JP2009143497A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品質の向上とコストの低減を実現する、車両用のヘッドアップディスプレイの提供。
【解決手段】視認者の視認方向に設けられた表示部材６に表示像１１ｃを投映する車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００は、表示像１１ａを出力する表示機器２と、表示機器２より出力される表示像１１ａを、表示部材６へ投映する光学系４とを備える。光学系４には、金属材料により形成される反射鏡が用いられ、この反射鏡は、曲面状の反射面を有する曲面反射鏡４４である。歪みの無い視認像１１ｃを運転者に届けるには、金属材料の曲げ加工で精巧な曲面形状を形成する必要がある。その為、曲面反射鏡４４には、スプリングバックを抑制する為の補強部材４６が設けられ、その曲げ剛性を向上させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の前方に虚像を表示する、車両用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、車両用のヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。ヘッドアップディスプレイ装置においては、例えば、特許文献１に開示されているように、車両前方に表示像を表示させる為の、複数の反射鏡をその構成に有する光学系が必要となる。
特開２００５−２０６１３３号公報

従来、車両用ヘッドアップディスプレイ装置の光学系を構成する反射鏡は、ガラスもしくは樹脂を基材とし、その表面へ金属を真空蒸着させることで形成されていた。しかしながら、ガラス製の基材による反射鏡は、強度確保の為に板厚が必要であり、その構造から反射鏡の熱容量が大きくなり、反射鏡が冷たくなっている際に、表示機器等で暖められた空気が反射面で冷やされ、くもりを生じて一時的に反射率が低下する。加えて、くもりにより生じた水分に、塵や埃が付着、それらが堆積することで、反射鏡の反射率が低下していく。また、樹脂の成型品では、基材である樹脂と蒸着された金属との線膨張率の違いから、車内の温度変化により、その蒸着面の剥離を生じる。これらの表示品質低下の問題に加えて、鏡面形成時に必要な真空蒸着が、高コストであるという問題もある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示品質の向上とコストの低減を実現する、車両用のヘッドアップディスプレイを提供することである。

上記目標を達成する為に、請求項１に記載の発明では、視認者の視認方向に設けられた表示部材に表示像を投映する車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、表示像を出力する表示機器と、表示機器より出力される表示像を、表示部材へ投映する光学系と、を備え、光学系は、金属材料により形成される反射鏡を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、表示像を出力する表示機器と、視認者の視認方向に設けられた表示部材と、表示機器より出力される表示像を、表示部材へ投映する光学系と、を備える車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、光学系は、金属材料により形成される反射鏡を有することを特徴とする。尚、表示部材はウィンドシールド、コンバイナ、スクリーン等である。

これらの発明によると、反射鏡は、金属製であり、ガラス製の反射鏡と同等以上の強度を、より薄い板厚で得ることができる。金属製の反射鏡は、その板厚が薄い為、熱容量を小さくすることができ、さらに熱伝導率もガラスと比較して高いことから、雰囲気温度への追従性が良く、反射面のくもり発生を抑制でき、反射率の一時的な低下を生じない。更に、くもりにより反射面に生じた水分へ塵や埃が付着することが無い為、塵や埃の堆積による反射率の低下も抑止できる。また、金属製の反射鏡は、金属の真空蒸着の工程が不要となることから、低コストであり、蒸着面が無い為、蒸着面の剥離も生じない。これらの作用により、表示品質に優れ、且つ低コストである、車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

請求項３に記載の発明では、表示部材は、曲面状に成形され、光学系が有する反射鏡は、表示部材での反射時に表示像に生じる歪みを補正する曲面状の反射面を備える曲面反射鏡であって、曲面反射鏡は、金属製の板材の曲げ加工により形成され、且つ曲げ方向の剛性を向上させる補強部材が設けられていることを特徴とする。この発明によると、表示部材が曲面状に成形されることから、光学系から投映された表示像は、表示部材で視認者側に反射される際に歪みを生じる。視認者に歪みの無い表示像を視認させる為には、表示部材での反射で生じる歪みを相殺する歪みを、予め光学系において表示像に与える必要がある。光学系が有する曲面反射鏡の反射面は、表示機器が出力する表示像に予め歪を与え、表示部材での反射により生じる歪みを補正する作用を備える。

この構成では、曲面反射鏡は、金属製の板材を曲げることによって成形されている。金属製の板材の曲げ加工では、内面側は圧縮され、外面側は引張られる。加工荷重が解放されると、曲げられた板材には、金属材料の弾性による復元力によって、加工時とは逆方向の、平面形状に戻ろうとする曲げモーメントが作用する。これにより、板材はスプリングバックを生じる。スプリングバックにより、曲面反射鏡は、曲面状に成形される表示部材で生じる歪みを補正する為に必要な、精巧な曲面形状を精度良く得ることが難しくなる。その対策として、曲面反射鏡は、曲げ加工方向の曲げ剛性を向上させ、復元力による曲げモーメントによる変形量を抑制する作用を有する補強部材を備えている。この構造により、曲面反射鏡は、精巧な反射面の曲面形状が得られ、正確な表示像の補正が可能となる。その結果、視認者が歪みの無い表示像を認識可能な、表示品質に優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

請求項４に記載の発明では、曲面反射鏡に設けられる補強部材は、曲面反射鏡の外周縁部に形成される折り曲げ部であることを特徴とする。この発明によると、補強部材は曲面反射鏡の外周縁部の折り曲げ部であることから、曲面反射鏡は１つの板材から成形することができる。これにより、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を、より低コストで提供することが可能となる。

請求項５に記載の発明では、曲面反射鏡の折り曲げ部の高さは、曲面反射鏡の中心位置で最大となり、角部へ向かうに従い漸減する形状であることを特徴とする。曲面反射鏡の曲げ加工部に生じる、スプリングバックによる曲げモーメントは、曲面反射鏡の角部に向かうほど小さく、中心位置に向かうほど、曲げ加工部の復元力が積算され、中心位置で最大となる。この発明によると、曲面反射鏡の折り曲げ部の高さは、スプリングバックによる曲げモーメントが最大となる中心位置が最も高く、曲げモーメントが最小となる角部に向かい、漸減する。この形状により、折り曲げ部の先端縁に作用する最大応力は、中心位置から角部まで均等化され、スプリングバック力に対する最適形状の折り曲げ部が得られる。この結果、最小面積の折り曲げ部で、スプリングバックを抑制する最大の作用を得ることができ、板材の面積を最小とすることができる為、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を、より低コストで提供することが可能となる。

請求項６に記載の発明では、曲面反射鏡の折り曲げ部は、曲面反射鏡の焦点側へ形成されることを特徴とする。この発明によると、折り曲げ部が曲面反射鏡の焦点側へ形成されることにより、スプリングバック力により生じる、折り曲げ部の先端縁に作用する力は、引張力となる。曲面反射鏡の折り曲げ部が、曲面反射鏡の焦点とは反対側へ形成された場合、折り曲げ部の先端縁には圧縮力が作用し、これにより生じる面外方向の力により、折り曲げ部は面外方向への変形を生じることとなる。また、焦点側へ折り曲げ部を形成した場合では、焦点と反対側へ折り曲げ部を形成した場合と比較して、折り曲げ部の面外方向への支持剛性が高くなる為、同一の高さの折り曲げ部が形成されたとしても、曲面反射鏡は、より高い曲げ剛性が得られる。この結果、最小面積の折り曲げ部で、スプリングバックを抑制する最大の作用を得ることができ、板材の面積を最小にすることができる為、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を、より低コストで提供することが可能となる。

請求項７に記載の発明では、曲面反射鏡の反射面の外周部と折り曲げ部の間には、ビードが形成されることを特徴とする。この発明によると、曲面反射鏡は、折り曲げ部の形成時、折り曲げ部周辺が塑性変形する為、板材の表面にうねりを生じ、そのうねりが反射面にまで及ぶことが懸念される。その対策として、反射面の外周部と折り曲げ部との間にビードを形成することで、折り曲げ部から生じる板材表面のうねりが反射面に及ぶことを抑止する作用を得る。加えて、ビードが形成されることによって、曲面反射鏡は曲げ剛性が向上し、スプリングバックを抑止する作用も得る。これらの作用により、曲面反射鏡は、より滑らかな曲面形状の反射面を有し、歪みの無い表示像を視認者が認識可能となり、表示品質のより優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

請求項８に記載の発明では、表示部材は、３次元の曲面状に成形され、曲面反射鏡の反射面は、表示部材での反射時に表示像に生じる歪みを補正する３次元の曲面状の反射面を備える曲面反射鏡であって、折り曲げ部は、外周縁部の全周に亘り形成され、ビードは、反射面の外周部に環状に形成されることを特徴とする。この発明によると、表示部材が３次元の曲面状である場合、表示部材での反射により生じる表示像の歪みの補正する為には、曲面反射鏡は、３次元の曲面形状を有する必要がある。ここで、曲面反射鏡は、折り曲げ部が、外周縁部の全周に亘り形成されることで、全ての曲げ方向に対しての曲げ剛性が向上する。この構造により、曲面反射鏡は、３次元の曲面形状が曲げ加工により成形されても、スプリングバックが抑止できる。また、折り曲げ部が外周縁部の全周に亘り形成されていることから、折り曲げ部の形成時に、材料の寄りを生じ易い形状となるが、環状のビードを反射面の外周部に形成することで、折り曲げ部周辺から生じる板材表面のうねりが反射面に及ぶことを抑止することができる。これらの作用により、表示部材が３次元の曲面状であっても、曲面反射鏡は、精巧な３次元の曲面形状を有する反射面が得られ、正確な表示像の補正が可能となる。その結果、歪みの無い表示像を視認者が認識可能となり、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

請求項９に記載の発明では、反射鏡の金属材料はアルミニウムであり、反射鏡の反射面は、基材であるアルミニウムと、アルミニウムの表面に形成される二酸化珪素による皮膜と、二酸化珪素による皮膜の外面に形成される二酸化チタンの皮膜により構成されることを特徴とする。この発明によると、反射鏡は、基材がアルミニウムであることから、熱伝導率に優れ、雰囲気温度への追従性により優れる。その為、反射面のくもり発生を抑制でき、反射率の一時的な低下を生じない。加えて、くもりにより反射面に生じた水分へ塵や埃が付着することが無い為、塵や埃の堆積による反射率の低下も抑止できる。また、アルミニウムは光の反射率が高い為、反射率の高い反射鏡を得ることができる。

また、二酸化珪素による皮膜が有する腐食防止作用は、雰囲気中の水分等による鏡面の劣化が抑止し、反射率が低下する経年変化を防止することができる。二酸化チタンによる皮膜は、反射率をより向上させる作用を有する。これらの作用により、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態における車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態における車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００の全体構成を示す模式図、図２は車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００の装置本体部１０１の構成を示す斜視模式図である。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００は、図１に示すように、表示機器であるプロジェクタ２と、平面鏡４３および曲面反射鏡である凹面鏡４４により構成される光学系４と、表示部材であるウィンドシールド６を備える。

図２に示すように、プロジェクタ２と光学系４は、筐体８に収容され、筐体８上面には開口部８０ａが形成され、開口部８０ａは、透過性を有する材料により形成された防塵カバー８１により封止されている。これらにより装置本体部１０１が構成され、図１で示すように、視認者である運転者前方のインストルメントパネル９内に配設される。

プロジェクタ２は、例えば液晶パネルと光源より構成され、表示像１１ａを投映出力する。プロジェクタ２から出力された表示像１１ａは、平面鏡４３と凹面鏡４４により反射され、筐体８の開口部８０ａに設けられた防塵カバー８１を透過し、ウィンドシールド６の投映面６０ａに投映さる。尚、本実施形態においては、表示部材はウィンドシールド６とするが、コンバイナや、スクリーン等であってもよい。

本実施形態における車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００では、運転者は、車両の前方方向に虚像１１ｃを視認する。その仕組みについて説明する。

図１に示すように、凹面鏡４４は、プロジェクタ２から平面鏡４３までの光路距離Ｄ１と、平面鏡４３から凹面鏡４４までの光路距離Ｄ２の和Ｄ１＋Ｄ２に応じて、その反射方向と反対方向の距離Ｄ３の位置に、プロジェクタ２から投映された表示像１１ａの第１の虚像１１ｂを結ぶ。第１の虚像１１ｂは、表示像１１ａの拡大像である。また、ウィンドシールド６の投映面６０ａは、曲面状に形成されていることから、凹面鏡４４と同様の機能を有し、投映面６０ａと凹面鏡４４との光路距離Ｄ４と、凹面鏡４４からその第１の虚像１１ｂが結ばれる位置までの距離Ｄ３の和Ｄ３＋Ｄ４の距離に応じて、運転者の視認方向であり、車両の前方方向の距離Ｄ５の位置に、第２の拡大された虚像１１ｃが結ばれ、虚像１１ｃは運転者の視認像となる。

運転者からウィンドシールド６の投映面６０ａまでの光路距離Ｄ６とすると、運転者から虚像１１ｃまでの距離はＤ５＋Ｄ６である。車両前方方向の虚像１１ｃが結ばれる位置までの距離Ｄ５が大きいほど、虚像１１ｃに示される情報を視認する為の運転者の焦点移動は小さくなる。距離Ｄ６は、車両により決まる為、距離Ｄ５を大きくする必要がある。距離Ｄ５を大きくするためには、Ｄ３＋Ｄ４を大きくすればよいが、距離Ｄ４は、距離Ｄ６と同様、車両により決まる為、距離Ｄ３、即ち、凹面鏡４４からプロジェクタ２までの光路距離を大きくすることが有効となる。平面鏡４３が設けられることにより、限られたインストルメントパネル９のスペース内において、凹面鏡４４からプロジェクタ２までの光路距離を延長、即ち、距離Ｄ１＋Ｄ２大きくすることができる。尚、本実施形態では平面鏡４３を１枚とし、虚像１１ｃが結ばれる位置は、図示しない車両のボンネット先端付近であるが、複数の平面鏡４３を設けることで、より凹面鏡４４とプロジェクタ２間の光路距離を延長し、車両前方に虚像１１ｃを結んでもよい。

本実施形態では、光学系４である凹面鏡４４および平面鏡４３にアルミニウム製の反射鏡を用いている。以下に、アルミニウム製の反射鏡を用いる効果について説明する。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００は、車室内の幅広い温度変化にさらされる。平面鏡４３および凹面鏡４４の反射面４３ａ、４４ａの反射率が低下すると、運転者の視認像１１ｃが不鮮明となり、表示品質の低下を引き起こす。その為、平面鏡４３および凹面鏡４４は、車室内条件下においても、常にその反射率を維持することが要求される。樹脂製の基材にアルミニウムの真空蒸着を施して形成した反射鏡の場合、車室内の温度変化による熱膨張を繰り返すと、基材の樹脂と蒸着されたアルミニウムとの線膨張率の違いから、蒸着面が剥離してしまい、反射率が著しく低下する問題がる。

ガラス製の基材にアルミニウムの真空蒸着を施して形成した反射鏡の場合、車両の振動や衝撃に耐えうる強度が必要なことから、基材となるガラス板の厚みを薄くすることができない。その為、ガラス製の反射鏡は、熱容量が大きく、雰囲気温度への追従性が悪い。車両が低温な環境に長時間置かれ、その状態から始動する際等、筐体８内に設置されたプロジェクタ２等からの排熱により急激に暖められた空気が、反射面４３ａ、４４ａで冷却されることによりくもりが生じ、反射鏡は、反射率が著しく低下する。加えて、くもりによって生じた反射面の水分へ、塵や埃が付着し、それらが堆積することにより、反射鏡は、その反射率を経年で徐々に低下させていく。

反射鏡にアルミニウム製の反射鏡を用いる構成によれば、反射面に真空蒸着を施す必要がなくなることから、蒸着面が剥離してしまうことがない。また、材料強度もガラスと比較して高いことから、板厚を薄くでき、反射鏡の熱容量を小さくすることができる。加えて、アルミニウムは熱伝導率に非常に優れた材料であり、雰囲気温度への追従性が高い反射鏡を得ることができる。その結果、冷間始動の際等、筐体８内に設置されたプロジェクタ２等からの排熱により急激に暖められた空気が、反射面で冷却されることにより生じるくもりも抑制でき、更に、塵や埃の堆積も抑止することができる。よって、車室内の温度変化に晒された場合でも、反射率を維持することができ、運転者は鮮明な視認像１１ｃを得られることから、表示品質の高い車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を提供することが可能となる。

また、樹脂材やガラス材の表面に、アルミニウムを真空蒸着する工程は、高コストであり、アルミニウム製の反射鏡とすることで、蒸着工程を削減することができ、大幅なコストの削減が実現する。更に、アルミニウム製の反射鏡では、ガラス製の反射鏡の場合に懸念される、組み立て時や搬送時の割れや欠けが無く、生産性が良い。よって、表示品質の高い車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を、より低コストで提供することが可能となる。

図３は、平面鏡４３の断面の模式図である。ここで、凹面鏡４４の断面の構造も平面鏡４３と同様である。

図３に示すように、平面鏡４３の反射面４３ａは、アルミニウムの基材４０と、基材４０の表面に形成される表面保護膜４１により構成される。この表面保護膜４１は、基材４０の表面に形成される二酸化珪素による保護膜４１ａと、この二酸化珪素による保護膜４１ａの表面形成される二酸化チタンによる保護膜４１ｂにより構成される。二酸化珪素による保護膜４１ａは、腐食防止の作用を有し、雰囲気中の水分等による、アルミニウムの表面の錆の発生を抑止し、反射鏡はその反射率を維持し続ける。また、二酸化チタンによる保護膜４１ｂは、鏡面の反射率を向上させる作用を有し、金属材料の中でも優れたアルミニウムの反射率をよりいっそう高めている。これらにより、表示品質の高い車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を提供することが可能となる。

また、アルミニウムである基材４０と表面保護膜４１ａ、４１ｂの成分である二酸化チタンおよび二酸化珪素は共に金属材料であるため、その線膨張率の値は近接する。その為、温度変化の繰り返しにより、表面保護膜４１ａ、４１ｂが基材４０から剥離することがない。その結果、経年使用による反射率の低下を抑止でき、表示品質の高い車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を提供することが可能となる。

次に、上述した車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００における凹面鏡４４の構造を説明する。

図４、図５、図６は、それぞれ凹面鏡４４の平面図、正面図、側面図であり、図７は図４のＶＩＩ−ＶＩＩ断面の断面図である。

図１に示す、ウィンドシールド６の投映面６０ａは、３次元の曲面形状である。この為、投映面６０ａで反射されることにより、視認像１１ｃに歪みを生じることとなる。運転者に歪みの無い視認像１１ｃを届ける為には、凹面鏡４４での反射時に、投映面６０ａでの反射時に生じる歪みを補正する歪みを、予め与える必要がある。その為に、凹面鏡４４は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００の搭載される車両のウィンドシールド６の投映面６０ａの３次元曲面形状に対応した専用形状である、精巧な３次元曲面を有していなければならない。

図４に示すように、凹面鏡４４は、３次元の曲面形状を有する反射面４４ａと、その周辺部に環状に設けられたビード４７と、外周縁部４５に設けられた折り曲げ部４６とをその構成に有する。凹面鏡４４の、３次元の曲面形状を有する反射面４４ａと、ビード４７と折り曲げ部４６は、１枚のアルミニウムの板材から、プレス工程により成型される。アルミニウムの板材表面には、上述した表面保護膜４１が形成されており、プレス加工による塑性変形時、プレス型表面との滑りによって傷を生じること防止する為の、容易に剥すことが可能な、薄いフィルム状の保護シールが貼られている。

図４に示すように、凹面鏡４４の外周縁部４５には、全周に亘り折り曲げ部４６が形成されており、プレス加工後の曲げ剛性を大きく向上させている。板材のプレス加工において、加工力を取り除いたとき、材料の弾性による復元力が作用し、成型前の形状に戻ろうとするスプリングバックが生じる。詳記すると、図７に示すように、曲げ加工が施された凹面鏡４４の反射面４４ａ側には、材料の弾性による復元力によって、伸張力Ｆ１が、外面側には収縮力Ｆ２が生じる。これにより、曲げ加工部には、曲げモーメントＭが作用し、このモーメントＭによる変形がスプリングバックとなる。スプリングバックが生じると、設計時に意図した、ウィンドシールド６の３次元曲面形状の投映面６０ａに対応した、精巧な３次元曲面を得られず、運転者の視認像１１ｃに歪みが生じてしまう。この折り曲げ部４６による凹面鏡４４の剛性の向上は、スプリングバックを抑制する作用を有する。

詳記すると、図５に示すように、凹面鏡４４の長手方向の曲げＢ１の加工力により、反射面４４ａの曲げ加工後、加工力を取り除くと、材料の復元力により、曲げモーメントＳＢ１が生じ、スプリングバックを生じる。ここで、折り曲げ部４６ａが形成されることにより、曲げモーメントＳＢ１方向の、凹面鏡４４の曲げ剛性が向上し、曲げモーメントＳＢ１によるスプリングバックが大幅に抑制される。同様に、図６に示すように、凹面鏡４４の長手方向と直交方向の曲げＢ２の加工力の除去後、材料の復元力により生じる曲げモーメントＳＢ２により、スプリングバックを生じる。折り曲げ部４６ｂが形成されることにより、曲げモーメントＳＢ２方向の、凹面鏡４４の曲げ剛性が向上し、曲げモーメントＳＢ２によるスプリングバックが大幅に抑制される。このように折り曲げ部４６を形成することにより、精巧な３次元曲面を高精度で得られ、歪みの無い視認像１１ｃが得られることから、表示品質の高い車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を提供することが可能となる。

次に、上述した凹面鏡４４の特徴的な形状について説明する。

図５および図６に示すように、凹面鏡４４の折り曲げ部４６は、凹面鏡４４の中心位置で高さが最大となる形状であり、凹面鏡４４の焦点側に形成され、凹面鏡４４の外周縁部４５の全周に亘り設けられる。

折り曲げ部４６は、凹面鏡４４の中心位置で高さが最大となり、折り曲げ部４６と直交方向の端部に向かうに従い漸減し、折り曲げ部４６に作用する応力の均等化が図られている。詳記すると、凹面鏡４４の反射面４４ａに生じる復元力は、外周縁部４５付近ではほぼゼロであり、凹面鏡４４の中心位置へ近づくほど、その位置から、外周縁部４５付近までの曲げ加工面の復元力が積算され、増加する。対して、折り曲げ部４６ａの先端縁部４６ｃは、凹面鏡４４の中心位置へ近づくほど、曲げ加工面から離れていき、折り曲げ部４６ａの断面積が大きくなることで、応力は減少する。これらの構成により、折り曲げ部４６ａに作用する応力の均等化が図られ、最適形状を得ている。これにより、最小面積の折り曲げ部で、スプリングバックを抑制する最大の作用を得ることができ、板材の面積を最小とすることができる為、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を、より低コストで提供することが可能となる。

上述したように、凹面鏡４４の折り曲げ部４６は、凹面鏡４４の焦点側へ形成される。折り曲げ部が凹面鏡４４の焦点側へ形成されることで、図５に示すように、復元力により生じる曲げモーメントＳＢ１により、折り曲げ部４６ａに作用する力を引張力Ｐ１とすることができる。折り曲げ部が、凹面鏡４４の焦点とは反対側へ形成された場合、折り曲げ部に作用する力が圧縮力となり、折り曲げ部は面外方向への変形が誘起される。その為、同一の高さの折り曲げ部であっても、凹面鏡４４の焦点側に形成された折り曲げ部４６ａは、より剛性を向上させる作用を備えることとなり、凹面鏡４４は、より高い曲げ剛性が得られる。これは、図６に示す、折り曲げ部４６ｂについても同様である。

また、上述したように、折り曲げ部４６は、凹面鏡４４の外周縁部４５の全周に亘り形成されている。図４に示すように、直交する折り曲げ部４６ａと折り曲げ部４６ｂが連続的に形成されていることにより、互いに面外方向の力を及ぼし合うことになる。ここで、焦点側へ形成された折り曲げ部４６ａは、焦点の反対側に形成された折り曲げ部と比較して、面外方向への支持剛性が高い。面外方向への支持剛性を向上すると、凹面鏡４４はあらゆる曲げ方向に対してより高い曲げ剛性を獲得することができる。その為、最小面積の折り曲げ部で、スプリングバックを抑制する最大の作用を得ることができ、板材の面積を最小にすることができる為、表示品質の優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を、より低コストで提供することが可能となる。

図４に示すように、凹面鏡４４の反射面４４ａの外周部４４ｃと、折り曲げ部４６の間には、環状にビード４７が形成されている。折り曲げ部４６をプレス加工により形成する際、反射面４４ａが形成される折り曲げ部４６の内側は圧縮方向の塑性変形となり、材料の寄りによって、その表面にうねりを生じ易い。更に、凹面鏡４４の角部付近においては、直交する二方向からの材料の寄りを生じる為、より表面のうねりを生じ易い。そのうねりが反射面にまで及ぶと、滑らかな反射面４４ａを得られず、運転者の視認像１１ｃが歪んでしまうことが懸念される。その対策として、反射面４４ａの外周部４４ｃと折り曲げ部４６との間にビード４７を形成することで、折り曲げ部４６の加工で生じる板材表面のうねりが、反射面４４ａに及ぶことを抑止している。加えて、環状にビード４７が形成されることによって、凹面鏡４４の曲げ剛性が向上し、スプリングバックを抑止する作用も得られる。これらの作用により、歪みの無い視認像１１ｃを運転者が認識可能となり、表示品質のより優れた車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００を提供することが可能となる。

尚、図７に示すように、本実施形態でのビード４７は、反射面４４ａ側へ突出する凸部としたが、反射面の裏面４４ｂ側に突出する形状であってもよい。

次に、本実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００の電気回路７の構成とその作動について説明する。

図８は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１００の電気回路構成図である。図８に示すように、コントローラ７１は、バッテリ７２とイグニッションスイッチ７３が接続されている。バッテリ７２からコントローラ７１へは、電力が常時供給されている。また、イグニッションスイッチ７３は、その作動状態が、コントローラ７１が検出可能に接続されている。コントローラ７１には、プロジェクタ２と、車両の走行速度を検出するための車速センサ７４と、図示しないＧＰＳや地図データを記憶した記憶装置および演算装置等により構成されるナビゲーションシステム７５等が接続される。コントローラ７１は、プロジェクタ２が出力する表示像１１ａの画像を、コントローラ７１に入力された車速センサ７４およびナビゲーションシステム７５からの入力信号に基づいて作成する、演算装置とプログラムを備えており、イグニッションスイッチ７３の検出結果に基づいて、プロジェクタ２が出力する表示像１１ａの情報信号を送信している。

通常走行時は、車速センサ７４から入力される信号を基に、コントローラ７１はウィンドシールド６へ車速を表示するようプロジェクタ２へ情報信号を送信する。運転者が、ナビゲーションシステム７５へ目的地を入力した場合、ＧＰＳからの情報により、曲がるべき交差点等に接近したと判断すると、コントローラ７１は、プロジェクタ２の出力する情報を、車速センサ７４から入力される情報から、ナビゲーションシステム７５から入力される情報を基にした、交差点までの距離と曲がるべき方向を示す表示に切り替わる。また、車両各箇所に取り付けられたセンサにより異常が検知された場合、その情報がコントローラ７１へ入力されるよう構成し、ウィンドシールド６へワーニングメッセージを表示してもよい。

本発明の一実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置の装置本体部の構成を示す斜視模式図である。 本発明の一実施形態による平面鏡の模式断面図である。 本発明の一実施形態による凹面鏡の平面図である。 凹面鏡の正面図である。 凹面鏡の側面図である。 図４のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 本発明の一実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置の電気回路の構成図である。

符号の説明

２ プロジェクタ（表示機器）、４３ 平面鏡、４３ａ 反射面、４４ 凹面鏡（曲面反射鏡）、４４ａ 反射面、４４ｂ 反射面の裏面、４５ 外周縁部、４６、４６ａ、４６ｂ 折り曲げ部（補強部材）、４７ ビード、６ ウィンドシールド、６０ａ 投映面、７ 電気回路、７１ コントローラ、７２ バッテリ、７３ イグニッションスイッチ、７４ 車速センサ、７５ ナビゲーションシステム、８ 筐体、８１ 防塵カバー、１１ａ 表示像、１１ｂ 凹面鏡による虚像、１１ｃ 視認像、１００ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置、１０１ 装置本体部

Claims (9)

1. 視認者の視認方向に設けられた表示部材に表示像を投映する車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示像を出力する表示機器と、
   前記表示機器より出力される前記表示像を、前記表示部材へ投映する光学系と、を備え、
   前記光学系は、金属材料により形成される反射鏡を有することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 表示像を出力する表示機器と、
   視認者の視認方向に設けられた表示部材と、
   前記表示機器より出力される前記表示像を、前記表示部材へ投映する光学系と、を備える車両用ヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記光学系は、金属材料により形成される反射鏡を有することを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記表示部材は、曲面状に成形され、
   前記光学系が有する前記反射鏡は、前記表示部材での反射時に前記表示像に生じる歪みを補正する曲面状の反射面を備える曲面反射鏡であって、
   前記曲面反射鏡は、金属製の板材の曲げ加工により形成され、且つ前記曲げ加工方向の剛性を向上させる補強部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記曲面反射鏡に設けられる前記補強部材は、前記曲面反射鏡の外周縁部に形成される折り曲げ部であることを特徴とする請求項３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記曲面反射鏡の前記折り曲げ部の高さは、前記曲面反射鏡の中心位置で最大となり、角部へ向かうに従い漸減することを特徴とする請求項４に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記曲面反射鏡の前記折り曲げ部は、前記曲面反射鏡の焦点側へ形成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
7. 前記曲面反射鏡の前記反射面の外周部と前記折り曲げ部の間には、ビードが形成されることを特徴とする請求項４〜６いずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
8. 前記表示部材は、３次元の曲面状に成形され、
   前記曲面反射鏡の前記反射面は、前記表示部材での反射時に前記表示像に生じる歪みを補正する３次元の曲面状の前記反射面を備える前記曲面反射鏡であって、
   前記折り曲げ部は、前記外周縁部の全周に亘り形成され、
   前記ビードは、前記反射面の前記外周部に環状に形成されることを特徴とする請求項７に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
9. 前記反射鏡の前記金属材料はアルミニウムであり、
   前記反射鏡の反射面は、基材である前記アルミニウムと、前記アルミニウムの表面に形成される二酸化珪素による皮膜と、前記二酸化珪素による皮膜の外面に形成される二酸化チタンの皮膜により構成されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

Images