JP7474028B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

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Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。
自動車等の乗り物において、通常は、車速やエンジン回転数等の情報は、ダッシュボード内の計器盤（インパネ）に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。そこで、運転者がこれらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることを抑制するための技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス（ウィンドシールド）等に投射して虚像を表示するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）が知られている。
ＨＵＤが太陽光の影響を受けて高温になると、ＨＵＤの筐体内に収容された光学部品や液晶パネル（ＬＣＤ）が耐熱温度以上に上昇し、破損する恐れがある。そこで、特許文献１には、ＨＵＤに備えられた表示装置の耐熱性を向上させるための技術として、「表示ユニットは、画像に対応する表示光を発する表示面を含む表示部材と、表示部材の表示面の、表示領域を通過する表示光を遮らない位置に配置される熱伝導性をもつ蓄熱部材と、表示部材と蓄熱部材の間に設けられる熱伝導性接着剤から組成される熱伝導性接着層と、を備える（要約抜粋）」との記載がある。
特開２０１８－３６３７９号公報
ＨＵＤの筐体内には、レンズ、液晶パネル及びバックライトとしてのＬＥＤ等の光学部品が収容される。太陽光やＬＥＤから生じる熱が筐体内部にこもり、これらの光学部品を破損することを避けるために、筐体壁に外気の通風口を設けることも考えられる。しかし、通風口を設けると、光路上を塵が舞い、光学部品に塵が付着するという懸念がある。
加えて、ダッシュボード内の限られた空間にＨＵＤを収容する必要から、ＨＵＤの大きさには制約がある。従って、ＨＵＤの実用化に際しては、放熱性及び防塵性の向上に加えて小型化も全て満たしたいという要望がある。しかし特許文献１は、ＬＣＤの表示面についての耐熱性の向上だけを目的としており、上記要望に応えることができていない。
そこで本発明は、放熱性及び防塵性の向上に加え小型化を含む実装化に要求される性能を追求したＨＵＤを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例をあげるならば、本発明は、運転者に対して虚像を表示するヘッドアップディスプレイであって、バックライト及び液晶パネルを含む映像表示装置と、前記液晶パネルから出射した映像光の光路を形成する虚像光学系と、前記映像表示装置及び前記虚像光学系を収容する外装筐体と、を備え、前記外装筐体は、前記虚像光学系を収容すると共に前記映像表示装置が取り付けられる外装ケースと、前記外装ケースにおいて前記映像光が出射する上部を覆う上部カバーと、前記外装ケースの底部を覆う底部カバーと、を備え、前記底部カバーは、前記外装ケースに固定された状態において、前記外装ケースの底面と前記映像表示装置とを前記外装筐体の外部空間から隔離して収容し、前記底部カバーの底部平面の一方の側部から前記外装ケースの一方の側部に向かって傾斜する傾斜面にはフィンが備えられ、前記映像表示装置は、前記外装ケースの開口部に前記液晶パネルをはめ込んで取り付けられ、前記外装ケースに取り付けられる前記バックライトが露出した状態で前記底部カバーを前記外装ケースに被せ、前記傾斜面の内表面が前記バックライトに対向する、ことを特徴とする。
本発明によれば、放熱性及び防塵性の向上に加え小型化を含む実装化に要求される性能を追求したＨＵＤを提供することができる。なお、上述した以外の目的、構成、効果については下記実施形態において明らかにされる。
ヘッドアップディスプレイの概略構成図 ＨＵＤの外装筐体内の光路を示す斜視図 外装筐体の底部斜視図 外装筐体の底部平面図 底部カバーの構造説明図 底部カバーの組み立て説明図 図４におけるＡ－Ａ断面図 底部カバー（他例）の構造説明図 底部カバー（他例）の構造説明図 底部カバー（他例）の構造説明図
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、全図において同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。また、以下に示す各実施形態では、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が自動車等の車両に設置される場合を例として説明するが、電車や航空機等の他の乗り物にも適用可能である。また、乗り物以外の用途に用いるＨＵＤにも適用可能である。
図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１の概略構成図である。図２は、ＨＵＤ１の外装筐体５０内の矢印で示した光路Ｌを示す斜視図である。
図１に示すように、ＨＵＤ１は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）パネル３１ｃを含む映像表示装置３０と、映像表示装置３０から出射される映像光を拡大するレンズユニット４１、光路Ｌを折り返す反射ミラー４２、及び映像光に含まれる映像情報を拡大投射するための凹面ミラー４３を含む虚像光学系４０を構成する光学部品と、凹面ミラー４３を回転駆動するミラー駆動部４４と、これらの光学部品、ミラー駆動部４４、及び映像表示装置３０を収容する外装筐体５０とを備える。外装筐体５０の外表面にはフィン６３が形成される。
凹面ミラー４３はミラー駆動部４４により回動する。これにより、凹面ミラー４３はウィンドシールド３に向けて映像光を反射する角度を変更する。映像光は凹面ミラー４３により反射され、車両２のウィンドシールド３に投射される。ウィンドシールド３に投射された映像光が運転者５の目に入射することで、運転者５は車両２の前方に虚像８０を視認する。
被投射部材はウィンドシールド３に限らず、映像光が投射される部材であれば、コンバイナなど他の部材とすることができる。
レンズユニット４１は、光路Ｌの光学的な距離を調整したり、映像光に含まれる表示オブジェクト像の歪み補正を行うレンズ群である。
映像表示装置３０からの映像光の出射方向に沿って、映像表示装置３０から近い順にレンズユニット４１、反射ミラー４２、凹面ミラー４３が配置されて虚像光学系４０を形成し、外装筐体５０の内部に収容される。
図２に示すように、外装筐体５０は、光学部品を収容する外装ケース５１と、外装ケース５１の上部を覆う上部カバー５２と、外装ケース５１の底部開口を覆う底部カバー６０（図３参照）と含んで形成される。
上部カバー５２には、映像光が出射する出射開口部５２ａが形成される。出射開口部５２ａは、防眩板５３で覆われる。
ＬＣＤパネル３１ｃから出射した映像光は、レンズユニット４１（図２では図示を省略）を通過して反射ミラー４２で光路Ｌを折り返し、凹面ミラー４３に向かう。そして凹面ミラー４３で更に反射され、防眩板５３を透過して外装筐体５０から出射する。
外装筐体５０内で光路Ｌを折り返すと、バックライト３１ａ（図６参照）から運転者５の目までの光路Ｌをより長く形成することができる。光路Ｌを長くすると運転者５からみてより遠くに虚像８０が表示される。運転者５が運転中に注視している視点は、一般に走行速度が速いほど遠くなる。ＨＵＤ１は、光路Ｌを折り曲げることで虚像距離を長くし、運転中に遠方を注視している運転者５が、虚像８０を視認するために行う視点移動の距離をより短くすることができる。
図３は、外装筐体５０の底部斜視図である。図４は、外装筐体５０の底部平面図である。図５は、底部カバー６０の構造説明図であり、平面図（ａ）、底部カバー６０の内表面斜視図（ｂ）、左斜視図（ｃ）、右斜視図（ｄ）、及び外観斜視図（ｅ）を関連づけて図示する。図６は、底部カバー６０の組み立て説明図である。図７は、図４におけるＡ－Ａ断面図である。
図３、図４、図５に示すように、外装筐体５０は、外装ケース５１の底面を底部カバー６０で覆って形成される。底部カバー６０は、底部平面６１と、底部平面６１の一方の側部（図３における右側）から外装ケース５１の一方の側部（図３における右側）に向かって傾斜する底部第１傾斜面６２Ｒと、底部平面６１の他方の側部（図３における左側）から外装ケース５１の他方の側部（図３における左側）に向かって傾斜する底部第２傾斜面６２Ｌとを含んで形成される。
底部カバー６０は、熱伝導性が空気よりも高い材質、例えば、鉄、アルミニウム、銅などの金属材料や、セラミックなどの非金属材料を用いて構成される。
底部第１傾斜面６２Ｒには、略三角形の板状部材を並べて形成されたフィン６３が設けられる。また底部平面６１には、外装ケース５１の内部空間側に向かって凹んだ凹部６４が形成される。外装筐体５０は防塵性を高めるために、上部カバー５２及び底部カバー６０を外装ケース５１に固定した状態において、ほぼ密閉状態となることが望ましい。従って、外装筐体５０、上部カバー５２及び底部カバー６０のいずれにも通気孔は形成されない。そのため、外装筐体５０内の熱を、外装筐体５０の外部に放熱する工夫が求められる。上述のフィン６３及び凹部６４は、外装筐体５０の放熱性能を向上させるための部材である。詳しくは後述する。
図６に示すように、外装ケース５１の底部は、上部カバー５２が取り付けられる外装ケース５１の上部を基準として奥行き方向に突出して形成される。具体的には、外装ケース５１の上部を基準として奥行き方向に沿って最も離れた位置にある基板保持面５１ｂと、基板保持面５１ｂの一方の側部（図６における右側）から外装ケース５１の他方の側部（図６における右側）に向かって傾斜するケース第１傾斜面５１Ｒと、基板保持面５１ｂの他方の側部（図６における左側）から外装ケース５１の他方の側部（図６における左側）に向かって傾斜するケース第２傾斜面５１Ｌと、を備える。
ケース第１傾斜面５１Ｒは、映像表示装置３０を取り付けるための取付開口部５１Ｒ１が形成される。映像表示装置３０は、バックライト３１ａと、バックライト３１ａの発光光をＬＣＤパネル３１ｃに導く導光体３１ｂと、表示オブジェクトが表示されるＬＣＤパネル３１ｃとを含んで構成される。バックライト３１ａから発せられた発光光がＬＣＤパネル３１ｃを透過して出射する際に表示オブジェクト像を含んだ映像光が形成され、ＬＣＤパネル３１ｃから映像光が出射する。
バックライト３１ａは、例えば、固体光源として比較的安価で信頼性の高いＬＥＤ（Light Emitting Diode）基板を用いる。バックライト３１ａは、高出力化するために面発光型とする。
映像表示装置３０は、外装ケース５１の取付開口部５１Ｒ１にＬＣＤパネル３１ｃをはめ込んで取り付けられる。従って、映像表示装置３０は、バックライト３１ａが露出した状態で外装ケース５１に取り付けられる。この状態で、底部カバー６０を外装ケース５１に被せると、底部第１傾斜面６２Ｒの内表面がバックライト３１ａに対向する。よって、バックライト３１ａで生じた熱は、底部カバー６０の他の部分に比べて底部第１傾斜面６２Ｒにより早く伝わる。底部第１傾斜面６２Ｒの外表面にはフィン６３が形成されるので、底部第１傾斜面６２Ｒに伝わったバックライト３１ａの熱は、フィン６３から放熱され、放熱性能が向上する。
ＨＵＤ１は、ミラー駆動部４４及び映像表示装置３０を制御するＣＰＵ（制御回路）７１と、これを搭載したメイン基板７０とを外装筐体５０に収容して構成される。映像表示装置３０は、フレキシブルケーブルを介してメイン基板７０から入力された映像信号に基づいてＬＣＤパネル３１ｃに表示オブジェクトを表示し、バックライト３１ａからの光を変調することで映像光を出射する。
図６に示すように、メイン基板７０は、外装ケース５１の基板保持面５１ｂに対してねじ（締結部材）７５で固定される。ＣＰＵ７１上には空気よりも熱伝導性が高い熱伝導性シート７９を載置する。そして、外装ケース５１に底部カバー６０をねじ６５を用いて固定する。
図７に示すように、凹部６４は、ＣＰＵ７１と対向する位置に設けられるので、ＣＰＵ７１から熱伝導性シート７９を介して底部カバー６０に至る熱伝達経路が形成される。
凹部６４のくぼみの深さは、凹部６４の底面と熱伝導性シート７９を介してＣＰＵ７１との間に空隙が生じない深さであることが望ましい。これによりＣＰＵ７１から熱伝導性シート７９を介して底部カバー６０に至る熱伝達経路に空気層が形成されることを抑制し、熱伝導性をより向上させることができる。
本実施形態に係るＨＵＤ１によれば、上部カバー５２、外装ケース５１、及び底部カバー６０は通気孔のような開口部を備えず、これらを組み合わせた状態で外装筐体５０は密閉されるので、防塵性を向上させることができる。ここでいう密閉とは、外装ケース５１にねじ７５を用いて底部カバー６０を固定した状態において、外装ケース５１の底面と映像表示装置３０とが外装筐体５０の外部空間から隔離して収容できればよく、厳密な気密性を要求する意図ではない。もちろん、気密性が高い方が望ましいが、例えば外装ケース５１と底部カバー６０との間にパッキンを介在させて気密性を担保することまでは要求する意図ではない。
一方、ＨＵＤ１の小型化を図ることにより、内部空間が狭くなり、熱源となるバックライト３１ａと熱対策が必要なＣＰＵ７１とを近づけて配置せざるを得なくなる。そのため、外装筐体５０の密閉性と相まって、特にＣＰＵ７１の熱対策が必要となる。
ここで、底部カバー６０におけるバックライト３１ａに対向する部位の外表面にフィン６３を備えることで、より早くバックライト３１ａから生じた熱を底部カバー６０のフィン６３から放熱することができる。これにより、外装筐体５０内部に熱がこもることを抑制する。
更に、ＣＰＵ７１自体も発熱するが、その熱を熱伝導性シート７９を介して底部カバー６０に伝達することができる。これにより、外装筐体５０内部に熱がこもることを更に抑制し、ＣＰＵ７１の温度上昇を抑制する。
また、フィン６３を底部カバー６０に一体成型することにより、フィン６３が底部カバー６０のリブ構造として機能する。これにより、底部カバー６０の強度を高めることができる。
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変更態様は本発明の技術的範囲に属する。
図８、図９を参照して、他の実施形態について説明する。図８、図９は、底部カバー６０ａ、６０ｂの構造説明図であり、平面図（ａ）、底部カバー６０の内表面斜視図（ｂ）、左斜視図（ｃ）、右斜視図（ｄ）、及び外観斜視図（ｅ）を関連づけて図示する。図１０は、底部カバー６０ｃの外観斜視図である。
図８に示す底部カバー６０ａは、上述の底部カバー６０のフィン６３と比べてフィン６３ａの形状が異なる。底部カバー６０ａには、底部第１傾斜面６２Ｒ、底部平面６１、及び底部第２傾斜面６２Ｌにかけて連続する突起を複数列並べたフィン６３ａが形成される。底部カバー６０ａの長手方向に亘ってフィン６３ａを設けてリブ構造をなすことにより、底部カバー６０ａの強度を増すことができる。また、底部カバー６０のフィン６３よりも表面積を増やすことにより、放熱性を向上させることができる。
図９に示す底部カバー６０ｂは、上述の底部カバー６０のフィン６３と比べてフィン６３ｂの形状及び設置位置が異なる。底部カバー６０ｂには、底部平面６１の幅方向と略平行な突起を複数列配列したフィン６３ｂが形成される。ＨＵＤ１が搭載されるダッシュボード内側の形状によっては、バックライト３１ａの対向面（例えば底部第１傾斜面６２Ｒ）の外表面にフィンが形成できないこともある。その場合は、底部カバー６０ｂの他の場所にフィンを設けてもよい。
図１０に示す底部カバー６０ｃは、上述の底部カバー６０において、底部第２傾斜面６２Ｌを備えず、底部平面６１に連続して底部第１傾斜面６２Ｒのみを形成する。そして、底部第１傾斜面６２Ｒに板状部材を複数列してフィン６３ｃを形成する。底部第２傾斜面６２Ｌを備えたものに対して軽量化できる。
１ ：ＨＵＤ
２ ：車両
３ ：ウィンドシールド
５ ：運転者
３０ ：映像表示装置
３１ａ ：バックライト
３１ｂ ：導光体
３１ｃ ：ＬＣＤパネル
４０ ：虚像光学系
４１ ：レンズユニット
４２ ：反射ミラー
４３ ：凹面ミラー
４４ ：ミラー駆動部
５０ ：外装筐体
５１ ：外装ケース
５１Ｌ ：ケース体第２傾斜面
５１Ｒ ：ケース第１傾斜面
５１Ｒ１ ：取付開口部
５１ｂ ：基板保持面
５２ ：上部カバー
５２ａ ：出射開口部
５３ ：防眩板
６０ ：底部カバー
６０ａ ：底部カバー
６０ｂ ：底部カバー
６０ｃ ：底部カバー
６１ ：底部平面
６２Ｌ ：底部第２傾斜面
６２Ｒ ：底部第１傾斜面
６３ ：フィン
６３ａ ：フィン
６３ｂ ：フィン
６４ ：凹部
６５ ：ねじ
７０ ：メイン基板
７１ ：ＣＰＵ
７５ ：ねじ
７９ ：熱伝導性シート
８０ ：虚像
Ｌ ：光路

Claims (3)

  1. 運転者に対して虚像を表示するヘッドアップディスプレイであって、
    バックライト及び液晶パネルを含む映像表示装置と、
    前記液晶パネルから出射した映像光の光路を形成する虚像光学系と、
    前記映像表示装置及び前記虚像光学系を収容する外装筐体と、を備え、
    前記外装筐体は、前記虚像光学系を収容すると共に前記映像表示装置が取り付けられる外装ケースと、
    前記外装ケースにおいて前記映像光が出射する上部を覆う上部カバーと、
    前記外装ケースの底部を覆う底部カバーと、を備え、
    前記底部カバーは、前記外装ケースに固定された状態において、前記外装ケースの底面と前記映像表示装置とを前記外装筐体の外部空間から隔離して収容し、
    前記底部カバーの底部平面の一方の側部から前記外装ケースの一方の側部に向かって傾斜する傾斜面にはフィンが備えられ、
    前記映像表示装置は、前記外装ケースの開口部に前記液晶パネルをはめ込んで取り付けられ、
    前記外装ケースに取り付けられる前記バックライトが露出した状態で前記底部カバーを前記外装ケースに被せ、前記傾斜面の内表面が前記バックライトに対向する
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  2. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
    前記映像表示装置の制御を行う制御回路及び当該制御回路を搭載したメイン基板を更に備え、
    前記外装ケースは、前記底部カバーと対向する面に前記メイン基板を保持する基板保持面を含み、
    前記基板保持面に保持された前記メイン基板上の前記制御回路と前記底部カバーとの間に、空気よりも熱伝導性が高い熱伝導性シートが配置される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
  3. 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
    前記底部カバーにおける前記制御回路と対向する面に、前記制御回路に向かって凹んだ凹部が形成される、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
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