JP2011203680A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウインドシールドへの画像の投影位置を変化させる光学部材の可動範囲が限られておりこの光学部材の可動によっては虚像の表示状態の調整が困難な場合であっても虚像の表示状態の調整が容易に行えるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】フロントウインドシールド４０に画像１２ｂを投影する拡大鏡２４には、予め定められた回転角内で拡大鏡２４を回転する位置変更装置２６が設けられている。画像出力器１２からの画像１２ｂを反射して拡大鏡２４に画像１２ｂを入射させる平面鏡１４には、平面鏡１４の回転位置を変化させ、拡大鏡２４に対する平面鏡１４の光軸を調整して、フロントウインドシールド４０に対する拡大鏡２４の光軸を調整し、虚像１２ｃの表示状態を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両などの移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

画像を出力する画像出力器と、画像出力器から出力された画像を車両のウインドシールドに投影し、車内に虚像を表示させる光学系を有するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記す）が知られている（特許文献１、２）。

特許文献１には、画像出力器自体の位置を調整する調整機構を有するＨＵＤ装置が記載されている。当該調整機構を有するＨＵＤ装置では、ＨＵＤ装置のインストルメントパネル（以下、インパネと記す）への取り付け誤差が発生し、虚像がインパネの表面に対して傾いて表示された場合、調整機構にて画像出力器の位置を調整することにより、虚像の傾きを調整している。

また、特許文献２には、ウインドシールドへ画像を投影する反射鏡に、この反射鏡を回転軸周りに回転させることにより、画像のウインドシールドへの投影位置を変更する位置変更装置を設けたＨＵＤ装置が記載されている。この位置変更装置を有するＨＵＤ装置では、投影位置を変更することにより、虚像の位置を乗員の好みの位置に移動させることができる。

特許第４３３６２４５号 特開２００９−１３２２２１号公報

ＨＵＤ装置では、ウインドシールドに画像を投影することにより、虚像を表示させているため、虚像を表示させたときにその虚像が傾いたり歪んだりしないように、ＨＵＤ装置が搭載される車両のウインドシールドの形状や、ＨＵＤ装置とウインドシールドとの位置関係に応じて、光学系を設計するのが一般的である。

一般的に、ウインドシールドの形状は、湾曲している。さらに、表面の曲率は、一様でなく、部分的に異なっている。例えば、車両の左右方向の曲率は、端に向うほど大きくなっている。このように、ウインドシールドの表面は場所によって形状が異なっており、複雑な形状となっている。

したがって、ウインドシールドに寸法誤差が発生したり、ウインドシールドの車体への取り付け誤差が発生したりすると、ウインドシールドの形状に合わせて光学系を設計し、製造したとしても、ウインドシールドに対する光学系の光軸がずれてしまい、表示される虚像が傾いたり、歪んだりして虚像の表示状態が悪化することがある。

ウインドシールドは、ＨＵＤ装置を構成する部品に比べて非常に大きな部品であり、寸法誤差がＨＵＤ装置を構成する部品に比べ大きく、また、取り付け誤差もＨＵＤ装置の部品の取り付け誤差に比べ大きい。ウインドシールドの寸法誤差や、車体への取り付け誤差を小さくするのには限界がある。

そこで、上述した特許文献１に記載されているようにＨＵＤ装置の画像出力器に設けられた調整機構によって、虚像の表示状態を調整することが考えられる。しかし、実際に画像出力器に調整機構を設けるとなると、画像出力器の構造が複雑となる。画像出力器は画像表示を制御するための制御回路などの電子機器を有しているため、調整機構を設けることによる画像出力器の構造が複雑となる。また、画面上で画像の表示位置を変更することも考えられるが、画面の表示領域を広げなければならず、画像表示器の体格が大きくなってしまう。

ここで、上述したように特許文献２に記載されている位置変更装置によれば、ウインドシールドへの画像の投影位置を変更するために、反射鏡の回転位置を変更している。反射鏡の回転位置を変更すると、ウインドシールドに対する反射鏡の光軸が変更されることとなるので、ウインドシールドの形状や取り付け状態によっては、ウインドシールドに表示される虚像の表示状態が変化することがある。すなわち、位置変更装置にて反射鏡を回転駆動させることによっても、虚像の表示状態を調整することができる可能性がある。

しかしながら、一般的に、法規やウインドシールドの形状により、虚像の表示範囲が制限されるため、反射鏡は所定の回転角内でしか回転できない構成となっている。このことにより、たとえ反射鏡の回転駆動により、虚像の表示状態を調整できるといっても、ウインドシールドの寸法誤差や取り付け誤差の程度によっては、反射鏡の可動範囲内での調整が不可能な場合が発生する。また、反射鏡の可動範囲内で虚像の表示状態の調整が行えたとしても、虚像の表示位置が乗員の好みの位置からずれている場合もある。このような場合、反射鏡を回転駆動させて、虚像の表示状態を調整することができない。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、ウインドシールドへの画像の投影位置を変化させる光学部材の可動範囲が限られており、この光学部材の可動によっては虚像の表示状態の調整が困難な場合であっても、虚像の表示状態の調整が容易に行えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

本発明の請求項１に記載の発明は、画像を出力する画像出力器と、画像出力器から出力された画像を車両のウインドシールドに投影し、車内に虚像を表示させる光学系とを有するヘッドアップディスプレイ装置において、光学系は、画像出力器から出力された画像が入射され、その入射された画像を反射する第一光学部材と、第一光学部材にて反射された画像が入射され、その入射された画像を反射してウインドシールドに投影する第二光学部材と、を備え、予め定められた回転角内で第二光学部材を回転し、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸を変化させ、第二光学部材から出射される反射画像のウインドシールドでの投影位置を変更する位置変更装置が、第二光学部材に設けられ、第一光学部材の位置を変化させることにより、第二光学部材に対する第一光学部材の光軸を調整して、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸を調整する調整装置が、第一光学部材に設けられていることを特徴としている。

本発明では、第一光学部材の位置を変化させることにより、第二光学部材に対する第一光学部材の光軸を調整して、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸を調整する調整装置を第一光学部材に設けている。

ところで、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸を変更することができる位置変更装置によっても、ウインドシールドへの画像の投影位置は変化するものの、虚像の表示状態を変化させることが可能である。しかしながら、第二光学部材の可動範囲は、法規やウインドシールドの形状の制約を受けて予め定められている。このため、位置変更装置を作動させるだけでは、虚像の表示様態を正規な状態に調整することができないことがある。

そこで、本発明では、第一光学部材の位置を変化させ、第二光学部材に対する第一光学部材の光軸を調整して、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸を調整する調整装置を第一光学部材に設けているため、上述したように、第二光学部材の回転駆動では、虚像の表示状態の調整ができない場合であっても、虚像の表示状態の調整が可能である。

また、第二光学部材の可動範囲内で虚像の表示状態の調整が可能であっても、表示状態が正常であるときの虚像の表示位置が乗員の好みの位置からずれている場合もある。本発明では、このような場合であっても、第二光学部材の回転位置を変化させることで虚像の表示状態を調整させるのではなく、調整装置にて第一光学部材の位置を変化させているので、乗員の好みの位置での虚像の表示状態の調整が可能である。

したがって、請求項１に記載の発明によれば、ウインドシールドへの画像の投影位置を変化させる光学部材の可動範囲が限られており、この光学部材の可動によっては虚像の表示状態の調整が困難な場合であっても、虚像の表示状態の調整が容易に行えるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、位置変更装置が予め定められた回転角内の特定の位置に第二光学部材を固定させている場合は、調整装置は、第一光学部材の位置を変化させることが可能な状態にあり、調整装置が第一光学部材の位置を固定させている場合は、位置変更装置は、第二光学部材を回転させることが可能な状態にあることを特徴としている。

例えば、ウインドシールドの寸法誤差や、車体へのウインドシールドの取り付け誤差が発生すると、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸がずれて、虚像の表示状態が悪化することがある。

本発明では、位置変更装置とは独立に作動する調整装置により、第二光学部材の回転角位置を固定させた状態でウインドシールドに対する第二光学部材の光軸を調整し、虚像の表示状態を調整することができる。このため、工場出荷時や整備場で調整装置を作動させることにより、虚像の表示状態を調整し、ウインドシールドを交換したり、取り付け直したりせずに、上記寸法誤差や上記取り付け誤差を容易に吸収することができる。

本発明の請求項３に記載の発明は、位置変更装置が、第二光学部材を回転させている場合に、調整装置は、位置変更装置が作動することにより変化する第二光学部材の回転に連動して、第一光学部材の位置を変化させることを特徴としている。

ところで、位置変更装置を作動させ第二光学部材の回転角を変更すると、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸がずれるため、虚像の表示状態が悪化することがある。

本発明では、調整装置は、位置変更装置と連動して作動する装置となっており、位置変更装置が作動することにより変化する第二光学部材の回転角に連動して、第一光学部材の位置を変化させている。このことによれば、第二光学部材が回転することにより、ウインドシールドに対する第二光学部材の光軸がずれ、虚像の表示状態が悪化するようなことがあっても、第二光学部材の回転角の変化に応じて、調整装置にて第一光学部材の位置を変化させているので、ウインドシールドへの画像の投影位置の変化に伴う虚像の表示状態の悪化を抑制することができる。

本発明の請求項４に記載の発明は、位置変更装置は、乗員により操作され、操作状態に応じた信号を発生する操作スイッチを有しており、位置変更装置は、操作スイッチからの操作状態に応じた信号に応じた方向に第二光学部材を回転させることを特徴としている。

本発明では、ウインドシールドへの画像の投影位置を乗員の操作スイッチの操作により自由に変更することが可能となる。特に、請求項３に記載されている発明と請求項４に記載されている発明とを組み合わせることによれば、虚像の表示位置を乗員の好みの位置に合わせならがらも、虚像の表示状態の悪化を抑制することができる。

本発明の請求項５に記載の発明は、第一光学部材は、方向が異なる二つの回転軸を有し、これら各回転軸周りに回転可能であって、調整装置は、各軸周りに第一光学部材を回転させることにより、第一光学部材の位置を変化させることを特徴としている。

本発明では、第一光学部材は、方向が異なる二つの回転軸の周りに回転可能であるため、第二光学部材に対する第一光学部材の光軸の調整範囲を比較的大きくなり、調整装置の調整能力が向上する。

本発明の請求項６に記載の発明は、第一光学部材は、平面鏡であることを特徴としている。平面鏡は凹面鏡や凸面鏡などの特殊な鏡とは異なり光学的特性が非常に簡単であるので、調整装置を設ける第二光学部材に平面鏡を採用することによれば、光軸調整作業が容易に行える。

本発明の第１実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置が車両に適用された状態を示す概略構成図である。 反射面と反対側から見た平面鏡の斜視図である。 拡大鏡の側面図である。 本発明の第２実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 位置変更装置を作動させたときの虚像の表示状態を調整する手順を示すフローチャートである。 虚像の表示状態を良好なものとするための拡大鏡の回転角と平面鏡の回転角との関係を示した関係図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された第１実施形態のヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）が車両に適用された状態を示す概略構成図である。

図１に示すように、ＨＵＤ装置１０は、フロントウインドシールド４０の下縁から車室内側へ延出するインストルメントパネル（インパネ）（図示せず）の内側空間に設置されている。ＨＵＤ装置１０は、画像出力器１２、平面鏡１４、拡大鏡２４、およびカバー３４などから構成されている。これらの構成部品は、ハウジング３６に収容または取り付けられる。

画像出力器１２は、ハウジング３６内に収容され、画面１２ａ上に各種情報（画像）１２ｂを表示する。本実施形態では、画像出力器１２は、画面１２ａが車両の左右方向を向く位置に設置される。画面１２ａから出射される画像１２ｂの光は、車両の右から左に向って進む。

本実施形態では、画像出力器１２として液晶表示装置を使用している。液晶表示装置は、二次元方向に配された複数の液晶画素から画面１２ａを形成するドットマトリクス型のＴＦＴ透過液晶パネルと、この液晶パネルの背面に設けられ背面から当該パネルを照らすバックライトと、液晶パネルにおける液晶画素の透過率、およびバックライトの点灯ならびに消灯を制御する制御回路とから構成されている。

平面鏡１４は、ハウジング３６内に収容され、画像出力器１２から出射される画像１２ｂの光を受け、拡大鏡２４に向けて反射し、反射した画像１２ｂの光を拡大鏡２４に導く。平面鏡１４は、画像出力器１２と拡大鏡２４との光路途中に設けられている。平面鏡１４は、当該鏡１４の反射面１４ａが画像出力器１２の画面１２ａおよび拡大鏡２４の反射面２４ａを向くように設置されている。本実施形態では、平面鏡１４は、長方形に形成されている。平面鏡１４の長方形の長辺が、車両の上下方向に配置され、長方形の短辺が車両の上下方向と直交する水平方向に配置されている。また、平面鏡１４の下方の長辺には、この長辺に沿った回転軸１４ｂが形成され、平面鏡１４の拡大鏡２４側の短辺には、この短辺に沿った回転軸１４ｃが形成されている。

図２は、画像出力器１２および拡大鏡２４を向く反射面１４ａの反対側から平面鏡１４を見た平面鏡１４の斜視図である。平面鏡１４の反射面１４ａの反対側には、反射面１４ａの位置を変位させる調整装置１６が設けられている。調整装置１６は、図２に示す二つの異なる方向を向く回転軸１４ｂ、１４ｃ周りに平面鏡１４を回転駆動して、反射面１４ａの回転位置を変化させる。調整装置１６は、二つの駆動部１８、２０、および各駆動部１８、２０を駆動制御する制御部２２を有している。駆動部１８は、回転軸１４ｂ周りに平面鏡１４を回転駆動する駆動部であり、電動モータ１８ａと電動モータ１８ａの回転力を直線運動に変換する変換機構１８ｂからなっている。駆動部１８は、回転軸１４ｂが設けられている長辺とは反対側に設けられている。

駆動部２０は、回転軸１４ｃ周りに平面鏡１４を回転駆動する駆動部であり、電動モータ２０ａと電動モータ２０ａの回転力を直線運動に変換する変換機構２０ｂからなっている。駆動部２０は、回転軸１４ｃが設けられている短辺とは反対側に設けられている。

駆動部１８および駆動部２０に使用する電動モータ１８ａおよび電動モータ２０ａは、例えば、ステッピングモータなどが利用可能である。駆動部１８および駆動部２０は、平面鏡１４を支える取り付け台１５に取り付けられている。取り付け台１５は、平面鏡１４を回転軸１４ｂ、１４ｃ周りに回転可能に構成されている。駆動部１８および駆動部２０は、この取り付け台１５の裏側（平面鏡１４とは反対側）に取り付けられており、電動モータ１８ａおよび２０ａが作動することにより、変換機構１８ｂおよび２０ｂが平面鏡１４を裏側より表側に押し出す。取り付け台１５の平面鏡１４側には、取り付け台１５の裏側に向って平面鏡１４を付勢する板ばねなどの付勢部材（図示しない）が取り付け台１５と平面鏡１４との間に設けられている。

図１に示すように、制御部２２は、外部装置４３からの駆動信号を入力する入力部２２ａを有しており、入力部２２ａに入力される駆動信号に応じて、各駆動部１８、２０を駆動制御する。各駆動部１８、２０が駆動制御されることにより、反射面１４ａの回転位置が変化し、反射面１４ａに入射する画像１２ｂの反射角が変更され、拡大鏡２４に対する平面鏡１４の出射側の光軸が変更される。

拡大鏡２４は、反射面２４ａが凹状に形成され、ハウジング３６内に収容され、平面鏡１４にて反射された画像１２ｂの光を反射するとともに、平面鏡１４にて反射された画像１２ｂを拡大し、フロントウインドシールド４０に向けて出射する。拡大鏡２４にて拡大された画像１２ｂは、ハウジング３６の開口部３６ａを通ってフロントウインドシールド４０に投影される。フロントウインドシールド４０に投影された画像１２ｂは、反射して、車両の乗員のアイレンジ４２に到達する。これにより、乗員には、画像１２ｂの虚像１２ｃが、フロントウインドシールド４０を挟んで乗員とは反対側に存在するように視認される。本実施形態では、拡大鏡２４は、その反射面２４ａが車両後方を向き、平面鏡１４からの画像１２ｂの光をフロントウインドシールド４０に向けて出射することができる位置に設置される。

図３は、拡大鏡２４の側面図である。拡大鏡２４の反射面２４ａの反対側には、車両の左右方向に延びる回転軸２４ｂ周りに拡大鏡２４を回転させ、フロントウインドシールド４０に対する角度を変更するとともに、フロントウインドシールド４０に対する拡大鏡２４の出射側の光軸を変更する位置変更装置２６が設けられている。位置変更装置２６は、虚像１２ｃの表示位置を乗員の好みに応じて変更する装置である。

本実施形態では、位置変更装置２６は、予め定められた角度範囲内でしか、拡大鏡２４を回転軸２４ｂ周りに回転させることができないようになっている。この予め定められた角度範囲とは、ウインドシールド４０への虚像１２ｃの表示位置によって定められる。この虚像１２ｃの表示位置は、法規やフロントウインドシールド４０の形状によって定められている。

位置変更装置２６は、駆動部２８、駆動部２８を駆動制御する制御部３０、および乗員が操作可能な操作スイッチ３２を有している。駆動部２８は、電動モータ２８ａと電動モータ２８ａの回転力を回転軸２４ｂに伝達する伝達機構２８ｂとからなっている。

操作スイッチ３２は、例えば、インパネなど、乗員が操作可能な位置に設置されており、乗員の操作状態に応じた指令信号を発生し、制御部３０に送信する。操作スイッチ３２には、「ＵＰ」および「ＤＯＷＮ」の二つのボタンが設けられており、それぞれのボタンに応じた指令信号を制御部３０に送信する。

例えば、乗員が「ＵＰ」ボタンを操作した場合、操作スイッチ３２はその操作に対応した指令信号（ＵＰ指令信号）を制御部３０に送る。制御部３０は、フロントウインドシールド４０への画像１２ｂの投影位置が車両の上方に移動するように拡大鏡２４を回転軸２４ｂ周りに回転させるべく電動モータ２８ａを駆動制御する。

カバー３４は、光透過性を有する樹脂材料よりなっており、ハウジング３６の開口部３６ａを覆うようにして設けられる。このカバー３４は、塵などが開口部３６ａを介してハウジング３６の内部に侵入するのを防止している。

以上説明した画像出力器１２、平面鏡１４、および拡大鏡２４は、図１中の実線で示す光軸上に設置されている。このように、これらの部品１２、１４および２４が所定の光軸上に設置されているので、画像出力器１２に表示された画像１２ｂから発せられる光が光軸に沿って進むので、図１中に実線で示す虚像１２ｃの表示状態が良好となる。フロントウインドシールド４０に対する拡大鏡２４の出射側の光軸と、拡大鏡２４に対する平面鏡１４の出射側の光軸とが図１に示す正規の光軸とほぼ一致しているので、虚像１２ｃの表示状態が良好となる。

ここで、フロントウインドシールド４０について説明する。フロントウインドシールド４０の車室内側における光を反射する面は、車室外側に突出するように湾曲している。このフロントウインドシールド４０の反射面４０ａの曲率は、全体に一様ではなく部分的に異なっている。具体的には、反射面４０ａの曲面は、車両の左右方向中央を基準に左右対称となっており、かつ、当該左右方向中央から両端に向うほど曲率が大きくなるような曲面である。また、フロントウインドシールド４０は、図１や図３に示すように乗員側に傾いて車体に設置されている。さらに、フロントウインドシールド４０の反射面４０ａは、車両の上下方向においても、湾曲している。以上説明したように、フロントウインドシールド４０の反射面４０ａは、非常に複雑な形状となっている。

上述したようにＨＵＤ装置１０は、この装置１０から出射された画像１２ｂをフロントウインドシールド４０に反射させ、その反射した画像１２ｂを乗員に虚像１２ｃとして視認させている。このため、フロントウインドシールド４０に対してＨＵＤ装置１０の平面鏡１４および拡大鏡２４からなる光学系３８の光軸がずれると、図１中の破線で示すように虚像１２ｃが傾くなどの現象が発生する。したがって、フロントウインドシールド４０の寸法精度や取り付け精度は、非常に重要な要素である。

しかしながら、フロントウインドシールド４０は、平面鏡１４や拡大鏡２４に比べ、非常に大きな部品であるため、寸法誤差が平面鏡１４や拡大鏡２４に比べ大きい。また、フロントウインドシールド４０を車体へ取り付ける際に発生する誤差も、平面鏡１４や拡大鏡２４をハウジング３６に取り付ける際に発生する誤差よりも大きい。したがって、例え平面鏡１４や拡大鏡２４を精度良くハウジング３６に取り付け、光学系３８内での光軸の精度を高めたとしても、フロントウインドシールド４０の寸法誤差や取り付け誤差により、フロントウインドシールド４０に対する光学系３８の光軸がずれ、虚像１２ｃの表示状態が悪化してしまう。

ところで、拡大鏡２４の回転位置を変更することによっても、虚像１２ｃの表示状態が変化することがある。これは、フロントウインドシールド４０に対する拡大鏡２４の出射側の光軸が変化するからである。すなわち、位置変更装置２６にて拡大鏡２４を回転駆動させることにより、フロントウインドシールド４０の寸法誤差や取り付け誤差による虚像１２ｃの表示状態の悪化を回避することができる可能性がある。

しかしながら、上述したように拡大鏡２４の可動範囲には制限があり、拡大鏡２４を回転駆動させることによっても虚像１２ｃの表示状態の調整が行えない場合がある。また、これとは別に、拡大鏡２４の可動範囲内で虚像１２ｃの表示状態の調整が行えたとしても、虚像１２ｃの表示位置が乗員の好みの位置からずれている場合もある。このような場合、拡大鏡２４を回転駆動させて、虚像の表示状態を調整することができない。

本実施形態では、このようなフロントウインドシールド４０の寸法誤差や取り付け誤差によって悪化した表示状態を調整するために、平面鏡１４に調整装置１６を設けることにより、上記問題を解決している。この調整装置１６にて平面鏡１４の反射面１４ａの回転位置を変化させ、虚像１２ｃの表示状態を調整することにより、フロントウインドシールド４０に対する光学系３８の光軸が調整され、虚像１２ｃの表示状態が調整されるのである。

以下、虚像１２ｃの表示状態を調整する際の手順について説明する。調整作業は、ＨＵＤ装置１０およびフロントウインドシールド４０を車体の所定の位置に設置した状態から始まる。ここでは、フロントウインドシールド４０は図１中の破線で示すように正規の位置からずれて取り付けられた場合について説明する。この調整作業は、例えば、工場または整備場内で行われる。

まず、作業者が調整装置１６に外部装置４３を接続する。具体的には、図２に示すように外部装置４３からの駆動信号が調整装置１６の制御部２２に設けられている入力部２２ａに入力可能となるように、作業者は外部装置４３に設けられている信号線を入力部２２ａに接続する。外部装置４３は、虚像１２ｃの表示状態を調整する際に一時的に使用する装置であって、調整装置１６の駆動部１８、２０を操作する装置である。

次に、ＨＵＤ装置１０を作動させ、画像１２ｂをフロントウインドシールド４０に投影する。本調整時に画像出力器１２に表示させる画像１２ｂは、検査用の画像であり、図１に示すように四角の枠に、当該枠の中心を通る二本の交差した線分を加えた静止画像である。また、このとき、位置変更装置２６は、作動していない。この調整作業では、調整装置１６による調整作業が終了するまで、位置変更装置２６は作動させない。調整作業中は、拡大鏡２４の回転位置は、調整作業用の位置、または基準となる位置にて固定される。本実施形態では、調整装置１６は、調整作業中は、位置変更装置２６に対して独立して作動する。

フロントウインドシールド４０は、破線で示すように正規の位置からずれて取り付けられているため、フロントウインドシールド４０に対する光学系３８の光軸がずれている状態となっており、表示される破線で示す虚像１２ｃは、実線で示す正規の虚像１２ｃに対して傾いている。

その後、作業者が虚像１２ｃの表示状態を見ながら外部装置４３を操作して、表示された虚像１２ｃの傾きを修正する。この作業者が外部装置４３を操作することにより、外部装置４３から駆動部１８、２０を駆動させる駆動信号が制御部２２に送られる。

上記駆動信号を受信した制御部２２は、この駆動信号に基づき、各駆動部１８、２０の電動モータ１８ａ、２０ａを駆動制御し、平面鏡１４における反射面１４ａの回転位置を変化させる。具体的には、調整装置１６が回転軸１４ｂおよび回転軸１４ｃのいずれか、もしくはその両方の周りに平面鏡１４を回転させ、反射面１４ａの回転位置を変化させている。

平面鏡１４の反射面１４ａの回転位置が変化することにより、拡大鏡２４に対する平面鏡１４の出射側の光軸が調整される。このことにより、フロントウインドシールド４０に対する拡大鏡２４の出射側の光軸が調整され、その結果、虚像１２ｃの傾きが調整される。作業者は、虚像１２ｃの表示状態が良好になるまで、外部装置４３を操作して、調整装置１６を制御する。虚像１２ｃの表示状態が良好となったら、作業者は外部装置４３を調整装置１６から取り外す。作業者が外部装置４３を調整装置１６から取り外すことにより調整作業は終了する。これ以降、調整装置１６は、作動せず、位置変更装置２６のみが乗員の操作スイッチ３２の操作により作動することとなる。

本実施形態では、上述したように、平面鏡１４に、反射面１４ａの回転位置を変化させ、拡大鏡２４に対する平面鏡１４の出射側の光軸を調整することができる調整装置１６を設けている。この調整装置１６によれば、虚像１２ｃの表示状態の調整が拡大鏡２４の可動範囲において行えない場合であっても、虚像１２ｃの表示状態を調整することが可能である。

また、調整装置１６によれば、位置変更装置２６にて拡大鏡２４を回転駆動させて虚像１２ｃの表示状態を調整することができるので、虚像１２ｃを乗員の好みの位置に表示させたまま、虚像１２ｃの表示状態の調整を行うことが可能である。

加えて、調整装置１６によれば、フロントウインドシールド４０に寸法誤差や取り付け誤差により、フロントウインドシールド４０に対して光学系３８の光軸がずれ、虚像１２ｃの表示状態が悪化しても、平面鏡１４にて上記ずれを調整することができるので、フロントウインドシールド４０の車体に対する位置を調整するような大がかりな作業を行わなくとも、容易に虚像１２ｃの表示状態を調整できる。

さらに、本実施形態では、比較的構造が簡単な平面鏡１４に光軸を調整するための調整装置１６を設けるようにしているため、この装置１６を画像出力器１２や拡大鏡２４に設ける場合に比べ、この装置１６を追加することによるコストの上昇を極力抑えることができる。

画像出力器１２は、上述したように画面１２ａ上に表示する画像１２ｂの表示制御を行う回路などの電子機器を有しており、上記調整装置１６をこの画像出力器１２に設けるとなると、画像出力器１２の構造が非常に複雑となりＨＵＤ装置１０のコストが大幅に上昇してしまう。また、これと同様に、拡大鏡２４には、画像１２ｂのフロントウインドシールド４０への投影位置を変更するための位置変更装置２６が設けられており、このような装置２６が設けられている拡大鏡２４にさらに上記調整装置１６を設けるとなると、拡大鏡２４の構造が非常に複雑となりＨＵＤ装置１０のコストが大幅に上昇してしまう。以上の理由により、単に画像１２ｂの光を拡大鏡２４に導くだけの平面鏡１４に調整装置１６を設けることにより、画像出力器１２や拡大鏡２４に当該装置１６を設ける場合に比べ、ＨＵＤ装置１０の大幅なコストの上昇を抑えることができる。

以上、説明したように、本実施形態によれば、フロントウインドシールド４０への画像１２ｂの投影位置を変化させる拡大鏡２４の可動範囲が限られており、この拡大鏡２４の回転位置の変化によっては、虚像１２ｃの表示状態の調整が困難な場合であっても、虚像１２ｃの表示状態の調整が容易に行えるＨＵＤ装置１０を提供することができる。

また、本実施形態では、上記調整装置１６に、平面鏡１４の反射面１４ａの位置を変位させる各駆動部１８、２０と、各駆動部１８、２０および外部装置４３と電気的に接続され、外部装置４３からの駆動信号を入力可能な入力部２２ａを設けている。そして、入力部２２ａに外部装置４３からの駆動信号が入力されると、駆動部１８、２０の電動モータ１８ａ、２０ａは、その駆動信号に応じて平面鏡１４を各回転軸１４ｂ、１４ｃ周りに駆動する回転力を発生する。調整装置１６はこのように作動する各駆動部１８、２０および入力部２２ａを備えているため、ＨＵＤ装置１０の外部から調整装置１６の各駆動部１８、２０を操作することができる。したがって、本実施形態によれば、ＨＵＤ装置１０のカバー３４などを外し、工具などを使用して光学系３８の光軸調整作業を行う場合に比べ光軸調整作業が容易となる。また、作業時間を短縮することもできる。

光学系３８の光軸調整作業は、フロントウインドシールド４０およびＨＵＤ装置１０を車体に取り付けた後に、例えば工場または整備場内で行えばよく、必ずしも車両の使用者が常に行わなければならない作業ではない。

そこで、本実施形態では、上記調整装置１６の入力部２２ａは、光学系３８の光軸調整作業を行う際に外部装置４３と一時的に接続する構成としている。このことによれば、光学系３８の光軸調整作業を行った後、外部装置４３をＨＵＤ装置１０から取り外すことが可能となる。また、光軸調整作業が必要となったら外部装置４３をＨＵＤ装置１０に取り付け、作業を行えばよい。このことによれば、ＨＵＤ装置１０一つ一つに、調整装置１６を操作する装置を設ける必要が無くなるため、ＨＵＤ装置１０のコストの上昇を抑えることができる。

また、本実施形態では、平面鏡１４が二つの異なる方向を向いた回転軸１４ｂおよび１４ｃ周りに回転するように構成されているので、平面鏡１４の反射面１４ａの向きの自由度が比較的大きくなる。このため、光軸の調整範囲が大きくなり、調整装置１６の調整能力が向上する。

加えて、本実施形態では、調整装置１６を平面鏡１４に設けている。平面鏡１４は、凹面鏡や凸面鏡などの特殊な鏡とは異なり光学的特性が非常に簡単である。本実施形態では、このような光学的特性が簡単な平面鏡１４に調整装置１６を設けるようにしているため、光軸調整作業が容易に行える。

なお、本実施形態の平面鏡１４が特許請求の範囲に記載の第一光学部材に相当し、拡大鏡２４が特許請求の範囲に記載の第二光学部材に相当する。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態に記載されているＨＵＤ装置１０の変形例である。第２実施形態は、位置変更装置２６を作動させたときに悪化する虚像１２ｃの表示状態を調整する場合の実施形態である。以下、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

図４は、第２実施形態のＨＵＤ装置１０の断面図である。なお、この図に図示する構成部品は、図１に示す第１実施形態のＨＵＤ装置１０と実質的に同じである。また、図４に示す平面鏡１４は、説明を容易にするために、回転軸１４ｂ方向から見た状態としている。拡大鏡２４および平面鏡１４の位置関係は、図１に示す状態と同じである。本実施形態では、第１実施形態とは異なり、調整装置１６と位置変更装置２６とは互いに連動して作動することを特徴としている。

乗員が操作スイッチ３２を操作することにより位置変更装置２６を作動させると、拡大鏡２４が回転軸２４ｂ周りに回転する。例えば、乗員が操作スイッチ３２の「ＵＰ」ボタンを操作すると、制御部３０は、駆動部２８を駆動制御して、拡大鏡２４をＵＰ側に回転駆動させる。拡大鏡２４がＵＰ側（図中、反時計回り）に回転駆動することにより、拡大鏡２４の反射面２４ａとフロントウインドシールド４０の反射面４０ａとの角度関係が変化し、拡大鏡２４にて拡大された画像１２ｂのフロントウインドシールド４０の反射面４０ａへの投影位置が車両上方に移動する。

反対に、乗員が操作スイッチ３２の「ＤＯＷＮ」ボタンを操作すると、制御部３０は、駆動部２８を駆動制御して、拡大鏡２４をＤＯＷＮ側に回転駆動させる。拡大鏡２４がＤＯＷＮ側（図中、時計回り）に回転駆動することにより、拡大鏡２４の反射面２４ａとフロントウインドシールド４０の反射面４０ａとの角度関係が変化し、拡大鏡２４にて拡大された画像１２ｂのフロントウインドシールド４０の反射面４０ａへの投影位置が車両下方に移動する。

このようにして、乗員が操作スイッチ３２を操作することにより、乗員の好みの位置にフロントウインドシールド４０に投影させる画像１２ｂの位置を変更することができる。

しかしながら、第１実施形態にて既に述べたように、フロントウインドシールド４０の反射面４０ａの形状は、湾曲している。このため、位置変更装置２６が作動し、拡大鏡２４の反射面２４ａとフロントウインドシールド４０の反射面４０ａとの角度関係が変化することによっても、フロントウインドシールド４０に対して拡大鏡２４の出射側の光軸がずれ、表示される虚像１２ｃが傾くことがある。

第２実施形態によれば、位置変更装置２６の作動に連動して作動する調整装置１６によって、悪化した虚像１２ｃの表示状態を調整することができる。以下、この手順について図５および図６を使用して説明する。

図５は、位置変更装置２６を作動させるときの虚像１２ｃの表示状態を調整する手順を示すフローチャートである。この制御フローは、ＨＵＤ装置１０が作動した後、開始される。本実施形態では、位置変更装置２６の制御部３０がこの制御フローの処理を行う。

図６は、虚像１２ｃの表示状態を良好なものとするための拡大鏡２４の回転角と平面鏡１４の回転角との関係を示した関係図である。それぞれの回転角は、例えば、車両の水平面に対する回転角である。図中、拡大鏡２４の回転角は、回転軸２４ｂ周りの回転角であり、平面鏡１４の回転角は、回転軸１４ｂ周りの回転角である。本実施形態では、図６中の初期位置を基準として制御フローを開始している。

本実施形態では、乗員が操作スイッチ３２の「ＤＯＷＮ」ボタンを操作した場合について説明する。

ステップＳ１０では、乗員による何らかの操作スイッチ３２の操作が行われたか否かを判定する。具体的には、制御部３０が操作スイッチ３２から制御部３０へ送られる操作状態に応じた指令信号の有無を検出することにより判定する。

ステップＳ１０にて、操作スイッチ３２が操作されたと判定すると、ステップＳ２０に進む。操作スイッチ３２が操作されていないと判定すると、再びステップＳ１０に戻る。

ステップＳ２０では、操作スイッチ３２の状態、すなわち「ＵＰ」ボタンの操作、または「ＤＯＷＮ」ボタンの操作を検出する。具体的には、制御部３０が操作スイッチ３２から制御部３０へ送られる指令信号の種類を検出する。

ステップＳ３０では、ステップＳ２０にて検出した指令信号に基づき、駆動部２８を駆動制御する。本実施形態では、「ＤＯＷＮ」ボタンが操作されているので、制御部３０は、拡大鏡２４をＤＯＷＮ側に予め定められた回転角度分だけ回転駆動させる。図４に示すように、拡大鏡２４は、フロントウインドシールド４０との角度が大きくなる方向に回転駆動する。

ステップＳ４０では、ステップＳ３０にて回転駆動した拡大鏡２４の回転角より、虚像１２ｃの表示状態を良好なものとするための平面鏡１４の回転角を図６に示す関係を用いて検出する。本実施形態では、初期位置に対応する拡大鏡２４の回転角から所定角度ＤＯＷＮ側に移動しているので、平面鏡１４の回転角も初期位置から所定角度ＤＯＷＮ側に移動する。

ステップＳ５０では、制御部３０は、平面鏡１４の回転角がステップＳ４０にて検出された回転角となるように平面鏡１４を回転駆動させる指令信号を調整装置１６の制御部２２に送る。上記指令信号を受信した制御部２２は、駆動部１８を制御し、平面鏡１４を回転駆動させる。本実施形態では、平面鏡１４は、平面鏡１４の上方の辺が拡大鏡２４から遠ざかる方向に回転駆動する。

このステップＳ５０が実行されることにより、拡大鏡２４が回転駆動することにより、フロントウインドシールド４０に対する拡大鏡２４の出射側の光軸がずれ、虚像１２ｃの表示状態が変化しても、調整装置１６が拡大鏡２４の回転駆動に連動して平面鏡１４を回転駆動させることにより、拡大鏡２４に対する平面鏡１４の出射側の光軸が調整され、ずれた拡大鏡２４の出射側の光軸が調整される。その結果、悪化した虚像１２ｃの表示状態が改善され、フロントウインドシールド４０に傾きが修正された虚像１２ｃが標示されることとなる。

ステップＳ６０では、ステップＳ５０での処理が終了した時点での操作スイッチ３２の操作の有無を検出する。検出方法は、ステップＳ１０と同じである。このステップにて、ステップＳ５０での処理が終了してもなお操作スイッチ３２が操作されていると判定すると、ステップＳ２０に戻る。乗員が操作スイッチ３２を例えば「ＤＯＷＮ」ボタンを操作し続けている限り、この制御フローのステップＳ２０からステップＳ５０までの処理が繰り返し実行される。

操作スイッチ３２が操作されていなければ、乗員による画像１２ｂの投影位置の調整が終了したとみなし、拡大鏡２４および平面鏡１４の回転角を維持したまま、この制御フローを終了する。

以上説明したように、平面鏡１４に調整装置１６を設けることにより、位置変更装置２６を作動させることによる悪化する虚像１２ｃの表示状態を調整することができる。また、平面鏡１４という他の装置（画像出力器１２や拡大鏡２４）に比べ比較的構造が簡単な部材に、調整装置１６を設けているので、ＨＵＤ装置１０の大幅なコスト上昇を抑えることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明した。本発明は、上記実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

例えば、第１実施形態において、調整装置１６は電気駆動可能な駆動部１８および駆動部２０を有しているが、ネジ機構のような手動で行うようなものであっても良い。

また、第２実施形態では、平面鏡１４を回転駆動させる際、制御部３０から制御部２２に指令信号を送っているが、制御部３０が直接駆動部１８を制御するようにしても良い。

上記第１および第２実施形態では、調整装置１６は、回転軸１４ｂ、１４ｃ周りに平面鏡１４の回転駆動させて、反射面１４ａの回転位置を変化させている。平面鏡１４の位置変化は、回転軸１４ｂ、１４ｃ周りに回転させるものに限らない。例えば、平面鏡１４を所定の二軸（Ｘ軸、Ｙ軸）上を平行移動させるようなものであっても良い。平面鏡１４を平行移動させる場合は、例えばハウジング３６上にＸ軸およびＹ軸に延びるレール上を平面鏡１４を移動させるようにする。

１０ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）、１２ 画像出力器、１２ａ 画面、１２ｂ 画像、１２ｃ 虚像、１４ 平面鏡（第一光学部材）、１４ａ 反射面、１４ｂ 回転軸、１４ｃ 回転軸、１６ 調整装置、１８ 駆動部、２０ 駆動部、２２ 制御部、２２ａ 入力部、２４ 拡大鏡（第二光学部材）、２４ａ 反射面、２４ｂ 回転軸、２６ 位置変更装置、２８ 駆動部、３０ 制御部、３２ 操作スイッチ、３４ カバー、３６ ハウジング、３６ａ開口部、３８ 光学系、４０ フロントウインドシールド、４０ａ 反射面、４２ アイレンジ、４３ 外部装置

Claims (6)

1. 画像を出力する画像出力器と、前記画像出力器から出力された画像を車両のウインドシールドに投影し、車内に虚像を表示させる光学系とを有するヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記光学系は、前記画像出力器から出力された画像が入射され、その入射された画像を反射する第一光学部材と、前記第一光学部材にて反射された画像が入射され、その入射された画像を反射して前記ウインドシールドに投影する第二光学部材と、を備え、
   予め定められた回転角内で前記第二光学部材を回転し、前記ウインドシールドに対する前記第二光学部材の光軸を変化させ、前記第二光学部材から出射される反射画像の前記ウインドシールドでの投影位置を変更する位置変更装置が、前記第二光学部材に設けられ、
   前記第一光学部材の位置を変化させることにより、前記第二光学部材に対する前記第一光学部材の光軸を調整して、前記ウインドシールドに対する前記第二光学部材の光軸を調整する調整装置が、前記第一光学部材に設けられていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記位置変更装置が前記予め定められた回転角内の特定の位置に前記第二光学部材を固定させている場合は、前記調整装置は、前記第一光学部材の位置を変化させることが可能な状態にあり、
   前記調整装置が前記第一光学部材の位置を固定させている場合は、前記位置変更装置は、前記第二光学部材を回転させることが可能な状態にあ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. 前記位置変更装置が、前記第二光学部材を回転させている場合に、前記調整装置は、前記位置変更装置が作動することにより変化する前記第二光学部材の回転に連動して、前記第一光学部材の位置を変化させ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。
4. 前記位置変更装置は、乗員により操作され、操作状態に応じた信号を発生する操作スイッチを有しており、
   前記位置変更装置は、前記操作スイッチからの操作状態に応じた信号に応じた方向に前記第二光学部材を回転させることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記第一光学部材は、方向が異なる二つの回転軸を有し、これら各回転軸周りに回転可能であって、
   前記調整装置は、前記各軸周りに前記第一光学部材を回転させることにより、前記第一光学部材の位置を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記第一光学部材は、平面鏡であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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