JP2014203012A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きさや形状，配置などの設計の自由度を高めた状態で、広い温度範囲での使用においても表示ボケが生じにくいヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】 反射型表示素子１０４は、照明光を反射させる。投射手段１０５は、反射型表示素子１０４で反射された照明光を表示光Ｌとして投射する。結像部材１０６は、投射手段１０５が投射した表示光Ｌを投影する。温度検出手段１１２は、温度を検出し温度データを出力する。位置調整手段は、温度データに基づいて投射手段１０５の位置を補正する。位置調整手段は、温度データに対応する補正量を記憶した記憶部２０４を有する。位置調整手段は、投射手段１０５に固定されたジョイントナット１０８と、ジョイントナット１０８を移動させるリードスクリュー１０７ａとを有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、虚像を表示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。

ヘッドアップディスプレイ装置は、光源部と表示素子（液晶表示パネル等）とからなる表示器と、凹面鏡等の反射ミラーと、外装筐体と、防塵カバーとから主に構成されている。表示器からの表示光は凹面鏡等の反射ミラーで反射され、開口部に設置された防塵カバーを通してウインドシールド等の反射手段に入射する。そして、この入射光がウインドシールド等の反射手段により反射されることにより、映像情報がウインドシールド等の前方に形成される虚像として提示される。

特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置は、光源部，表示器，投射手段としてのレンズを備え、光源部及び表示器によって生成された映像情報をレンズによって導光部の結像部材上へ実像として投射結像させる構造である。光源部は、例えば、ハロゲンランプ等の各種ランプやＬＥＤ，スキャナ型の投影機等が使用される。また、表示器には、例えば液晶表示パネルやＤＭＤ等の表示素子を用いている。斯かる構成にすることで、大きさや形状，配置等の設計の自由度を従来よりも高めたヘッドアップディスプレイ装置を提供することが可能である。

特開２００４−１２６２２６号公報

しかし、ヘッドアップディスプレイ装置は、広い温度範囲で鮮明な映像情報を表示する必要があるのに対し、特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置では、環境の温度変化により、投射手段の寸法や光学的物性に変化が生じてしまい、結像部材上での実像がぼけてしまうという問題を有している。
本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、大きさや形状，配置などの設計の自由度を高めた状態で、広い温度範囲での使用においても表示ボケが生じにくいヘッドアップディスプレイ装置を提供するものである。

本発明は、照明光を発する照明手段と、前記照明光を反射させる反射型表示素子と、前記反射型表示素子で反射された前記照明光を表示光として投射する投射手段と、前記投射手段が投射した前記表示光を投影する結像部材と、温度を検出し温度データを出力する温度検出手段と、前記温度データに基づいて前記投射手段の位置を補正する位置調整手段と、を備えたものである。

また、本発明は、前記位置調整手段は、前記温度データに対応する補正量を記憶した記憶部を有するものである。

また、本発明は、前記位置調整手段は、前記投射手段に固定されたジョイントナットと、前記ジョイントナットを移動させるリードスクリューと、を有するものである。

前また、本発明は、記位置調整手段は、前記リードスクリューと前記ジョイントナットとの間で発生するガタを押さえ込むバネ部材を有するものである。

温度データに基づいて投射手段の位置を補正することにより、広い温度範囲での使用においても表示ボケが生じにくい。

本発明の実施形態を示す概観図。 同上実施形態を示す断面図。 同上実施形態を示す正面図。 同上実施形態を示すブロック図。 同上実施形態を示すデータテーブルの概念図。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態を説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置１１は、車両のダッシュボード１２に設けられ、表示光Ｌをウインドシールド１３によって車両運転者４側に反射させ、虚像Ｖを表示するものである。車両運転者１４は、虚像Ｖを風景と重畳させて視認することができる。なお、本実施形態では、被投影部材としてウインドシールド１３に表示光Ｌを投影するものであるが、専用のコンバイナを用いることができる。

ヘッドアップディスプレイ装置１１は、図２に示すように、表示器１５と、反射器１６と、筐体１７とから主に構成されている。表示器１５は、図３に示すように、赤色光源１０１Ｒ，緑色光源１０１Ｇ，青色光源１０１Ｂ，ダイクロイックミラー１０２Ｒ，ダイクロイックミラー１０２Ｇを含む照明手段と、反射ミラー１０３と、反射型表示素子１０４と、投射手段１０５と、スクリーン１０６とから主に構成されている。

赤色光源１０１Ｒ，緑色光源１０１Ｇ，青色光源１０１Ｂは、例えば、ＬＥＤであって、図示しない回路基板からの電力供給によってそれぞれ赤色，緑色，青色の光束を射出する。特に、光源がＬＥＤである場合には、高温時に素子が受けるダメージを軽減するために投入電力を低く制御する必要があり、図示しない回路基板上にはサーミスタなどの温度検知手段を備え、ＬＥＤ部の温度を検知している。

ダイクロイックミラー１０２Ｒは、ガラス基材に赤色光源１０１Ｒから射出される光を反射し、緑色光源１０１Ｇと青色光源１０１Ｂから射出された光を透過する特性を持った薄膜がコーティングされたものである。ダイクロイックミラー１０２Ｇは、ガラス基材に緑色光源１０１Ｇから射出された光を反射し、青色光源１０１Ｂから射出された光を透過する特性を持った薄膜がコーティングされたものである。

各光源の光束は、ダイクロイックミラー１０２Ｒ，ダイクロイックミラー１０２Ｇを介して同軸化される。反射ミラー１０３は、ガラス基材に赤色光源１０１Ｒ、緑色光源１０１Ｇ、青色光源１０１Ｂから射出された光を反射する特性を持った薄膜がコーティングされたものであって、照明手段からの光を反射によって反射型表示素子１０４へ適正な角度で入射させる。

反射型表示素子１０４は、例えば、光変調素子であるＤＭＤ（Digital Micromirror Device）である。反射型表示素子１０４は、入射した赤色光，緑色光および青色光を、それぞれ赤色映像信号，緑色映像信号および青色映像信号に従って変調する。それによって赤色，緑色，青色の画像が順次表示され、人間の目にはそれらが合成されてカラー画像として認識される。また、ＤＭＤは温度によるダメージを受け易く、素子温度をモニタリングしながら、自身のＯＮ／ＯＦＦ期間や光源の強度を制御する必要があるため、温度検知手段１１２を内蔵する。

投射手段１０５は、複数のレンズ群を鏡筒と呼ばれる筒状の外装によりまとめたものであって、反射型表示素子１０４で生成された画像光を入射し、フォーカス調整する機能を有し、スクリーン１０６に拡大投射するものである。スクリーン１０６は、透明樹脂（例えばポリカーボネート）からなり、光射出面には微細な凹凸が形成されており、投射手段１０５からの画像光を実像として結像させるものである。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置１１として要求される広い温度範囲では、投射手段１０５の寸法や光学的物性が変化することにより、投射手段１０５のバックフォーカスＢＦに狂いが生じてしまい、スクリーン１０６上での実像がぼけてしまう。車両用として要求される広い温度範囲での使用においても表示ボケが生じにくくするために、使用されている温度に応じた適正なバックフォーカスＢＦとなるように投射手段１０５の位置を調整する位置調整手段が設けられている。

位置調整手段は、ジョイントナット固定部１０５ａとガイド挿通部１０５ｂを備えた投射手段１０５，リードスクリュー１０７ａが回動する動力伝達手段１０７，ジョイントナット１０８，ガイド１０９，バネ１１０，ストッパー１１１，温度検知手段１１２で主に構成されている。位置調整手段の電気的構成は、図４に示すように、例えば、温度検知手段１１２，制御手段２０１，動力伝達手段１０７で主に構成されており、制御手段２０１は、マイコン２０２と駆動回路２０３とテーブル記憶手段２０４から構成されている。

投射手段１０５は、ジョイントナット固定部１０５ａとガイド挿通部１０５ｂを有している。ジョイントナット固定部１０５ａは、ジョイントナット１０８が固定され、ジョイントナット１０８の移動に伴って投射手段１０５を移動させる動力の伝達部である。ガイド挿通部１０５ｂは、投射手段１０５の移動を案内するガイド１０９が挿通される箇所である。ガイド挿通部１０５ｂ，ガイド１０９には、意図しない方向への移動は規制し、意図する方向への移動はスムーズになるようクリアランスが設定されている。

動力伝達手段１０７は、例えば、通電により回転駆動力を発生する周知のＰＭ型のステッピングモータからなり、動力伝達手段１０７から延出する回転軸は、その周面において螺旋状に形成されてなるネジ溝からなるリードスクリュー１０７ａである。リードスクリュー１０７ａの軸方向が、調整したいバックフォーカスＢＦの方向と平行となるような配置である。

ジョイントナット１０８は、リードスクリュー１０７ａのネジ溝と噛み合う穴が備えられ、側面には投射手段１０５のジョイントナット固定部１０５ａに固定される形状が施されている。動力伝達手段１０７の駆動により、リードスクリュー１０７ａが回転すると、リードスクリュー１０７ａのネジ溝と噛み合ったジョイントナット１０８はリードスクリュー１０７ａの軸方向に沿って直線的に移動するため、ジョイントナット１０８にジョイントナット固定部１０５ａを介して固定された投射手段１０５も直線的に移動する。

ガイド１０９は、調整したいバックフォーカスＢＦの方向と平行な方向に延在し、投射手段１０５のガイド挿通部１０５ｂに挿通され、投射手段１０５が意図しない方向へ移動することを抑制する働きをする。バネ１１０は、ガイド１０９に挿通され、投射手段１０５のガイド挿通部１０５ｂを突っ張るように力が働いている。リードスクリュー１０７ａのネジ溝と、それと噛み合うジョイントナット１０８との間にはガタ（所謂バックラッシ）が存在するが、バネ１１０がそのガタを押さえ込む働きをしている。

ストッパー１１１は、投射手段１０５のジョイントナット固定部１０５ａの直線移動進路上に設けられている。動力伝達手段１０７の駆動によりジョイントナット固定部１０５ａはストッパー１１１に当接するまで移動することが可能である。この当接した位置を、投射手段１０５の温度に応じた適正な位置を設定するための絶対基準位置としている。

温度検知手段１１２は、本実施形態では反射型表示素子１０４に内蔵されているが、投射手段１０５に配設してもよい。反射型表示素子１０４に内蔵された温度検出手段１１２や、赤色光源１０１Ｒ，緑色光源１０１Ｇ，青色光源１０１Ｂが実装された図示しない回路基板上に備えられた温度検知手段（例えばサーミスタ）は、本来、反射型表示素子１０４や光源の温度によるダメージ軽減のために必要な温度検知手段と言えるため、これらを活用して投射手段１０５の温度を検知すれば追加の温度検知手段を省くことが可能である。

マイコン２０２は、温度検知手段１１２からの温度データを入力して、その温度データにおける投射手段１０５の適正なバックフォーカスＢＦの値を導出し、駆動回路２０３に指令を出す。駆動回路２０３は、マイコン２０２からの指令を受けて、動力伝達手段１０７に所望の通電（パルス電流）を発生する。

テーブル記憶手段２０４は、ＥＥＰＲＯＭあるいはフラッシュメモリなどの不揮発性記憶媒体であって、基準温度における最適な投射手段１０５の位置とストッパー１１１で規定される絶対基準位置との関係、および基準温度に対する温度変化（Δ温度）と投射手段１０５の最適位置の変化（動力伝達手段１０７がステッピングモータの場合、Δステップ）との関係をデータテーブルとして格納している。

図５は、テーブル記憶手段２０４が格納するデータテーブルイメージを示すものである。テーブル記憶手段２０４のデータテーブルは、基準温度を２５℃として、このときの投射手段１０５の最適位置をストッパー１１１に当接した位置からの移動量としてはリードスクリュー１０７ａがＡステップだけ回転した位置としている。このＡステップの状態はデータテーブルによると、２０〜３０℃の範囲をカバーしている。

温度に変化が生じた場合の例として、例えば温度が６２℃の場合では、データテーブルによると基準温度のとき（つまりストッパー１１１に当接した位置からＡステップの位置）からｄステップだけリードスクリュー１０７ａが更に回転した位置が投射手段１０５の最適位置としている。

動力伝達手段１０７がステッピングモータの場合、振動や衝撃によってリードスクリュー１０７ａの軸方向に大きな荷重が加わると、ステッピングモータ特有の脱調という事象が発生する虞がある他、リードスクリュー１０７ａとジョイントナット１０８の噛み合いがずれてしまうことも想定される。このような事象が発生すると表示ボケを引き起こす。このような事象が発生した場合でも、所望の投射手段１０５の位置に復帰する方法として、ヘッドアップディスプレイ装置１１の起動時に、ストッパー１１１に当接するまでリードスクリュー１０７ａを回転させた後、基準温度のときのＡステップ＋温度変化時のΔステップ分だけリードスクリュー１０７ａを回転させる初期動作を実施するとよい。更に、この初期動作中は光源への電力供給を行わないことで、ユーザは大幅なボケ修正中の状態を見ずに済む。この初期動作は、初期的に大幅な温度変化が生じている場合にも有効である。

反射器１６は、凹面鏡３０，ミラーホルダー３１，ステッピングモータ３２を有している。凹面鏡３０は、樹脂（例えばポリカーボネート）に金属（例えばアルミニウム）を蒸着させ反射面３０ａを形成したものである。反射面３０ａは凹面となっており、表示光Ｌが拡大されて虚像Ｖが表示される。凹面鏡３０はミラーホルダー３１に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダー３１は樹脂（例えばＡＢＳ）からなるものであり、歯車部３４及び軸部３５が一体に形成されている。

ステッピングモータ３２の回動軸には歯車３７が取付けられており、この歯車３７は、ミラーホルダー３１の歯車部３４と噛合されている。凹面鏡３０はミラーホルダー３１と共に回動可能な状態で支持されており、ステッピングモータ３２により凹面鏡３０を回動させ、表示光Ｌの投射方向を調整することができる。車両運転者４は、押ボタンスイッチ（図示しない）を操作し表示光Ｌが目の位置に反射されるように（即ち、虚像Ｖを視認できるように）凹面鏡３０の角度を調整する。

筐体１７は、不透明な樹脂（例えばポリプロピレン）からなり、表示器１５，反射器１６が収容される。筐体１７には遮光壁１７ｃが設けられており、太陽光等の外光が表示器１５に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止している。遮光壁１７ｃは平板形状になっており、筐体１７の上部から斜めに垂下するように形成されている。筐体１７の上面には、表示光Ｌが出射する開口部が形成されており、この開口部に防塵カバー４４が貼着されている。防塵カバー４４は、ポリカーボネート等の透明樹脂からなるものであり、湾曲形状になっている。

以上のような構成、制御により、車両用として要求される広い温度範囲での使用においても表示ボケが生じにくい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。

１０４ 反射型表示素子
１０５ 投射手段
１０６ スクリーン（結像部材）
１０７ａ リードスクリュー
１０８ ジョイントナット
１０９ ガイド
１１０ バネ（バネ部材）
１１２ 温度検出手段
２０１ 制御手段
２０４ テーブル記憶手段（記憶部）
Ｌ 表示光

Claims (4)

1. 照明光を発する照明手段と、前記照明光を反射させる反射型表示素子と、前記反射型表示素子で反射された前記照明光を表示光として投射する投射手段と、前記投射手段が投射した前記表示光を投影する結像部材と、温度を検出し温度データを出力する温度検出手段と、前記温度データに基づいて前記投射手段の位置を補正する位置調整手段と、を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記位置調整手段は、前記温度データに対応する補正量を記憶した記憶部を有す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. 前記位置調整手段は、前記投射手段に固定されたジョイントナットと、前記ジョイントナットを移動させるリードスクリューと、を有す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. 前記位置調整手段は、前記リードスクリューと前記ジョイントナットとの間で発生するガタを押さえ込むバネ部材を有す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。

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