JP2011197292A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】コストアップを招くことなく、各車種に適用することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。
【解決手段】車両のウインドシールド上に表示光Lを投射して虚像を形成させるヘッドアップディスプレイ装置11であって、筺体21と、筺体21内に設けられた表示器22と、筺体21内に設けられ、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の反射面31を有し、これらの反射面31にて表示器22から照射される表示光Lを反射させる反射器23と、を有する。
【選択図】図2

Description

本発明は、車両のウインドシールドの投射エリアに虚像を投射し、車両の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射した虚像とを重畳視認させるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
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、特に、緊急度の高い情報など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(HUD)装置が自動車、列車等の車両に搭載されている。
この種のヘッドアップディスプレイ装置としては、表示パネルに表示された画像を平面ミラーと凹面ミラーとに反射させて拡大し、拡大された画像を自動車のフロントガラスの表示領域に照射し反射させて、自動車の運転者に画像の虚像を視認させるものがある(例えば、特許文献1参照)。
特開2009−222881号公報
上記装置のように、ヘッドアップディスプレイ装置では、筺体内に平面ミラーを設け、この平面ミラーによって光路を途中で折り返すことにより、筺体の小型化を図っている。
ところで、虚像が投射されるウインドシールドは、車種毎に傾きが異なるため、同じヘッドアップディスプレイ装置を搭載しても車種毎に虚像形成位置にずれが発生してしまう。
したがって、異なる車種においても虚像形成位置のずれをなくすためには、平面ミラーの角度を変更したり、あるいは表示光を照射する表示器の位置を変更して補正する必要がある。
しかし、このように、平面ミラーの角度変更や表示器の位置変更を行う場合、平面ミラー及び表示器の取り付け箇所の構造や形状を変更しなければならず、結果的に、車種毎に異なる筺体を用意せざるを得ず、コストアップの要因となっていた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コストアップを招くことなく、各車種に適用することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。
前述した目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、下記(1)〜(5)を特徴としている。
(1) 車両のウインドシールド上に表示光を投射して虚像を形成させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
筺体と、
前記筺体内に設けられた表示器と、
前記筺体内に設けられ、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の反射面を有し、これらの反射面にて前記表示器から照射される表示光を反射させる反射器と、
を有すること。
(2) 上記(1)の構成のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記反射器は、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の斜面部が形成されたリニアフレネルレンズからなり、前記斜面部が鏡面処理されて前記反射面とされていること。
(3) 上記(2)の構成のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記反射器は、前記リニアフレネルレンズの鏡面処理された前記斜面部における表面側が前記反射面とされ、この斜面部の表面側からなる反射面にて前記表示光が反射されること。
(4) 上記(2)の構成のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記反射器は、前記リニアフレネルレンズの鏡面処理された前記斜面部における表面側と反対側の背面側が前記反射面とされ、この斜面部の背面側からなる反射面にて前記リニアフレネルレンズの裏面から入り込んだ前記表示光が反射されること。
(5) 上記(4)の構成のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記リニアフレネルレンズは、前記斜面部が形成された加工面に対して裏面が傾斜されていること。
上記(1)の構成のヘッドアップディスプレイ装置では、搭載する車両のウインドシールドの傾きに対応した適切な傾斜角度の反射面を有する反射器を組み込むことにより、極めて容易に搭載車両に適合したヘッドアップディスプレイ装置とすることができる。
これにより、反射器として一枚の平面ミラーを用いた場合のように、車種に合わせて平面ミラーの角度を変更したり、あるいは画像を照射する表示器の位置を変更するような補正が不要となり、よって、車種毎に異なる筺体を用意することによるコストアップをなくすことができる。
上記(2)の構成のヘッドアップディスプレイ装置では、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の斜面部が形成されたリニアフレネルレンズの斜面部からなる反射面にて表示器からの表示光を適切な方向へ反射させることができる。
上記(3)の構成のヘッドアップディスプレイ装置では、リニアフレネルレンズの鏡面処理された斜面部における表面側からなる反射面にて表示器からの表示光を適切な方向へ反射させることができる。
上記(4)の構成のヘッドアップディスプレイ装置では、リニアフレネルレンズの鏡面処理された斜面部における表面側と反対側の背面側からなる反射面にてリニアフレネルレンズの裏面から入り込んだ表示器からの表示光を適切な方向へ反射させることができる。
また、リニアフレネルレンズは、その加工面側では金型によって成形する際に鋭角に形成しやすい谷部が、裏面側から視ると山部となるので、山部における表示光の乱反射を防止することができ、よって、フレアの発生による虚像のぼやけをなくすことができる。
上記(5)の構成のヘッドアップディスプレイ装置では、リニアフレネルレンズの斜面部が形成された加工面に対して裏面が傾斜されているので、リニアフレネルレンズの裏面にて反射した表示光の反射光が、反射面にて反射した表示光と大きく異なる方向へ導かれ、ウインドシールドの投射エリアへ到達されることがない。よって、このリニアフレネルレンズの裏面での反射光によって虚像がぼやけるような不具合をなくすことができる。
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、下記(6)を特徴としている。
(6) 車両のウインドシールド上に表示光を投射して虚像を形成させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
筺体と、
前記筺体内に設けられた表示器と、
前記筺体内に設けられ、前記表示器から照射される光を入射角と異なる反射角にて反射する非正反射型ホログラフィックミラーからなる反射器と、
を有すること。
上記(6)の構成のヘッドアップディスプレイ装置では、搭載する車両のウインドシールドの傾きに対応した適切な反射角度の非正反射型ホログラフィックミラーからなる反射器を組み込むことにより、極めて容易に搭載車両に適合したヘッドアップディスプレイ装置とすることができる。
これにより、反射器として一枚の平面ミラーを用いた場合のように、車種に合わせて平面ミラーの角度を変更したり、あるいは画像を照射する表示器の位置を変更するような補正が不要となり、よって、車種毎に異なる筺体を用意することによるコストアップをなくすことができる。
本発明によれば、コストアップを招くことなく、各車種に適用することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。
本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の車両への設置状態を示す概略構成図である。 本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の内部構成を説明する概略構成図である。 第1実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器を説明する斜視図である。 第1実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器の一部の断面図である。 異なる車種へ設置した場合の補正の仕方を説明する概略構成図である。 ヘッドアップディスプレイ装置における表示光の照射方向の補正について説明する概略構成図である。 第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器を説明する斜視図である。 第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器の一部の断面図である。 反射器を構成するリニアフレネルレンズの成形の仕方を説明する概略断面図である。 反射器におけるフレアの発生について説明する反射器の一部の断面図である。 第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器の裏面での反射光の発生について説明する反射器の一部の断面図である。 第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器の変形例を説明する断面図である。 第3実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は側面図である。 第3実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射器を示す図であって、(a)は斜視図、(b)は側面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の参考例を示す概略構成図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の参考例を示す概略構成図である。
以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。
図1に示すように、ヘッドアップディスプレイ(HUD)装置11は、ウインドシールド(ウインドシールドガラス)12の下方のインストルメントパネル(インパネ)内あるいはインストルメントパネル上に設置されて用いられる。
このヘッドアップディスプレイ装置11は、ウインドシールド12の投射エリアE上に表示光Lを投射し、投射エリアEに表示情報の虚像を形成するもので、運転者のアイポイント(目点)EPからウインドシールド12を透して視認される車両の前景と虚像とを運転者に重畳視認させるものである。
図2に示すように、このヘッドアップディスプレイ装置11は、車両のウインドシールド12の下方に設けられる筺体21を有しており、この筺体21内に、表示光Lを照射する表示器22が設けられている。この表示器22としては、自発光デバイス(例えば、フィールドエミッションディスプレイ、蛍光表示管、エレクトロルミネッセンスディスプレイ等)あるいはバックライト付きの液晶ディスプレイ等が用いられる。
また、筺体21内には、表示器22から照射される表示光Lを反射させる反射器23が設けられており、この反射器23にて反射された表示光Lは、拡大ミラー24によって拡大されてウインドシールド12へ導かれる。反射器23は、筺体21内における所定位置に固定されたものであり、筺体21に対して着脱可能とされている。そして、ヘッドアップディスプレイ装置11は、反射器23によって表示器22から照射される表示光Lを反射屈折させて表示光Lの方向へ変えることにより、筺体21の小型化が図られている。
図3及び図4に示すように、反射器23は、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の反射面31を有しており、それぞれの反射面31にて表示器22から照射される表示光Lが反射される。
この反射器23は、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の斜面部32と、隣接する斜面部32の境界の垂直面部33とが形成されたリニアフレネルレンズ34から構成されている。このリニアフレネルレンズ34の斜面部32及び垂直面部33が形成された加工面34a側は、アルミ蒸着することにより鏡面処理が施されており、これにより、リニアフレネルレンズ34の斜面部32の表面側が、それぞれ反射面31とされている。
リニアフレネルレンズ34は、透光性材料から形成されたもので、例えば、透明な樹脂を射出成型することにより形成されている。透光性材料としては、例えば、プラスチック基材等があり、プラスチックとしては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、紫外線や電子線等のエネルギー線硬化型樹脂が使用可能である。具体的には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリオレフィン樹脂、トリアセチルセルロース、ブチルセルロース等のセルロース樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリカボネート樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
ところで、図5に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置11が設置される車両は、その車種毎に、虚像が投射されるウインドシールド12の傾きが異なる。したがって、ウインドシールド12の所定の投射エリアEに虚像を投射させるために、ヘッドアップディスプレイ装置11の位置を移動させ、さらに、ヘッドアップディスプレイ装置11からの表示光Lの照射方向を変更する必要がある。
このとき、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置11によれば、表示光Lの照射方向を変更するために、まず、照射方向が適切でない反射器23を筺体21から取り外す。次いで、搭載する車両のウインドシールド12の傾きに対応した適切な傾斜角度の反射面31を有する反射器23に付け替える。
このようにすると、図6に示すように、反射器23での表示光Lの反射角度を、容易に車両のウインドシールド12に適合した角度に補正することができる。
つまり、本実施形態によれば、筺体21に対して反射器23を着脱して、搭載する車両のウインドシールド12の傾きに対応した傾斜角度の反射面31を有する反射器23を組み込むことにより、極めて容易に搭載車両に適合したヘッドアップディスプレイ装置11とすることができる。
これにより、反射器として一枚の平面ミラーを用いた場合のように、車種に合わせて平面ミラーの角度を変更したり、あるいは画像を照射する表示器の位置を変更するような補正が不要となり、よって、車種毎に異なる筺体を用意することによるコストアップをなくすことができる。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置11について説明する。
なお、上記の第1実施形態と同一構成及び同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図7及び図8に示すように、第2実施形態では、第1実施形態で用いられる反射器23を表裏逆向きにした反射器41を、ヘッドアップディスプレイ装置11の筺体21内に取り付けて用いる。
つまり、反射器41は、リニアフレネルレンズ34のアルミ蒸着により鏡面処理された斜面部32における表面側と反対側の背面側が反射面31とされている。
これにより、表示器22からの表示光Lは、この反射器41を構成するリニアフレネルレンズ34の裏面34bから入り込み、斜面部32の背面からなる反射面31にて反射し、さらに、リニアフレネルレンズ34の裏面34bから出射し、拡大ミラー24を介してウインドシールド12へ導かれることとなる。
ここで、図9に示すように、金型42を用いてリニアフレネルレンズ34を射出成型等によって成形する場合、リニアフレネルレンズ34の加工面34aでは、金型42の谷部42aにて山部34cが形成され、また、金型42の山部42bにて谷部34dが形成されることとなる。金型42を切削加工などの機械加工にて作製する場合、山部42bは容易に鋭角に形成することが可能であるが、谷部42aは、切削工具が届かないなどの理由により、鋭角に形成することが困難である。したがって、この金型42にて成形されるリニアフレネルレンズ34は、谷部34dを鋭角に形成することは容易であるが、山部34cは谷部34dと比較して鋭角に形成されずに丸みを帯びてしまう場合がある。すると、図10に示すように、リニアフレネルレンズ34の加工面34a側にて表示光Lを反射させると、丸みを帯びた山部34cにて表示光Lが乱反射し、その乱反射光Laによってフレアが生じて虚像がぼやけるおそれがある。
これに対して、第2実施形態の反射器41は、リニアフレネルレンズ34のアルミ蒸着により鏡面処理された斜面部32における表面側と反対側の背面側が反射面31とされているので、加工面34a側における鋭角の谷部34dが、裏面34b側から視て山部となる。したがって、この第2実施形態の反射器41では、山部における表示光Lの乱反射を防止することができ、よって、フレアの発生による虚像のぼやけをなくすことができる。
ところで、上記第2実施形態の反射器41では、リニアフレネルレンズ34のアルミ蒸着により鏡面処理された斜面部32における表面側と反対側の背面側を反射面31とし、表示器22からの表示光Lを、リニアフレネルレンズ34の裏面34bから入り込ませ、斜面部32の背面からなる反射面31にて反射させている。したがって、図11に示すように、表示光Lはリニアフレネルレンズ34の裏面34bにおいても反射することとなり、この反射光Lbによってウインドシールド12の虚像がぼやけることがある。
したがって、リニアフレネルレンズ34のアルミ蒸着により鏡面処理された斜面部32における表面側と反対側の背面側を反射面31とする場合、図12に示すように、リニアフレネルレンズ34としては、斜面部32が形成された加工面34aに対して裏面34bが傾斜されていることが好ましい。
このように、加工面34aに対して裏面34bが傾斜していると、裏面34bにて反射した表示光Lの反射光Lbは、反射面31にて反射した表示光Lと大きく異なる方向へ導かれ、ウインドシールド12の投射エリアEへ到達されることがない。よって、このリニアフレネルレンズ34の裏面34bでの反射光Lbで虚像がぼやけるような不具合をなくすことができる。
なお、リニアフレネルレンズ34を用いた反射器23,41では、フレアの発生を極力抑えるため、表示光Lの反射側における山部を極力鋭角に形成することが好ましく、また、垂直面部33での光の反射を防ぐために、この垂直面部33を光が反射しづらい黒色等に着色するのが好ましい。さらに、反射面31となる斜面部32を極力平滑に形成することにより、反射面31における乱反射によるフレアの発生を抑えることができる。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置11について説明する。
なお、上記の第1、第2実施形態と同一構成及び同一構造部分は、同一符号を付して説明を省略する。
図13(a)、(b)に示すように、第3実施形態では、ヘッドアップディスプレイ装置11に用いられる反射器51として、複数の反射板52を有するものが用いられる。これらの反射板52は、それぞれ平面視長方形状に形成されたミラーからなるもので、これらの反射板52の表面が反射面53とされている。これらの反射板52の短辺側は、リンク機構54によって互いに連結され、これにより、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜されている。
リンク機構54は、反射板52の短辺側における一端を支持する固定リンク55と、反射板52の短辺側における他端を支持する可動リンク56とを備えている。反射板52の短辺側における一端には、穴部(図示略)が形成されており、この穴部には、固定リンク55に設けられた回動ピン57が挿入されている。これにより、反射板52は、固定リンク55に対して回動可能に連結されている。また、反射板52の短辺側における他端には、反射板52の幅方向に延びる長溝58が形成されており、この長溝58には、可動リンク56に設けられた摺動ピン59が摺動可能に挿入されている。
このようなリンク機構54を備えた反射器51では、可動リンク56を可動させることにより、各反射板52が、固定リンク55との連結箇所を中心として回動する。そして、この反射器51では、可動リンク56を、図13(a)、(b)における矢印A方向へ移動させると、各反射板52が平行かつ同一傾斜角度を維持しつつ矢印B方向へ回動し、よって、各反射板52が寝かされて傾斜角度が小さくされた状態となる。また、これとは逆に、図14(a)、(b)に示すように、可動リンク56を、矢印C方向へ移動させると、各反射板52が平行かつ同一傾斜角度を維持しつつ矢印D方向へ回動し、よって、各反射板52が起こされて傾斜角度が大きくされた状態となる。
このように、上記第3実施形態によれば、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の反射板52の傾斜角度を調整することにより、極めて容易に搭載車両に適合したヘッドアップディスプレイ装置とすることができる。
なお、反射器51の可動リンク56の移動方式は、手動あるいは電動のいずれであっても良い。
ここで、本発明の更なる優位性を説明するため、図15及び図16に参考例を示す。
図15及び図16に示すものは、反射器として一枚の平面ミラー61を筺体21内に設けたヘッドアップディスプレイ装置である。
このように、反射器として一枚の平面ミラー61を用いた場合、虚像を投射させるウインドシールド12の傾きが異なる各種の車両に搭載するには、図15に示すように、表示器22の位置を移動させて表示光Lの照射方向を変更したり、あるいは図16に示すように、平面ミラー61の角度を変更しなければならなくなる。
つまり、一枚の平面ミラー61を用いたヘッドアップディスプレイ装置では、筺体21に対する構造や形状の変更を伴うことにより、車種毎に異なる筺体21を用意しなければならず、コストアップの要因となってしまう。
これに対して、本実施形態によれば、虚像を投射させるウインドシールド12の傾きが異なる各種の車両に搭載する場合においても、そのウインドシールド12の傾きに適応した反射角度を有する反射器23,41を取り付けたり、あるいは反射器51の反射板52を、ウインドシールド12の傾きに適応する角度に調整することができるので、筺体21に対する構造や形状の変更を伴うことがない。よって、車種毎に異なる筺体21を用意することによるコストアップをなくすことができる。
なお、上記実施形態では、リニアフレネルレンズ34からなる反射器23,41あるいは複数の反射板52を有する反射器51を用いたが、入射角と反射角とが異なる非正反射型ホログラフィックミラーを反射器として用い、この非正反射型ホログラフィックミラーからなる反射器を筺体21に対して着脱可能としても良い。
そして、この非正反射型ホログラフィックミラーからなる反射器を備えれば、搭載する車両のウインドシールド12の傾きに対応した適切な反射角度の非正反射型ホログラフィックミラーからなる反射器を筺体に組み込むことにより、極めて容易に搭載車両に適合したヘッドアップディスプレイ装置11とすることができる。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
11 ヘッドアップディスプレイ装置
12 ウインドシールド
21 筺体
22 表示器
23,41,51 反射器
31,53 反射面
32 斜面部
34 リニアフレネルレンズ
34a 加工面
34b 裏面
52 反射板
L 表示光

Claims (6)

  1. 車両のウインドシールド上に表示光を投射して虚像を形成させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    筺体と、
    前記筺体内に設けられた表示器と、
    前記筺体内に設けられ、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の反射面を有し、これらの反射面にて前記表示器から照射される表示光を反射させる反射器と、
    を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記反射器は、互いに平行に配置されかつ同一角度に傾斜された複数の斜面部が形成されたリニアフレネルレンズからなり、前記斜面部が鏡面処理されて前記反射面とされ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。
  3. 前記反射器は、前記リニアフレネルレンズの鏡面処理された前記斜面部における表面側が前記反射面とされ、この斜面部の表面側からなる反射面にて前記表示光が反射される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。
  4. 前記反射器は、前記リニアフレネルレンズの鏡面処理された前記斜面部における表面側と反対側の背面側が前記反射面とされ、この斜面部の背面側からなる反射面にて前記リニアフレネルレンズの裏面から入り込んだ前記表示光が反射される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。
  5. 前記リニアフレネルレンズは、前記斜面部が形成された加工面に対して裏面が傾斜されていることを特徴とする請求項4に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 車両のウインドシールド上に表示光を投射して虚像を形成させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
    筺体と、
    前記筺体内に設けられた表示器と、
    前記筺体内に設けられ、前記表示器から照射される光を、入射角と異なる反射角にて反射させる非正反射型ホログラフィックミラーからなる反射器と、
    を有す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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