JP2009190646A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】 より遠方に表示することを実現しつつ、装置の車載性を向上させ、さらに車速による運転視野の変化に応じた表示を行うことができるヘッドアップディスプレイを提供すること。
【解決手段】 表示光を投光するよう装置本体２の内部の下部に配置された表示器４と、表示光を交互に複数回の反射を行わせ、その後にドライバへ向かう光路を形成するよう配置された、全反射を行い後方側となる第１反射部５及び半透過性を有する前方側の第２反射部６と、第１反射部５を上下位置に移動させるスライド機構部７を備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フロントウインドシールドと別体のコンバイナを用いるヘッドアップディスプレイの技術分野に属する。

従来では、結像部材上に投射され結像された実像の映像情報を第１の反射鏡が第２の反射鏡の方向へ反射させ、さらに、第２の反射鏡が車両のウィンドシールド方向へ反射させ、ウィンドシールドが運転者の視界方向へ反射させて虚像表示を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１２６２２６号公報（第２−１０頁、全図）

しかしながら、従来のヘッドアップディスプレイにあっては、遠方表示の実現と装置の車載性に問題があった。

本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、より遠方に表示することを実現しつつ、装置の車載性を向上させ、さらに車速による運転視野の変化に応じた表示を行うことができるヘッドアップディスプレイを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、車両のフロントウインドシールドと別体に設けられ、表示器からの表示光をドライバへ向かうよう反射して表示を行うヘッドアップディスプレイにおいて、

表示光を投光するよう装置本体内部の下部に配置された前記表示器と、前記表示光を交互に複数回の反射を行わせ、その後にドライバへ向かう光路を形成するよう配置された、全反射を行い後方側となる第１反射部及び半透過性を有する前方側の第２反射部と、前記第１反射部を上下位置に移動させる移動手段と、を備えた、ことを特徴とする。

よって、本発明にあっては、より遠方に表示することを実現しつつ、装置の車載性を向上させ、さらに車速による運転視野の変化に応じた表示を行うことができる。

以下、本発明のヘッドアップディスプレイを実現する実施の形態を、請求項１〜４に係る発明に対応する実施例１と、請求項１，２に係る発明に対応する実施例２に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は実施例１のヘッドアップディスプレイの斜視図である。図２は実施例１のヘッドアップディスプレイの断面図である。
実施例１のヘッドアップディスプレイ１は、装置本体２、基板回路部３、表示器４、第１反射部５、第２反射部６、スライド機構部７、ルーバ８を備えている。

装置本体２は、車両のインストパネルの上部の一部を構成するユニットとして設けられる樹脂製の筐体である。
そして、その上面の一部には、第１反射部５及び第２反射部６を突出させ、内部からの表示光を通過させるための開口部２１を設ける。
基板回路部３は、表示器４の表示やバックライト等の駆動、制御に必要な回路を実装するものであり、装置本体２の内部に設けられる。
表示器４は、画像を表示し、その表示光を車両前方側からドライバ側の第１反射部５へ向けて発するものである。例として、バックライトを備えたLCDのユニットを挙げておく。

第１反射部５は、装置本体２から一部が外部上方へ突出し、前後に配置される反射部材において、ドライバ側の側面を形成する壁面で、全反射を行うよう設けられたものであり、例として反射ミラーを挙げておく。第１反射部５は、上下に長い反射面を形成し、且つ上端が下端より、ややドライバ側に近くなるよう傾斜して設けられる。さらに、第１反射部５は、装置本体２に対して傾斜した上下方向にスライド移動自在に取り付けられる。

第２反射部６は、装置本体２の上面に、第１反射部５と並行で且つ第１反射部５と開口部２１を挟むようにして、第１反射部５の車両前方側に立設する。
第２反射部６は、適度な透過率と反射率を有し、通して車両前方視界を見ることができるものであり、例としてハーフミラーを挙げておく。
この第１反射部５と第２反射部６は、所定の間隔で、対向する上下に長い反射平面を形成する。詳細は後述する。

スライド機構部７は、第１反射部５を上下にスライド自在に支持し、さらに駆動により第１反射部５を上下動させる。詳細は後述する。
ルーバ８は、表示及び運転視界のための方向のみ光を通過させるものである。詳細は後述する。

図３は実施例１のヘッドアップディスプレイの車載構造を示す説明図である。
この実施例１のヘッドアップディスプレイ１は、図３に示すように、メータフード９１より車両前方側のインストパネル９の上部に埋め込むように配置する。
そして、フロントウインドシールド１０を用いずに、第２反射部６で表示光を反射して虚像表示を行う構造である。

次に、第１反射部５と第２反射部６の対向配置について説明する。
実施例１のヘッドアップディスプレイ１において、前後に配置された第１反射部５と第２反射部６は、表示器４から第１反射部５までの光路１０１と、その後の第１反射部５と第２反射部６との間での複数回の反射の光路１０２〜１０６と、その後の第２反射部６によりドライバのアイポイントＡへ向かって反射する光路１０７により、表示器４からドライバのアイポイントＡまでの表示光の光路を形成する間隔、上下長さの対向配置にする。
つまり、第１反射部５と第２反射部６の複数回反射により、長い光路を経た後、ドライバのアイポイントＡへ表示光を向かわせる構造にする。

次に、ルーバの設置構造について説明する。
図４は実施例１におけるルーバの構造の説明図である。
図１及び図４に示すように、実施例１のヘッドアップディスプレイ１では、所定方向の光のみを通過させるルーバ８を設けている。
ルーバ８は、第２反射部６の車両前方側の面に設けたルーバ８１と、装置本体２の開口部２１を塞ぐように設けたルーバ８２とからなる。

ルーバ８の構造例としては、図４に示すように、同じ角度に傾斜させた多数の薄いフィンを所定の間隙で設けたものである。そして、第２反射部６に設けたルーバ８１では、ドライバからの運転視野方向、及びヘッドアップディスプレイ１で表示する虚像表示方向に光が通過でき、且つフロントウインドシールド１０を通過し、第２反射部６を通過して、装置本体２の内部へ向かう方向の光を遮るようにフィンを傾斜させる構造にする。

また、装置本体２の開口部２１を塞ぐように設けたルーバ８２では、第１反射部５で第２反射部６へ向かって反射させる表示光を通過させ、ルーバ８２より上方の第１反射部５で反射して装置本体２の内部へ向かう方向の光を差瀬切るようにフィンを傾斜させる構造にする。

次に、スライド機構部７の構造例について説明する。
図５はスライド機構部７の構造例の説明図である。
スライド機構部７の例としては、図５に示すように、第１反射部５を左右のレール構造のガイド部１１で上下動自在に支持する。レール構造は、例えばコ字状の断面で上下に長い部材であり、上下方向を移動自在にし、他の方向は、移動を制限するとともに、摺動させるようにしたものである。

そして、第１反射部５の一部には、上下に長くラック部１２を設け、装置本体２の内部に設けたモータ１４の出力軸にピニオン１３を設けてラック部１２と歯面を係合させる。これによりモータ１４の駆動により第１反射部５が上下動するスライド機構部７となる。なお、モータ１４は、基板回路部３により制御される。

次に、スライド機構部７の制御ブロック構造について説明する。
図６はスライド機構部７の制御ブロックを説明する図である。
実施例１のヘッドアップディスプレイ１では、基板回路部３により表示器４や表示器４が備えるか、もしくは基板回路部３に備えるバックライト等の表示に関する制御のほかに、第１反射部５を上下動させるスライド機構部７の制御を行う。
このスライド制御では、図６に示すように、車速信号を用いるコントローラ２０から車内通信もしくは専用線により基板回路部３へ車速信号が送られる。
そして、基板回路部３ではスライド機構部７へスライド量を調整する制御信号が送られる制御構造である。

次に作用を説明する。
[車速に応じたスライド制御処理]
図７に示すのは、実施例１のヘッドアップディスプレイの基板回路部３で実施する車速によるスライド制御処理の流れを示すフローチャートで、以下各ステップについて説明する。

ステップＳ１では、ヘッドアップディスプレイ１の電源のオンにより本処理を開始する。

ステップＳ２では、コントローラ２０から車速信号を受信し、車速を判断する。

ステップＳ３では、車速が４０km/h以下かどうかを判断し、４０km/h以下ならばステップＳ６へ進み、４０km/hを超えるならばステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、車速が４１km/h〜８０km/hかどうかを判断し、４１km/h〜８０km/hならばステップＳ７へ進み、８０km/hを超えるならばステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、車速が８１km/h以上かどうかを判断し、８１km/h以上ならばステップＳ８へ進み、条件不成立ならば車速エラー処理としてステップＳ３へ戻る。

ステップＳ６では、第１反射部５のスライド位置を低速走行用位置にする。

ステップＳ７では、第１反射部５のスライド位置を中速走行用位置にする。

ステップＳ８では、第１反射部５のスライド位置を高速走行用位置にする。

[虚像を表示する作用]
図８は実施例１のヘッドアップディスプレイにおける高速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。図９は実施例１のヘッドアップディスプレイにおける中速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。図１０は実施例１のヘッドアップディスプレイにおける低速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。

（高速走行時）
実施例１のヘッドアップディスプレイ１では、車速が８１km/h以上と判断された場合（ステップＳ５）、第１反射部５は、最も上端位置が高い位置になるようにスライドさせられる（ステップＳ８）。
この場合には、図８に示すように、表示器４からの表示光を装置本体２の内部に設けた第１反射部５で反射する(光路１０１）。その後に、第１反射部５と第２反射部６の間で複数回（５回）、交互に反射しつつ反射位置を上方へ移動させる（光路１０２〜光路１０６）。

そして、第２反射部６の上端部で、ドライバへ向かって反射し、表示光を送る。これにより、ドライバのアイポイントＡまで光路１０７が形成される。そのため、図８に示すように、ヘッドアップディスプレイ１を設置したインストパネル９の位置より車両前方側、つまりドライバが運転のために見る前方の遠方視界側に虚像２０１として虚像表示を行う。

さらに説明する。実施例１のヘッドアップディスプレイ１では、第２反射部６がドライバへ表示光を送る光路１０７と、表示器４までの間に、表示光を第１反射部５と第２反射部６により複数回反射させる。これにより、ドライバへ表示光を送るよう反射している第２反射部６の反射位置から表示器４までの光路長を長くすることができる。

すると、ドライバへ表示光を送るよう反射している第２反射部６の反射位置から、車両前方の虚像２０１までの距離は長くなることになり、結果的にドライバからより遠方の前方位置に虚像２０１を表示する。
これによりドライバは運転のために見ている前方視界により近い表示として実施例１のヘッドアップディスプレイ１の表示（虚像２０１）を見ることになる。

（中速走行時）
実施例１のヘッドアップディスプレイ１では、車速が４１km/h〜８０km/hと判断された場合（ステップＳ４）、第１反射部５は、上端位置が中間位置になるようにスライドさせられる（ステップＳ７）。
この場合には、図９に示すように、表示器４からの表示光を装置本体２の内部に設けた第１反射部５で反射する(光路１０１）。その後に、第１反射部５と第２反射部６の間で複数回（３回）、交互に反射しつつ反射位置を上方へ移動させる（光路１０２〜光路１０４）。

そして、第２反射部６の中間部で、ドライバへ向かって反射し、表示光を送る。これにより、ドライバのアイポイントＡまで光路１０８が形成される。そのため、図９に示すように、ヘッドアップディスプレイ１を設置したインストパネル９の位置より車両前方側、つまりドライバが運転のために見る前方の遠方視界側で、且つ虚像２０１より近い位置に虚像２０２として虚像表示を行う。
この中速時では、高速時よりも第１反射部５と第２反射部６との間の反射回数を少なくしているので、虚像２０２は、やや近く低い位置になる。

（低速走行時）
実施例１のヘッドアップディスプレイ１では、車速が４０km/h以下と判断された場合（ステップＳ３）、第１反射部５は、上端位置が最も低い位置になるようにスライドさせられる（ステップＳ６）。
この場合には、図１０に示すように、表示器４からの表示光を装置本体２の内部に設けた第１反射部５で反射する(光路１０１）。その後に、第１反射部５と第２反射部６の間で１回反射し反射位置を上方へ移動させる（光路１０２）。

そして、第２反射部６の下部で、ドライバへ向かって反射し、表示光を送る。これにより、ドライバのアイポイントＡまで光路１０９が形成される。そのため、図１０に示すように、ヘッドアップディスプレイ１を設置したインストパネル９の位置より車両前方側、つまりドライバが運転のために見る前方の遠方視界側で、且つ虚像２０１及び虚像２０２より近い位置に虚像２０３として虚像表示を行う。
この低速時では、高速時及び中速時よりも第１反射部５と第２反射部６との間の反射回数を少なくしているので、虚像２０３は、さらに近く低い位置になる。

このように実施例１では、車速により運転視野が広がることに応じるようにして、虚像表示位置を変更する。そのためにドライバへの虚像表示は、車速に伴う運転視野の変化に配慮したものとなり、ヘッドアップディスプレイ１による車両前方への情報表示がドライバに負担になることがないものとなる。
言い換えると、高速で、運転視野が狭くなる場合には、高く遠い位置に表示することで虚像表示の視認性を向上し、低速で、運転視野が広くなる場合には、低く近い位置に表示することで、車両前方視界の視認性を向上する。
また、非常に車両に近い障害物を見るような場合の見やすさが向上する。

図１１は実施例１のヘッドアップディスプレイの虚像表示の例を示す説明図である。
虚像２０１では、例えば、図１１に示すように、車速を単位付きで表示する車速表示２０１ａ、燃料残量をレベルメータで表示する燃料残量表示２０１ｂ、目的地までの案内として次が左折であることと、左折箇所までの距離を表示するなどを行うナビゲーションの案内表示２０１ｃなどを行う。
これらは、表示器４による可変表示であるので、車両の状態や状況に応じて表示内容を変化させるようにすれば、より良好に運転支援を行うことができる。

[小型化作用]
実施例１のヘッドアップディスプレイ１は、対向させて配置した第１反射部５と第２反射部６の間で複数回、反射を繰り返すことにより遠方表示を行う。そのため、この光路長を構成する部分が非常に小型なスペースになる。そのため、車載性に優れる。

[外光による影響を抑制する作用]
図１２は実施例１のヘッドアップディスプレイにおける外光の入射を説明する説明図である。
ルーバ８のない状態を考えると、図１２に示す光路３０１、３０２のように、日射等の外光が透過性を有する第２反射部６を通過し、全反射する第１反射部５で反射して、表示器４に達することになる。日射等の外光が表示器４へ照射されると、表示器４の経時劣化を早める等が生じるため非常に好ましくない。
実施例１のヘッドアップディスプレイは、第２反射部６の車両前方側の面に設けたルーバ８１と装置本体２の開口部２１を塞ぐように設けたルーバ８２により、光路３０１、３０２のような外光が装置本体２の内部へ入射することを防止している。そのため、表示品質を高く維持することになる。さらに、装置本体２の開口部２１を塞ぐように設けたルーバ８２は、埃やゴミ等が装置本体２の内部へ侵入することを抑制することができるので、さらに良好な表示品質を維持しやすくすることができる。

次に、効果を説明する。
実施例１のヘッドアップディスプレイにあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1)車両のフロントウインドシールド１０と別体に設けられ、表示器４からの表示光をドライバへ向かうよう反射して表示を行うヘッドアップディスプレイ１において、表示光を投光するよう装置本体２の内部の下部に配置された表示器４と、表示光を交互に複数回の反射を行わせ、その後にドライバへ向かう光路を形成するよう配置された、全反射を行い後方側となる第１反射部５及び半透過性を有する前方側の第２反射部６と、第１反射部５を上下位置に移動させるスライド機構部７を備えたため、より遠方に表示することを実現しつつ装置の車載性を向上させ、さらに車速による運転視野の変化に応じた表示を行うことができる。

(2)上記(1)において、スライド機構部７を制御する基板回路部３と、車速を検知するようコントローラ２０からの車速信号を入力するようにし、基板回路部３は、車速に応じて、第１反射部５と第２反射部６の間の交互な表示光の反射回数を変更する位置に第１反射部５を移動させるため、車速に伴う運転視野の変化に配慮したものとなり、ヘッドアップディスプレイ１による車両前方への情報表示がドライバに負担になることがないものにできる。

(3)上記(2)において、基板回路部３は、車速が速くなるに従って、反射回数を多くする上方位置に第１反射部５を移動させるため、高速で、運転視野が狭くなる場合には、高く遠い位置に表示することで虚像表示の視認性を向上でき、低速で、運転視野が広くなる場合には、低く近い位置に表示することで、車両前方視界の視認性を向上することができる。

(4)上記(1)〜(4)において、第１反射部５と第２反射部６の間から表示器へ向かう外光を遮り、且つ表示光を通過するルーバ８を備えたため、表示品質を高く維持することができる。

実施例２のヘッドアップディスプレイは、第１反射部及び第２反射部、表示器の位置を変更させるようにした例である。
図１３は実施例２のヘッドアップディスプレイの車載構造を示す説明図である。図１４は実施例２のヘッドアップディスプレイの構造説明断面図である。
実施例２では、表示器４のバックライトは、表示器４の内部に備えるようにし、表示器４と第１反射部５、第２反射部６を、相対位置を変更させずに上下動自在な構造にするスライド機構部７１を設ける。スライド機構部７１は、図５と同様にラックとモータで駆動したピニオンによる上下動構造とする。

さらに、表示器４を、光路１０１を短くする方向にスライドさせるスライド機構部７２を設ける。スライド機構部７２は図５と同様にラックとモータで駆動したピニオンによるスライド構造とする。

その他構造は実施例１と同様であるので説明を省略する。
作用を説明する。
[虚像を表示する作用]
図１５は実施例２のヘッドアップディスプレイにおける高速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。図１６は実施例２のヘッドアップディスプレイにおける中速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。図１７は実施例２のヘッドアップディスプレイにおける低速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。

実施例２では、スライド機構部７１により、車速に応じて、表示器４と第１反射部５及び第２反射部６の上下位置を変更する。
すると、図１５〜図１７に示すように、表示される虚像４０１の上下位置が変更される。
そのため、車速による運転視野の変化に応じて、虚像表示位置を上下に変更することができる。

また、図１５〜図１７には、３段階の変化を示したが、反射回数は同じであるので、無段階に変化させればよい。
このように虚像位置の変更を行えば、実施例２における虚像表示による虚像４０１は、車速に伴う運転視野の変化に配慮したものとなり、ヘッドアップディスプレイ１による車両前方への情報表示がドライバに負担になることがないものとなる。

さらに、実施例２では、スライド機構部７２により、表示器４を、光路１０１を短縮する方向に移動させる。これにより、さらに結像位置の変化を加えるようにし、表示内容や車速、重要度に合わせて変化させ、表示を見やすく表現性を向上すればよい。
さらに、スライド機構部７１の第１反射部５と第２反射部６を分けるようにして、図９、図１０に示す第１反射部５のみを移動させる状態を組合せるようにし、さらに表現性を向上させてもよい。

効果を説明する。
実施例２のヘッドアップディスプレイにあっては、上記(1)に加えて、以下の効果を有する。
(5)上記(1)において、スライド機構部７１は、第１反射部５とともに、第２反射部６及び表示器４を上下動させるため、結像距離を変更せずに虚像表示位置を上下動させることができ、より遠方に表示することを実現しつつ装置の車載性を向上させ、さらに車速による運転視野の変化に応じた表示を行うことができる。

(6)上記(5)において、表示器４と第１反射部５との間の距離を変更するように表示器４の位置を変更するスライド機構部７２を備えたため、さらに表示を見やすく表現性を向上することができる。

以上、本発明のヘッドアップディスプレイを実施例１、実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
例えば、実施例１及び実施例２においては、車速に応じて虚像表示位置を変更したが、さらに緊急性のある表示を行う場合等、その表示の重要度に合わせて表示位置を変更するようにしてもよい。

実施例１のヘッドアップディスプレイの斜視図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイの断面図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイの車載構造を示す説明図である。 実施例１におけるルーバの構造の説明図である。 スライド機構部７の構造例の説明図である。 スライド機構部７の制御ブロックを説明する図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイの基板回路部３で実施する車速によるスライド制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のヘッドアップディスプレイにおける高速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイにおける中速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイにおける低速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイの虚像表示の例を示す説明図である。 実施例１のヘッドアップディスプレイにおける外光の入射を説明する説明図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイの車載構造を示す説明図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイの構造説明断面図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイにおける高速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイにおける中速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。 実施例２のヘッドアップディスプレイにおける低速走行時の虚像表示状態を示す説明図である。

符号の説明

１ ヘッドアップディスプレイ
２ 装置本体
２１ 開口部
３ 基板回路部
４ 表示器
５ 第１反射部
６ 第２反射部
７ スライド機構部
８ ルーバ
８１ ルーバ
８２ ルーバ
９ インストパネル
９１ メータフード
１０ フロントウインドシールド
１１ ガイド部
１２ ラック部
１３ ピニオン
１４ モータ
２０ コントローラ
７１ スライド機構部
７２ スライド機構部
１０１〜１０９ 光路
２０１〜２０３ 虚像
２０１ａ 車速表示
２０１ｂ 燃料残量表示
２０１ｃ 案内表示
３０１ 光路
４０１ 虚像
Ａ アイポイント

Claims (6)

1. 車両のフロントウインドシールドと別体に設けられ、表示器からの表示光をドライバへ向かうよう反射して表示を行うヘッドアップディスプレイにおいて、
   表示光を投光するよう装置本体内部の下部に配置された前記表示器と、
   前記表示光を交互に複数回の反射を行わせ、その後にドライバへ向かう光路を形成するよう配置された、全反射を行い後方側となる第１反射部及び半透過性を有する前方側の第２反射部と、
   前記第１反射部を上下位置に移動させる移動手段と、
   を備えた、
   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、
   前記移動手段を制御する制御手段と、
   車速を検知する車速検知手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、車速に応じて、前記第１反射部と前記第２反射部の間の交互な表示光の反射回数を変更する位置に前記第１反射部を移動させる、
   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、
   前記制御手段は、車速が速くなるに従って、反射回数を多くする上方位置に前記第１反射部を移動させる、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
   前記第１反射部と前記第２反射部の間から前記表示器へ向かう外光を遮り、且つ表示光を通過するフィルタ手段を備えた、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
5. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
   前記移動手段は、
   前記第１反射部とともに、前記第２反射部及び前記表示器を上下動させる、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
6. 請求項５に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
   前記表示器と前記第１反射部との間の距離を変更するように前記表示器の位置を変更する表示器位置変更手段を備えた、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

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