JP2005186913A

JP2005186913A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2005186913A
Application number: JP2003434796A
Authority: JP
Inventors: Kunimitsu Aoki; 邦光青木; Takeshi Nakamura; 中村　　剛; 良秀 ▲高▼田; Yoshihide Takada
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: US20050156815A1; US7532175B2; JP4223942B2

Abstract

【課題】反射部材の揺れを抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】表示情報を表示する表示源１５と、車両に固定されるフレーム部材１８に対して回動自在に支持される反射部材１４と、反射部材１４の回動位置をギア機構により調節する調節手段１９と、を備え、表示源１５に表示された表示情報の表示光を反射部材１４により反射させて車両のウインドシールド側の投影エリア上に投影させ、アイポイントからウインドシールドを透して視認される車両の前景と投影エリアに投影される表示情報の虚像とを重畳視認させるに当たり、表示光がアイポイントに向かうように調節手段１９にて反射部材１４の回動位置を調節するヘッドアップディスプレイ装置１０において、調節手段１９により調整可能な反射部材１４の回動範囲における回動方向への反射部材１４の移動を可能とし、それ以外の反射部材１４の移動を不能とする規制手段４４，７６を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関し、より詳細には、表示情報を表示する表示源と、回動軸によって回動自在に支持された反射部材と、該反射部材の回動位置をギア機構により調節する調節手段と、を備え、前記表示源に表示された表示情報の表示光を、前記反射部材により反射させて車両のウインドシールド側の投影エリア上に投影させ、前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記投影エリアに投影される前記表示情報の虚像とを重畳視認させるに当たり、前記表示光が前記アイポイントに向かうように前記調節手段によって前記反射部材の回動位置を調節するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

近年、運転者が運転に際して求める情報の増加や多角化に伴って、情報内容（情報量は少ないが緊急度の高い情報）によっては情報を車両のウインドシールド上に虚像表示させ、それを透して視認させる車両の前景と重畳視認させる、ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）が自動車、列車等の車両の運転席に採用されている。

このようなＨＵＤは、車両のインストルメントパネル（インパネ）内部に表示源を配置し、この表示源の画像を示す表示光を、拡大系ミラー等の反射部材によりウインドシールド、コンバイナ等の投影エリアに向けて反射させ、この表示エリア上に虚像を投影させ、それを透して視認させる車両の前景と重畳視認させる。

ところで、運転者は座高等の個人差により目の高さが異なるため、虚像を視認できる目の位置が狭い範囲に限定されるＨＵＤでは、前記表示光の投影方向が運転者の目に向かわないと、運転者は重畳表示された表示内容を十分に視認できない。そのため、反射部材の姿勢を調節する調節部材を設け、その調節に応じて前記表示光の投影方向を運転者の目に向かわせるように運転者自身に調節させるＨＵＤが開示されている（特許文献１）。

また、ウインドシールドからの太陽光を表示源に逆入射させないようにするために、始動停止用キースイッチ（イグニッションスイッチ）の原動機の停止させる操作に基づき、反射部材の反射面が表示源の表示面に対向する位置から外れるように、反射部材の回動位置を調整するようにしたＨＵＤが開示されている（特許文献２）。
特公平９−２６４５４８７号公報特開２００１−９７０７３号公報

しかしながら、上述した従来のＨＵＤでは、回動軸を回動中心として回動自在に支持された反射部材にギア機構の出力を伝達して回動させる機構を備えるが、ギアをスムーズに駆動させるためには適度なあそび（わずかな隙間）を必要とすることから、そのあそびが蓄積されたバックラッシュの状態で車両が振動すると、反射部材が揺れてしまい、運転者の視認性を低下させてしまうという問題があった。特に、上述した特許文献２のように、反射部材（鏡）を回動させるために複数のギアを用いていると、あそびが蓄積されて反射部材が揺れやすくなるという問題があった。

また、近年では表示源の大型化に伴って反射部材が大型化すると、その反射部材は車両の振動等によって揺れやすくなり、投影エリアに投影される虚像も大型化していることから、その揺れによって視認性をより一層低下させてしまうため、簡単な構成で如何に反射部材の揺れを抑制させるかが課題となっていた。

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、バックラッシュによる反射部材の揺れを抑制するヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置は、図１の基本構成図に示すように、表示情報を表示する表示源と、車両に固定されるフレーム部材と、該フレーム部材に対して回動自在に支持される反射部材と、該反射部材の回動位置をギア機構により調節する調節手段と、を備え、前記表示源に表示された表示情報の表示光を、前記反射部材により反射させて前記車両のウインドシールド側の投影エリア上に投影させ、前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記投影エリアに投影される前記表示情報の虚像とを重畳視認させるに当たり、前記表示光が前記アイポイントに向かうように前記調節手段によって前記反射部材の回動位置を調節するヘッドアップディスプレイ装置において、前記調節手段により調整可能な前記反射部材の回動範囲における回動方向への前記反射部材の移動を可能とし、それ以外の前記反射部材の移動を不能とする規制手段を備えることを特徴とする。

上記請求項１に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、反射部材は調節手段により調整可能な回動範囲で回動され、表示源の表示光が前記アイポイントに向かう回動位置となるように、反射部材は調節手段によって調整可能な回動範囲で回動されて調節されることで、車両の前景と表示情報の虚像とが運転者によって重畳視認される。そして、フレーム部材を介して伝達される車両の振動等に応じて反射部材が回動方向以外に移動しようとしても、その移動は規制手段によって阻止される。

上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、前記調節手段は、前記反射部材に生じる揺れを吸収するように形成していることを特徴とする。

上記請求項２に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、車両の振動等が反射部材に伝達され、反射部材の回動方向等に揺れが生じても、調節手段によってその揺れは吸収される。

上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、図１の基本構成図に示すように、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、前記反射部材は、前記投影エリアに表示される前記表示情報の歪みを相殺するような反射面形状とし、回動軸を回動中心として回動自在に支持されており、前記調節手段は、前記反射部材の角から前記回動軸に垂直に交わる直線の交点までの距離が最も長い前記反射部材の角近傍にて前記調整を行うことを特徴とする。

上記請求項３に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、投影エリアに表示される表示情報の歪みが相殺されるような反射面形状（非球面形状）に形成され、回動中心となる回動軸によって回動自在に指示されると、反射部材の角から回動軸に垂直に交わる直線の交点までの距離が最も長い反射部材の角近傍に調節手段が設けられ、反射部材の回動位置の調整が行われる。

以上説明したように請求項１に記載した本発明のヘッドアップディスプレイ装置によれば、反射部材の調整可能な回動範囲における回動方向への移動を可能とし、それ以外の反射部材の移動を不能とするように構成したことから、調節手段のギア機能のバックラッシュによって車両の振動等が反射部材に伝達されても、反射部材は回動範囲の回動方向にしか移動できないため、反射部材の揺れを抑制することができる。従って、車両等が振動しても反射部材の揺れは抑制されることから、表示情報の虚像が揺れることによる運転者の視認性の低下を抑制することができる。また、大型の反射部材を用いると、反射部材は揺れやすくなるが、本発明のように反射部材の揺れを抑制することで、反射部材の大型化にも容易に対応することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、車両の振動等によって反射部材が回動方向に揺れたとしても、調節手段によってその揺れは吸収するようにしたことから、反射部材の揺れをより一層抑制することができる。また、車両の振動が調節手段に伝達されても、その振動は調節手段によって吸収されて反射部材に伝達されにくくなることから、反射部材の揺れをより一層抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、投影エリアに表示される表示情報の歪みが相殺されるような反射面形状（非球面形状）の反射部材の中心を通らずに偏った位置で回動軸が反射部材を支持しているときに、反射部材の角から回動軸に垂直に交わる直線の交点までの距離が最も長い反射部材の角近傍に調節手段を設けるようにしたことから、回動中心が偏ったことで反射部材が揺れやすい構造となったヘッドアップディスプレイ装置であっても、車両の振動等による反射部材の揺れをより一層抑制することができる。

以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の一実施の形態を、図１〜図６の図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の概念の一例を示す概念図であり、図２はヘッドアップディスプレイ装置の概観の一例を示す斜視図であり、図３はホルダ部材の概観を示す斜視図であり、図４はヘッドアップディスプレイ装置の透視図であり、図５は調整部材の概略構成を示す構成図であり、図６は図５の伝達軸の一例を示す図である。

ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤともいう）は、図１に示すように、車両のインストルメントパネル（以下、インパネという）１内に設けられ、拡大ミラー（反射部材）１４と、自発光デバイス（例えば、ＦＥ〔フィールドエミッション〕ディスプレイ、蛍光表示管、ＥＬ〔エレクトロルミネッセンス〕ディスプレイ等）やバックライト付きの液晶ディスプレイ等の表示デバイス（表示源）１５と、表示デバイス１５に表示される表示情報の表示光を拡大ミラー１４に反射する平板ミラー１６と、を備える。

表示デバイス１５の表示光は平板ミラー１６にて拡大ミラー１４に反射され、この拡大ミラー１４で反射した表示光は、インパネ１の開口部１ａから車両のウインドシールド３の投影エリアＥ上に投影される。そして、投影された表示情報の虚像Ｓと、車両のアイポイントＩからウインドシールド３を透して視認される車両の前景とを、ＨＵＤは運転者に重畳視認させる。

図２〜４において、１０は本発明に係るＨＵＤを示す、ＨＵＤ１０は、拡大ミラー１４と回動軸４１を収容しているホルダ部材４２と、表示デバイス１５と平板ミラー１６を収容したケース部材７０とを有するユニットとして形成している。

拡大ミラー１４は、凹面レンズ、非球面レンズ等で略長方形に形成しており、この拡大ミラー１４と回動軸４１を、回動軸４１が拡大ミラー１４の回動中心となるようにホルダ部材４２に収容している。そして、回動軸４１の両端は、回動自在に保持されるようにホルダ部材４２から突出している。

また、ウインドシールド３は水平及び鉛直の両方向について各々曲率を有する非平面上に形成されていることから、表示エリアＥに表示される表示情報が歪んだ状態で表示されてしまうため、その歪みを相殺するように拡大ミラー１４の回動方向を回動軸４１によって画定している。本最良の形態では、図３に示すように、拡大ミラー１４の中心を通らずに、拡大ミラー１４の長手方向の一辺とその一辺に直交する他辺と交わるように回動軸４１を設けている。

ケース部材７０は、支持している拡大ミラー１４で反射した表示光が内部を通過できるように、拡大ミラー６及びインパネ１の開口部１１と対向する箇所が、各々の形状に応じた開口を有する中空箱状に形成している。そして、ケース部材７０の側壁７１の各々から延在する一対の支持部７５によって回動軸４１の両端を回動自在に支持することで、ホルダ部材４２をケース部材７０に回動自在に取り付けている。

また、ケース部材７０を構成し、側壁７１に連設する上部ケース７２の内面の所定位置には、表示デバイス１５を配置している。そして、上部ケース７２に対向する下部ケース７３には、表示デバイス１５の外形よりも大きな開口を形成しており、表示デバイス１５からの表示光を拡大ミラー１４に反射する角度で平板ミラー１６を配置するミラー収容部７４をその開口に連設している。

ケース部材７０は、拡大ミラー１４で反射した表示光が出射する開口７ａが、インパネ１の開口部１ａと対向するように、複数（例えば、４本）のフレーム部材１８によって車体に取り付けている。そして、拡大ミラー１４の回動位置をギア機構により調整する調整部材（調節手段）９を、拡大ミラー１４における角から回動軸４１に垂直に交わる直線の交点までの距離が最も長い拡大ミラー１４の角４２ｃ近傍のフレーム部材１８に設けている。

調節部材１９は、モータ１９ａと、該モータ１９ａの出力軸の先端にウォームギア１９ｂに螺合する回転ギア１９ｃと、該回転ギア１９ｃの中心孔に螺合する伝達軸１９ｄと、伝達軸１９ｄの一端側に設けられてホルダ部材４２に連結される連結部材１９ｅと、を備える。

ここで、図６（ａ）は伝達軸１９ｄの正面図、図６（ｂ）は連結部材１９ｅを取り付けた状態の伝達軸１９ｄの正面図をそれぞれ示しており、伝達軸１９ｄは、金属部材によって丸棒の表面に螺旋状の溝を形成しており、その一端に連結部材１９ｅを回動可能に取り付ける取付部９ｄ１を設けている。

連結部材１９ｅは、ホルダ部材４２の角４２ｃの近傍に形成しているホルダ側取付部４３に取り付けている。そして、この連結部材１９ｅを図６（ｂ）中の矢印方向に移動可能に構成することで、拡大ミラー（反射部材）１４に生じる揺れを吸収するようにしている。

なお、本発明はこれに限定するものではなく、伝達軸１９ｄを樹脂部材で形成し、その樹脂の弾性でのみ拡大ミラー１４に生じる揺れを吸収したり、また、樹脂部材で形成した伝達部材１９ｄに上述した連結部材１９ｅを設けることで、樹脂の弾性と連結部材１９ｅの回動により揺れを吸収するなど請求項中の調節手段を種々異なる実施の形態で実現することができる。

調節部材１９のモータ１９ａが、図５中の矢印Ｆ若しくは矢印Ｂの方向に移動させるために駆動されると、ウォームギア１９ｂによって回転ギア１９ｃがその方向に応じた回動方向に回動され、この回動に応じて伝達軸１９ｄが矢印Ｆ若しくは矢印Ｂの方向に移動される。そして、この伝達軸９ｄの移動量が連結部材１９ｅを介してホルダ部材４２に伝達されることで、ホルダ部材４２を図４中の矢印Ｆ若しくは矢印Ｂの方向に移動され、回動位置が調節される。

また、ホルダ部材４２の角４２ｃの近傍の側壁とケース部材７０のミラー収容部７４の側壁には、調節部材１９により調整可能な拡大ミラー（反射部材）１４の回動範囲を規定すると共に、その回動範囲における回動方向への拡大ミラー１４の移動を可能とし、それ以外の拡大ミラー４１の移動を不能とする規制手段に相当する、ホルダ側摺動部４４とケース側摺動部７６をそれぞれ設けている。

ホルダ側摺動部４４は、断面が略三角柱状の突起としてホルダ部材４２に形成しており、ケース側摺動部７６は、ホルダ側摺動部４４の回動範囲を画定するとともに、その回動範囲においてホルダ側摺動部４４が接触した状態ですり動かすことが可能なように形成している。

よって、ホルダ部材４２のホルダ側摺動部４４とケース部材７０のケース側摺動部７６とによって拡大ミラー１４の移動を規制している。なお、本発明は上述した構成に限定するものではなく、ホルダ側摺動部４４をケース側摺動部７６によって完全に覆うような構造としたり、規制手段をスライド機構とするなど種々異なる実施の形態とすることができる。

次に、上述のように構成したヘッドアップディスプレイ装置１０の本発明に係る動作（作用）の一例について説明する。

ＨＵＤ１０において、表示デバイス１５に表示情報が表示されると、その表示光Ｌ（図４参照）は平板ミラー１６にて拡大ミラー１４に反射され、拡大ミラー１６にて拡大されてウインドシールド３の投影エリアＥに向けて反射される。そして、その表示光Ｌによって投影エリアＥには虚像Ｓが投影されることで、この虚像Ｓと車両の前景との重畳視認が可能となる。

ＨＵＤ１０の拡大ミラー１４の回動位置を調節する場合、運転者はウインドシールド３の投影エリアＥに表示される表示情報の虚像Ｓを視認しながら、インパネ１の調節スイッチ（図示せず）を操作することで、拡大ミラー１４の回動方向を指示する。そして、その指示に基づいてモータ９ａが駆動されると、ウォームギア９ｂの回動に応じて伝達軸９ｄが移動される。そして、伝達軸９ｄの移動に応じて拡大ミラー１４は回動軸４１を回動中心として前記指示された回動方向に回動される。そして、表示光がアイポイントＩに向かう回動位置になるように拡大ミラー１４が回動されると調節操作が終了する。

また、走行時に車両が振動すると、その振動はケース部材７０や調節部材１９を介してホルダ部材４２に伝達されるが、この振動に応じてホルダ部材４２が拡大ミラー１４の回動方向以外に移動しようとすると、ケース側摺動部７６によってホルダ側摺動部４４の移動が阻止される、つまり、拡大ミラー１４の移動が阻止される。また、ホルダ部材４２が振動によって回動方向に移動することで、回動方向への揺れが生じても、ホルダ部材４２と伝達軸９ｄとを連結する連結部材９ｅの何れかの方向への回動によってその揺れは吸収される。

以上説明したように、拡大ミラー（反射部材）４の調整可能な回動範囲における回動方向への移動を可能とし、それ以外の拡大ミラー１４の移動を不能とするように、ホルダ側摺動部４４とケース側摺動部７６とからなる規制手段を有する構成したことから、調整部材（調節手段）９のギア機能のバックラッシュによって車両の振動等が拡大ミラー１４に伝達されても、拡大ミラー１４は回動範囲の回動方向にしか移動できないため、反射部材の揺れを抑制することができる。

従って、車両等が振動しても拡大ミラー１４の揺れは抑制されることから、表示情報の虚像が揺れることによる運転者の視認性の低下を抑制することができる。また、大型の拡大ミラー１４を用いると、拡大ミラー１４は揺れやすくなるが、本発明のように反射部材の揺れを抑制することで、拡大ミラー１４の大型化にも容易に対応することができる。

さらに、車両の振動等によって拡大ミラー１４が回動方向に揺れたとしても、調節部材１９の連結機構によってその揺れは吸収するようにしたことから、拡大ミラー１４の揺れをより一層抑制することができる。また、車両の振動が調節部材１９に伝達されても、その振動は調節部材１９によって吸収されて拡大ミラー４に伝達されにくくなることから、拡大ミラー１４の揺れをより一層抑制することができる。

また、投影エリアＥに表示される表示情報の歪みが相殺されるように、拡大ミラー１４の中心を通らずに偏った位置で回動軸４１が拡大ミラー１４を支持しているときに、拡大ミラー１４の角から回動軸４１に垂直に交わる直線の交点までの距離が最も長い反射部材の角４２ｃ近傍に調節部材１９を設けるようにしたことから、回動中心が偏ったことで拡大ミラー１４が揺れやすい構造となったＨＵＤ１０であっても、車両の振動等による拡大ミラー１４の揺れをより一層抑制することができる。

なお、上述した本最良の形態では、拡大ミラー１４を請求項中の反射部材とした場合について説明したが、本発明はこれに限定するものではなく、平板ミラー１６が回動可能な構成でれば、その平板ミラー１６に対する規制手段を設けるなど種々異なる実施の形態とすることができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の概念の一例を示す概念図である。ヘッドアップディスプレイ装置の概観の一例を示す斜視図である。ホルダ部材の概観を示す斜視図である。ヘッドアップディスプレイ装置の透視図である。調整部材の概略構成を示す構成図である。図５の伝達軸の一例を示す図である。

符号の説明

１０ヘッドアップディスプレイ装置
１４拡大ミラー（反射部材）
１５表示デバイス（表示源）
１６平板ミラー
１８フレーム部材
１９調節部材（調節手段）
４４ホルダ側摺動部（規制手段）
７６ケース側摺動部（規制手段）

Claims

表示情報を表示する表示源と、車両に固定されるフレーム部材と、該フレーム部材に対して回動自在に支持される反射部材と、該反射部材の回動位置をギア機構により調節する調節手段と、を備え、前記表示源に表示された表示情報の表示光を、前記反射部材により反射させて前記車両のウインドシールド側の投影エリア上に投影させ、前記車両のアイポイントから前記ウインドシールドを透して視認される前記車両の前景と、前記投影エリアに投影される前記表示情報の虚像とを重畳視認させるに当たり、前記表示光が前記アイポイントに向かうように前記調節手段によって前記反射部材の回動位置を調節するヘッドアップディスプレイ装置において、
前記調節手段により調整可能な前記反射部材の回動範囲における回動方向への前記反射部材の移動を可能とし、それ以外の前記反射部材の移動を不能とする規制手段を備える
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記調節手段は、前記反射部材に生じる揺れを吸収するように形成している
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。
前記反射部材は、前記投影エリアに表示される前記表示情報の歪みを相殺するような反射面形状とし、回動軸を回動中心として回動自在に支持されており、
前記調節手段は、前記反射部材の角から前記回動軸に垂直に交わる直線の交点までの距離が最も長い前記反射部材の角近傍にて前記調整を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。