、Ｌｅは乗員から見て左、Ｒｉは乗員から見て右、Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。
＜実施例＞

図１を参照する。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源１１の上に配置され表示光１２を出射する表示器１３と、この表示器１３で出射された表示光１２を反射する第１ミラー１４と、この第１ミラー１４で反射された表示光１５を車両の風防ガラス（フロントガラス）６６に向けて反射する第２ミラー１６と、光源１１、表示器１３、第１・第２ミラー１４、１６を収納するケース２０と、を備えている。

第１ミラー１４は、反射された表示光１５を第２ミラー１６に到達する前に上下でクロスさせる曲率（半径の逆数）凹面を有する。第２ミラー１６は、受けた表示光を拡大して反射する凹面を有し、この凹面は車両の風防ガラスの湾曲による虚像の歪みを補正する役割も果たす。即ち、第１ミラー１４は、第１ミラー１４と第２ミラー１６との間に第１ミラー１４の焦点が位置するような曲率を有する。さらに換言すれば、第１ミラー１４から第２ミラー１６までの距離は、第１ミラー１４の焦点距離よりも長く設定されている。

ケース２０は、第１・第２ミラー１４、１６間の光路２１を挟むように、且つクロスするクロス点２２の近傍まで延びる第１遮蔽部２３及び第２遮蔽部２４を備えている。ケース２０外からケース２０内に侵入し第２ミラー１６で反射され第１ミラー１４に向かう外光２５を、第１・第２遮蔽部２３、２４で遮蔽することができる。

第１遮蔽部２３の下端（先端部）は、少なくとも、第１ミラー１４における表示光１２の反射領域の上端部Ｐ１、及び、第２ミラー１６における表示光１５の反射領域の上端部Ｐ２を結んだ線分Ｌ１よりもクロス点２２側（下側）に位置している。

第２遮蔽部２４の上端（先端部）は、少なくとも、第１ミラー１４における表示光１２の反射領域の下端部Ｐ３、及び、第２ミラー１６における表示光１５の反射領域の下端部Ｐ４を結んだ線分Ｌ２よりもクロス点２２側（上側）に位置している。

なお、第１・第２遮蔽部２３、２４は、その先端が互いに近づくように延びている。その先端が互いに近いほど外光２５の遮蔽性が高く、望ましい。即ち、互いの先端がクロス点２２（焦点）に近接していることが望ましい。

図２及び図３を参照する。ケース２０は、第１・第２ミラー１４、１６を支えると共に第２遮蔽部２４を備えるセンターフレーム３０と、このセンターフレーム３０の上に取付けられ第１遮蔽部２３を備える上カバー５０と、センターフレーム３０の下に取付けられる下カバー５５と、からなる。

センターフレーム３０は、取付けフランジ３１、３１を外周に備え、内部に斜め上に延びる第２遮蔽部２４を備えるアルミニウムダイカスト品である。

例えば、センターフレーム３０にステイ３２を溶接し、このステイ３２に接着層３３で第１ミラー１４を固定する。また、センターフレーム３０の内面に溶接されたステイ３４～３６に接着層３７～３９で第２ミラー１６を固定する。

センターフレーム３０の下部からステイ４１を延ばす。一方、光源１１と表示器１３を筒形ブラケット４２に嵌め、この筒形ブラケット４２から延ばしたブラケット片４３をステイ４１にビス４４、４４で固定する。

センターフレーム３０は、アルミニウムダイカスト品であれば、樹脂成形品より格段に強度が高く、剛性に富む。剛性に富むセンターフレーム３０に、第１・第２ミラー１４、１６や表示器１３を一括して取付けるため、これらの光軸調整が狂い難くなる。さらに、剛性に富むセンターフレーム３０は、取付けフランジ３１、３１で車両に取付けられる。カバーが全体的に樹脂で構成されている場合は、剛性が不足して光軸の再調整が必要になりうる。一方、実施例のヘッドアップディスプレイ装置１０は、剛性に富むためその心配が小さい。

上カバー５０は、例えば、ポリカーボネート成形品であり、上面にカバーガラス５１を備え、斜め下へ延びる第１遮蔽部２３を一体的に備えている。

下カバー５５は、上に開口する有底筒体であり、例えば、ＡＢＳ樹脂成形品であり、プリント基板５６を内蔵している。

センターフレーム３０に、下からビス５７、５７で下カバー５５を取付け、上からビス５２で上カバー５０を取付ける。

図４（ａ）を参照する。図４（ａ）は、正面から見た状態の第１ミラー１４が示されている。第１ミラー１４の鏡面は、第１ミラー１４の正面視において略長方形状を呈する。

図４（ｂ）を参照する。図４（ｂ）は、図４（ａ）の４ｂ矢視図である。第１ミラー１４の鏡面は、長手方向の中央部が、第２ミラー１６（図２参照）に向かって突出している凸状に形成されている。即ち、第１ミラー１４の鏡面は、長手軸に沿って曲面状に形成されている。

図５を参照する。図５には、変更例による第１ミラー７４が示されている。第１ミラー７４の鏡面は、長手方向の中央部が、第２ミラー１６（図２参照）から遠ざかるよう凹状に形成されている。即ち、第１ミラー７４の鏡面は、長手軸に沿って曲面状に形成されている。

図２を参照する。表示器１３から出射された表示光１２は第１ミラー１４で反射され、この第１ミラー１４で反射された表示光１５は、第１・第２遮蔽部２３、２４の間を通過して、第２ミラー１６に至る。第２ミラー１６で反射された表示光１７は上昇し、車両の風防ガラス６６（反射された表示光１７が投射される投射部６６）に至る。

図６（ａ）に示すように、太陽５８の高度が低い場合、太陽光に代表される外光２５は、カバーガラス５１を通過し、第２ミラー１６で反射され、第１遮蔽部２３で遮蔽される。第１遮蔽部２３は、耐熱性に優れるポリカーボネートであるため、熱に対する強度が高い。

太陽５８の高度が高い場合、図６（ｂ）に示すように、外光２５は、カバーガラス５１を通過し、第２ミラー１６で反射され、第２遮蔽部２４で遮蔽される。第２遮蔽部２４は、耐熱性にさらに優れるアルミニウムであるため、熱に対する強度がさらに高い。

図２及び図４を参照する。第１ミラー１４の短手軸（縦辺）の曲率は、表示光が第２ミラー１６に到達するまでにクロスするような曲率とする必要がある。このため、第１ミラー１４の短手方向の曲率は、ケースの大きさ等から規定される。このため、部品を共通化しようとした場合、ヘッドアップディスプレイ装置１０の搭載される車種や乗り物毎に設定を変えることが困難である。一方で、長手方向（横辺）の曲率は、ヘッドアップディスプレイ装置１０が搭載される車種や乗り物毎に設定を変えることができる。

図７（ａ）を参照する。図７（ａ）には、長手方向の中央部が凸面の第１ミラー１４が示されている。第１ミラー１４によって反射された表示光を投影した場合、投影された像の長さは、横ｂ１、縦ａ１である。第１ミラー１４の長手方向の中央部が平面であったときの投影された像の横の長さをｂ０としたときに比べ、第２ミラー１６は、表示器１３が表示した画像の横幅を縮小できる。即ち、この凸面の曲率（曲率半径）を調整することにより、投影された像のアスペクト比を調整できる。なお、この場合のアスペクト比は、ｂ１：ａ１である。

図７（ｂ）を参照する。図７（ｂ）には、長手方向の中央部が凹面の第１ミラー７４が示されている。第１ミラー７４によって反射された表示光を投影した場合、投影された像の長さは、横ｂ２、縦ａ１である。第１ミラー７４の長手方向の中央部が平面であったときの投影された像の横の長さをｂ０としたときに比べ、第２ミラー１６は、表示器１３が表示した画像の横幅を拡大できる。即ち、この凹面の曲率（曲率半径）を調整することにより、投影された像のアスペクト比を調整できる。この場合のアスペクト比は、ｂ２：ａ１である。

図７（ａ）を併せて参照する。短手方向の曲率がそれぞれ同じに設定されている第１ミラー１４、７４によって投影される像は、それぞれ縦方向（短手方向）の長さがそれぞれａ１で同じになる。即ち、本発明では、短手方向の像の長さをａ１とした上で、長手方向の長さを第１ミラー１４、７４の横方向（長手方向）の曲率を調節することにより、任意の値に設定する。これにより、投影される像を所望のアスペクト比とすることができる。

以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

図２及び図７を参照する。第１ミラー１４の鏡面は、長手軸に沿って曲面状に形成されている。曲面の曲率によって、投影される虚像の長手方向の長さを調節することができる。一方、短手軸の曲率は、表示光が第２ミラー１６に到達するまでにクロスするような曲率とする必要がある。このため、第１ミラー１４の短手方向の曲率は、ケース２０の大きさ等から規定される。このため、ヘッドアップディスプレイ装置１０の搭載される車種や乗り物毎に設定を変えることが困難である。長手方向の長さを調節することにより、アスペクト比を任意の値に設定することができる。車種や乗り物毎に高価な表示器１３を準備する必要がなくなる。安価なヘッドアップディスプレイ装置１０を提供することができる。

なお、第２ミラー１６の形状は、像の投影されるフロントガラスまでの距離等によって決められる。この点からも、アスペクト比の調節は、第１ミラー１４によって行うことが好ましい。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、乗用車に好適であるが、一般の車両、船舶、航空機等他の乗り物や建機に適用することは差し支えない。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、乗用自動車に好適である。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置
１３…表示器
１４、７４…第１ミラー
１６…第２ミラー
２０…ケース
２３…第１遮蔽部
２４…第２遮蔽部

Claims (1)

1. 表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１・第２ミラーを収納するケースと、を備え、
   前記第１ミラーの鏡面は、正面視において略長方形状を呈すると共に、短手軸に沿って凹面に形成され、
   前記凹面の曲率は、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率であり、
   前記第２ミラーの鏡面は、受けた表示光を反射する凹面に形成され、
   前記ケースは、前記第１・第２ミラー間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えており、
   前記ケース外からケース内に侵入し前記第２ミラーで反射され前記第１ミラーに向かう外光を、前記第１・第２遮蔽部で遮蔽するようにしたヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記第１ミラーの鏡面は、長手軸に沿って中央部が前記第２ミラーに向かって突出した凸面状に形成さ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。
   

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