JP2014210563A - ヘッドアップ投影システム - Google Patents

Abstract

【課題】便利で、簡便で、あらゆる車両への設置が簡単であり、製造及び設置の費用が低減されたヘッドアップ投影システムを提供する。
【解決手段】ヘッドアップ投影システム２は、搭載部材２１とポータブルプロジェクタ２５を含む。搭載部材２１はレセプタクルを有し、搭載部材２１は車両３の天井３１に搭載される。ポータブルプロジェクタ２５は、搭載部材２１のレセプタクル内に着脱可能に収容され、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置と接続するように構成され、モバイル通信及び演算装置からのナビゲーション情報画像を車両内に表示させる。
【選択図】図２

Description

関連発明へのクロスリファレンス
本願は、2013年4月19日に出願され、「ヘッドアップ投影システム」と題した米国仮出願第61/813,834号の利益を受け、これに包含される内容の全てが参照することにより組み込まれる。

技術分野
本発明は、投影システムに関し、特にナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムに関する。

背景技術
近年、旅行者を所望の目的地へガイドするためのナビゲーションシステムが広く使用されている。一般的には、旅行者の位置情報を得るためにグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）トランシーバーとナビゲーション・データベースが採用されている。そして、旅行者の位置と所望の目的地とがナビゲーションシステムの中央演算処理装置により比較され、旅行者を所望の目的地へ案内するための経路示す視覚的・聴覚的指示がナビゲーションシステムのディスプレイ及びスピーカーを介して提供される。

車両内でのナビゲーションシステムの使用を促進するために、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）システムを採用し、運転者に対しナビゲーション情報を表示させることが可能である。ヘッドアップディスプレイシステムは、虚像が運転者の目の高さに映し出されるように、フロントガラスの特定の位置に虚像を投影する。ヘッドアップディスプレイシステムを用いることにより、運転者はナビゲーション情報を得るために道路から視線をそらせる必要が無くなる。従って、運転上の安全が向上される。

米国特許出願公開第20120191342A1号には、車両用ヘッドアップディスプレイと供に使用される情報ディスプレイシステムが開示されている。図１を参照すると、ヘッドアップディスプレイシステム１は、液晶パネル１０及びこの液晶パネル１０の後方に配置されたバックライトユニット１２を含む。液晶パネル１０は、運転席の前にある機器パネル１０ａの中に設置され、運転情報画像を表示可能になっている。バックライトユニット１２は、液晶パネル１０の後方表面に光を照射するための光源として使用される。ヘッドアップディスプレイシステム１はさらに、液晶パネル１０の前方に配置された光学ユニット１４及び特定の角度を有するように光学ユニット１４の前方に設置された反射鏡１６を含む。光学ユニット１４は、液晶パネル１０に現れる運転情報画像を拡大縮小するため、及び車両のフロントガラス１８に向けて光学ユニットを通して投影される運転情報画像の焦点距離を調節するために使用される。このようにして、運転情報画像がフロントガラス１８に表示される。

しかしながら、従来型のヘッドアップディスプレイシステムの光学装置は、運転席の前にある機器パネルの中に設置されている。運転者又はオペレータが自力でヘッドアップディスプレイシステムを車両内に設置するのは困難であり、また、車両内にヘッドアップディスプレイシステムを設置するための費用は比較的高額である。さらに、従来型の、車両内に設置されたヘッドアップディスプレイシステムは、車両が使用されている時にしか運転情報画像を表示することが出来ない。このため、車両が使用されていない場合には、ヘッドアップディスプレイシステムはスイッチが切られており、車両外において様々なプレゼンテーションを提供し、又は画像表示機能を提供するために車両から取り出すことが出来なかった。さらに、従来型のヘッドアップディスプレイシステムは、フロントガラスの特定の領域に直接光を投影するものであり、これに必要なコーティング剤は、通常フロントガラスの透過性を著しく低下させる。結果として、従来型のヘッドアップディスプレイシステムはフロントガラスのごく限られた領域での使用に限定される。

さらに、従来型のヘッドアップディスプレイシステムの画像の解像度は実用的な要求を満たさず、フロントガラスの特定の領域に投影された画像サイズの制御が難しく、画像サイズがフロントガラスの特定の領域より小さい場合もあり得る。そして、従来型のヘッドアップディスプレイシステムにより投影される運転情報画像は、フロントガラスの特定の領域にしか投影することが出来ず、従来型のヘッドアップディスプレイシステムは様々な運転者の目の位置に応じて運転情報画像を表示する高さを調節・変更することが出来ない。

従って、従来技術に見られる欠点を解消するために、ナビゲーション情報を表示するための改良されたヘッドアップディスプレイシステムの提供が必要とされている。

本発明は、便利で、簡便で、あらゆる車両への設置が簡単であり、製造及び設置の費用が低減されたヘッドアップ投影システムを提供する。

本発明は、さらに、取り外し可能なプロジェクタを有するヘッドアップ投影システムを提供する。プロジェクタは、搭載部材を介して車両の天井に搭載することが出来、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置に接続することが出来、よってモバイル通信及び演算装置からのナビゲーション情報がヘッドアップ投影システムを介して表示される。さらに、ヘッドアップ投影システムが使用されていない時には、プロジェクタを車両から取り外して車両外において様々なプレゼンテーション又は画像表示機能を提供することが出来る。

本発明はさらに、天井搭載型のヘッドアップ投影システム及びその搭載部材を提供する。天井搭載型のヘッドアップ投影システムは、従来型のヘッドアップディスプレイシステムとは異なる光路を有しており、ヘッドアップ投影システムの画像の解像度が改善され、画像サイズを適切に制御してヘッドアップ投影システムの光学スクリーンの大きさに適合させることが出来る。さらに、画像のゆがみに関する問題が解消される。加えて、天井に搭載されたヘッドアップ投影システム及び搭載部材は単純な構造を有しているため、運転者は、天井搭載型のヘッドアップ投影システムを車両内に自身で簡単に設置することが出来る。

本発明はまた、ナビゲーション情報を表示するための天井搭載型のヘッドアップ投影システムによるナビゲーションシステムを提供する。

本発明の一の側面によれば、ヘッドアップ投影システムは搭載部材及びポータブルプロジェクタを有する。搭載部材はレセプタクルを有し、搭載部材は車両の天井に搭載される。ポータブルプロジェクタは、搭載部材のレセプタクルに着脱可能に設置され、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置と接続するように構成され、よってモバイル通信及び演算装置からのナビゲーション情報画像が車両内で表示される。

本発明の別の側面によれば、ヘッドアップ投影システムは、搭載部材、ポータブルプロジェクタ、光学スクリーン、及び光学ユニットを有する。搭載部材はレセプタクルを有し、搭載部材は車両の天井に搭載される。ポータブルプロジェクタは、搭載部材のレセプタクルに着脱可能に設置される。光学ユニットは、ポータブルプロジェクタと光学スクリーンとの間の光路内に置かれ、ポータブルプロジェクタからの画像に基づいて中間像である実像を形成する。光学スクリーンは、中間像である実像を拡大した虚像を形成し、光学ユニットからの光を運転者の目に向けて反射させる。

上述の本発明の内容は、以下の詳細な説明及びこれに伴って示される図面を参照することにより当業者にとってより明確なものとなるであろう。

図１は、車両内でナビゲーション情報を表示するための従来型のヘッドアップディスプレイシステムの概略図である。

図２は、本発明の第一の好ましい実施形態に係る、車両内でナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムの概略図である。

図３Ａは、図２に示されたヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材から取り外された状態を示している。

図３Ｂは、図２に示されたヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材に収容された状態を示している。

図４Ａは、図４Ｂと供に、車両の天井の様々な位置に搭載され、固定された図３Ａ及び図３Ｂのヘッドアップ投影システムの概略図である。 図４Ｂは、図４Ａと共に、車両の天井の様々な位置に搭載され、固定された図３Ａ及び図３Ｂのヘッドアップ投影システムの概略図である。

図５は、本発明の実施形態に係るナビゲーションシステムの概略図であり、ヘッドアップ投影システムのポータブルプロジェクタが、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置に接続された状態を示している。

図６は、説明された第一の態様によるポータブルプロジェクタを用いたヘッドアップ投影システムの光路を示す概略図である。

図７は、説明された第二の態様によるポータブルプロジェクタを用いたヘッドアップ投影システムの光路を示す概略図である。

図８は、説明された第三の態様によるポータブルプロジェクタを用いたヘッドアップ投影システムの光路を示す概略図である。

図９は、ヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材に収容され、説明された締結装置を使用して搭載部材に固定された状態を示している。

図１０は、本発明の第二の好ましい実施形態に係る、車両内でナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムの概略図である。

図１１Ａは、本発明の第二の好ましい実施形態に係るヘッドアップ投影システム用のポータブルプロジェクタを示す概略図である。 図１１Ｂは、本発明の第二の好ましい実施形態に係るヘッドアップ投影システム用のポータブルプロジェクタを示す概略図である。

図１２は、本発明の第三の好ましい実施形態に係る、車両内でナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムの概略図である。

図１３は、図１２に示されたヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材から取り外された状態を示している。

図１４Ａは、図１３に示されたヘッドアップ投影システムについて説明された第一の精密調整機構の概略図である。

図１４Ｂは、図１３に示されたヘッドアップ投影システムについて説明された第二の精密調整機構の概略図である。

図１５は、図１３に示されたヘッドアップ投影システムについて説明された粗調整機構の概略図である。

発明の詳細な説明

以下の実施形態を参照しながら本発明をより詳細に説明する。以下に示される本発明の好ましい実施形態に関する記載は、本発明の説明及び記述のためにのみ提示されるものであることに注意すべきである。本発明が、開示された詳細な形態によって網羅され、又は限定されることを意図するものではない。

図２、３Ａ及び３Ｂを参照されたい。図２は、本発明の第一の好ましい実施形態に係る、車両内でナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムの概略図である。図３Ａは、図２に示されたヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材から取り外された状態を示している。図３Ｂは、図２に示されたヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材のレセプタクルに収容された状態を示している。本発明に係るヘッドアップ投影システム２は、車両３（例：自動車等）の天井３１の特定の位置に搭載し、固定することができる。例えば、ヘッドアップ投影システム２を、天井３１において、日除け板が搭載されている場所に、日除け板を置き換えるように搭載し、固定させることができる。つまり、図４Ａに示されるように、ヘッドアップ投影システム２を運転席の頭上に配置させることができる。あるいは、ヘッドアップ投影システム２を、天井３１において、運転席と案内人の席（すなわち、助手席）との間に搭載し、固定させることもできる。つまり、ヘッドアップ投影システム２を、図４Ｂに示されるように、運転席の上方であるが、運転席とはずれが生じるように配置させることができる。天井３１においてヘッドアップ投影システム２を搭載する位置は、実際の要求に応じて変更可能であることに注意すべきである。

本発明に係るヘッドアップ投影システム２は、搭載部材２１、光学スクリーン２３、ポータブルプロジェクタ２５、及び光学ユニット２９を含む。ポータブルプロジェクタ２５は、手で保持するプロジェクタ、ポケットサイズのプロジェクタ、ミニプロジェクタ又はＭＥＭｓレーザーピコプロジェクタであってもよいが、これらに限定されない。搭載部材２１は、車両３の天井３１の特定の位置において着脱可能に搭載され、固定されている。搭載部材２１は、ポータブルプロジェクタ２５を受け入れ、又は収容するためのレセプタクル２１０を有している。ポータブルプロジェクタ２５は、搭載部材２１のレセプタクル２１０において着脱可能に収容され、少なくとも一つの締結装置２６（例：ねじ、びょう、又は係合部品）を用いて搭載部材２１内の特定の位置に固定させることができる。結果として、ポータブルプロジェクタ２５を、容易に且つ速やかに搭載部材２１に設置したりこれから取り外したりすることができる。本実施形態において、搭載部材２１は支持板２１１、少なくとも二つの耳状要素２１２、少なくとも二枚の延長板２１３、フレーム２１４、及び二本のアーム２１５を有している。フレーム２１４は、支持板２１１の一方の表面２１６に配置され、支持板２１１を有するレセプタクル２１０を規定している。あるいは、フレーム２１４は、レセプタクル２１０を規定する４つの側壁を有している。レセプタクル２１０は、第一開口２１０ａ及び第二開口２１０ｂを有している。ポータブルプロジェクタ２５は、第二開口２１０ｂから搭載部材２１のレセプタクル２１０内に収容することができ、少なくとも一つの締結装置２６（例：ねじ、びょう又は係合部品）を用いてフレーム２１４に固定することができる。

本実施形態において、搭載部材２１の二つの耳状要素２１２のそれぞれが、支持板２１１の二つの相対する側端から外側へ、これに水平に延伸しており、これら二つの耳状要素２１２は互いに相対している。二つの耳状要素２１２の各々には、貫通孔又は貫通溝があり、固定要素（例：ねじ、びょう又は係合部品）がこれを貫通して車両３の天井３１に固定されることによって搭載部材２１が車両３の天井３１の特定の位置に搭載され固定される。搭載部材２１の二つの延長板２１３のそれぞれが、支持板２１１の二つの相対する側端から外側へ、支持板２１１の表面２１６に対して垂直に延伸しており、これら二つの延長板２１４は互いに相対している。二本のアーム２１５のそれぞれが、第一端及び第二端を有している。二本のアーム１５の第一端は、二つの延長板２１３にそれぞれ枢動可能に係合されている。二本のアーム２１５の第二端は、光学スクリーン２３の端にある二つの結合部材とそれぞれ係合され、光学スクリーン２３が二本のアーム２１５により支持され且つ光学ユニット２９又はポータブルプロジェクタ２５と特定の距離又は一定の距離を持ってこれらと対面するようになっている。本実施形態において、二本のアーム２１５の第二端は光学スクリーン２３の端にある二つの結合部材と枢動可能に係合されているため、光学スクリーン２３は二つのアーム２１５において折りたたむことができる。いくつかの実施形態においては、搭載部材２１はポータブルプロジェクタ２５の可動範囲を搭載部材２１のレセプタクル２１０内に収めるためのストッパ２１７を含んでいる。好ましくは、ストッパ２１７はフレーム２１４の内側表面に配置されている。

光学ユニット２９は、ポータブルプロジェクタ２５と光学スクリーン２３との間の光路上に配置されている。本実施形態において、光学ユニット２９は拡散器であり、フレーム２１４の第一開口２１０ａに配置され、中間像である実像を形成する。つまり、ポータブルプロジェクタ２５からの画像に対する中間像である実像が光学ユニット２９により形成される。光学ユニット２９は、ポータブルプロジェクタ２５からの光を均一に広げ、これを通過する画像を拡大し且つ光学スクリーン２３に向けて投影し、画像の焦点距離を調節するように構成されている。好ましくは、光学ユニット２９はすりガラス拡散器であるが、これに限定されない。

光学スクリーン２３は、半透明の反射器であり、中間像である実像を拡大した虚像を形成する。つまり、中間像である実像が拡大されて光学ユニット２９から光学スクリーン２３に投影される。このようにして光学スクリーン２３によって中間像である実像を拡大した虚像が形成される。結果として、ポータブルプロジェクタ２５は光学ユニット２９を通して光学スクリーン２３へ光を投影することが可能であり、光学スクリーン２３により反射された光を運転者の目に向けることが可能であり、よってナビゲーション情報画像が運転者の目の高さにおいて運転者により視認される。本実施形態において、光学スクリーン２３はプラスチック、ガラス、ポリカーボネート、アクリル又は他の透明な材料によって作ることが可能であり、光学スクリーン２３は、部分反射材料によりコーティングされ、半透明の反射器となっている。光学スクリーン２３は、凹凸の半透明反射器である。あるいは、光学スクリーン２３は、ポータブルプロジェクタ２５から投影された単色性の光を反射し、他の波長の光を通過させる塗膜を付与されていてもよい。光学スクリーン２３は運転者の道路の視界との干渉を最小限に抑えながら画像を運転者へ向けて反射させるために提供されている。このようにして、運転者はヘッドアップ投影システム２により提供されるナビゲーション情報を得るときに道路から目を反らさずに済む。

図５は、本発明の実施形態に係るナビゲーションシステムの概略図であり、ヘッドアップ投影システム２のポータブルプロジェクタ２５が、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置２７に接続された状態を示している。図２、３Ａ、３Ｂ及び５によれば、ポータブルプロジェクタ２５は搭載部材２１を介して車両３の天井３１に搭載することができ、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置２７に接続させることができる。これにより、モバイル通信及び演算装置２７からのナビゲーション情報を、ヘッドアップ投影システム２を介して表示させることができる。さらに、ヘッドアップ投影システム２が使用されていない時は、ポータブルプロジェクタ２５を搭載部材２１から容易かつ速やかに取り外すことができ、車両３の外で様々なプレゼンテーションを提供し、又は画像表示機能を提供することができる。実施形態においては、モバイル通信及び演算装置２７は車両のキャビネット内に配置されるスマートフォン、ＰＤＡ、情報娯楽システム、演算機器又はＧＰＳであってもよい。モバイル通信及び演算装置２７は、ナビゲーションモジュールを含んでいるか、又はリモートサーバからナビゲーションＡＰＰにアクセスしてもよく、モバイル通信及び演算装置２７のＣＰＵはナビゲーション機能を提供するためにナビゲーションモジュール又はナビゲーションＡＰＰのプログラムを実行することができる。ポータブルプロジェクタ２５は、筐体２５１及び複数の接続ポート２５２を含んでいる。実施形態においては、ポータブルプロジェクタ２５はさらに電源ソケット２５３を含んでいる。ポータブルプロジェクタ２５は、信号伝達線２８を介してモバイル通信及び演算装置２７に接続させることができ、これによりナビゲーション情報がモバイル通信及び演算装置２７からポータブルプロジェクタ２５に提供され、ナビゲーション情報画像が表示されることになる。ポータブルプロジェクタ２５は、ポータブルプロジェクタ２５を操作するための電気エネルギーを供給するために内蔵型の充電池（図示せず）を含んでいてもよい。あるいは、ポータブルプロジェクタ２５の電源ソケット２５３は、電源ケーブル（図示せず）を介して車両３の電源に接続されていてもよい。これにより、ポータブルプロジェクタ２５を操作するための電気エネルギーが供給される。

図６は、説明された第一の態様によるポータブルプロジェクタを用いたヘッドアップ投影システムの光路を示す概略図である。本実施形態においては、図３Ａ、３Ｂおよび６に示されるように、ポータブルプロジェクタ２５は、光源２５４、画像形成ユニット２５５、及び投影レンズ２５６を含んでいる。好ましくは、画像形成ユニット２５５はデジタルマイクロミラーデバイスモジュール（すなわち、ＤＭＤモジュール）である。光源２５４はレーザー光源、ＬＥＤ光源、レーザー光源とＬＥＤ光源の組み合わせ、又はランプであってもよいが、これらに限定されない。光学ユニット２９はポータブルプロジェクタ２５の投影レンズ２５６と光学スクリーン２３との間の光路内に置かれる。好ましくは、光学ユニット２９は拡散器であり、フレーム２１４の第一開口２１０ａに配置され、ＤＭＤモジュール２５５からの画像に対する中間像である実像を形成する。つまり、ＤＭＤモジュール２５５からの画像に対する中間像である実像が光学ユニット２９により形成される。光学ユニット２９からの中間像である実像は、拡大されて光学スクリーン２３に投影され、よって中間像である実像を拡大した虚像が光学スクリーン２３により形成される。光学ユニット２９は、投影レンズ２５６からの光をポータブルプロジェクタ２５に均一に届けるようにも構成されており、これを通過する画像を拡大し、光学スクリーン２３への画像投影における焦点距離を調節する。光の一部が光学スクリーン２３を直接通過し、光の他の部分は光学スクリーン２３により反射されて運転者の目４へ、その目の高さにおいて視認できるように向けられる。つまり、運転者の目４は、その目の高さにおいて、光学スクリーン２３により反射された光学ユニット２９の中間像である実像を視認することができる。フレーム２１４の第一開口２１０ａに配置されるか、又はポータブルプロジェクタ２５の投影レンズ２５６と光学スクリーン２３との間の光路上に選択的に配置される光学ユニット２９を用いることにより、画像の解像度が向上され、光学スクリーン２３条に投影される画像のサイズを光学スクリーン２３の大きさに合うように適切に制御することができるようになる。いくつかの実施形態において、光学ユニット２９は拡散器及び減光フィルタ（ＮＤフィルタ）（図示せず）を含む。減光フィルタは、光の全ての波長又は色についてその強度を均等に減ずるように構成されている。

図７は、説明された第二の態様によるポータブルプロジェクタを用いたヘッドアップ投影システムの光路を示す概略図である。本実施形態において、ポータブルプロジェクタ２５は光源２５７、光結合器２５８及びＭＥＭｓスキャナミラー２５９を含む。光源２５７はレーザー光源、LED光源、又はレーザー光源とLED光源の組み合わせであっても良い。光結合器２５８は光源２５７からの光を組み合わせるように構成されている。光学ユニット２９はポータブルプロジェクタ２５のＭＥＭｓスキャナミラー２５９と光学スクリーン２３との間の光路上に配置されている。好ましくは、光学ユニット２９は拡散器２９１と集光レンズ２９２を含んでいる。集光レンズ２９２の例には、平凸レンズが含まれるが、これに限定されない。光学ユニット２９は、MEMsスキャナミラー２５９からの画像の中間像である実像を形成するため、ポータブルプロジェクタ２５のMEMsスキャナミラー２５９の前に配置される。つまり、MEMsスキャナミラー２５９からの画像の中間像である実像が光学ユニット２９により形成される。光学ユニット２９は、ポータブルプロジェクタ２５からの光を均一に拡散させるようにも構成されており、これを通過する画像を拡大し、光学スクリーン２３への画像投影における焦点距離を調節する。光学ユニット２９からの中間像である実像は、拡大されて光学スクリーン２３に投影され、よって中間像である実像を拡大した虚像が光学スクリーン２３により形成される。光の一部は光学スクリーン２３を直接通過し、光の他の部分は光学スクリーン２３により反射されて運転者の目へ、その目の高さで視認できるように向けられる。これにより、ナビゲーション情報画像が運転者の目の高さにおいて運転者に視認される。つまり、光学ユニット２９上の中間像である実像を光学スクリーン２３が反射し、これを運転者の目４が見ることとなる。フレーム２１４の第一開口２１０ａの前に置かれるか、又はポータブルプロジェクタ２５のMEMsスキャナーミラー２５９と光学スクリーン２３との間の光路上に選択的に配置される光学ユニット２９を用いることにより、画像の解像度が向上し、光学スクリーン２３上に投影される画像サイズを光学スクリーン２３の大きさに合うように良好に制御することが可能となる。いくつかの実施形態において、光学ユニット２９はさらに減光フィルター（図示せず）を含んでいる。減光フィルタは、光の全ての波長又は色についてその強度を均等に減ずるように構成されている。

図８は、説明された第三の態様によるポータブルプロジェクタを用いたヘッドアップ投影システムの光路を示す概略図である。本実施形態において、ポータブルプロジェクタ２５は、それ自身が光線を発することができ且つ光学ユニット２９へ向けて投影する画像を形成することが可能な積層MEMs２５０を含んでいる。光学ユニット２９はポータブルプロジェクタ２５の積層MEMs２５０と光学スクリーン２３との間の光路上に配置されている。好ましくは、光学ユニット２９は拡散器２９１と集光レンズ２９２を含んでいる。集光レンズ２９２の例には平凸レンズが含まれるが、これに限定されない。光学ユニット２９は、集積MEMs２５０からの画像の中間像である実像を形成するため、ポータブルプロジェクタ２５の集積MEMs２５０の前に配置される。つまり、ポータブルプロジェクタ２５の集積MEMs２５０からの画像の中間像である実像が光学ユニット２９により形成される。光学ユニット２９は、ポータブルプロジェクタ２５からの光を均一に拡散させるようにも構成されており、これを通過する画像を拡大し、光学スクリーン２３への画像投影における焦点距離を調節する。光学ユニット２９からの中間像である実像は、拡大されて光学スクリーン２３に投影され、よって中間像である実像を拡大した虚像が光学スクリーン２３により形成される。光の一部は光学スクリーン２３を直接通過し、光の他の部分は光学スクリーン２３により反射されて運転者の目へ向けられる。これにより、ナビゲーション情報画像が運転者の目の高さにおいて運転者に視認される。つまり、光学ユニット２９上の中間像である実像を光学スクリーン２３が反射し、これを運転者の目４が見ることとなる。フレーム２１４の第一開口２１０ａの前に置かれるか、又はポータブルプロジェクタ２５の集積MEMs２５０と光学スクリーン２３との間の光路上に選択的に配置される光学ユニット２９を用いることにより、画像の解像度が向上し、光学スクリーン２３上に投影される画像サイズを光学スクリーン２３の大きさに合うように良好に制御することが可能となる。いくつかの実施形態において、光学ユニット２９はさらに減光フィルター（図示せず）を含んでいる。減光フィルタは、光の全ての波長又は色についてその強度を均等に減ずるように構成されている。

図９は、ヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材のレセプタクルに収容され、説明された固定装置を使用して搭載部材に固定された状態を示している。本実施形態において、ポータブルプロジェクタ２５は、搭載部材２１のレセプタクル２１０に着脱可能に収容されており、少なくとも一つの固定装置５を用いて搭載部材２１内に固定して置くことができる。固定装置５は、支持板２１１の一側端に設けられた二つの軸スリーブに枢動可能に係合している二つの端部を有している（図示せず）。固定装置５は、ゴム輪５５を有する屈曲部分５４を有している。ポータブルプロジェクタ２５が搭載部材２１のレセプタクル２１０に収容されると、固定装置が第一の位置へ向けて回転されることにより固定装置５の屈曲部分５４がゴム輪５５を介してポータブルプロジェクタ２５の筐体２５１に対して付勢することができる。このようにして、ポータブルプロジェクタ２５を搭載部材２１に固定することができる。ユーザーが搭載部材２１からポータブルプロジェクタ２５を取り外したい時には、工程装置５を第二の位置へ向けて回転させ、固定装置５のゴム輪５５を有する屈曲部分５４をポータブルプロジェクタ２５の筐体２５１から離す。このようにして、ポータブルプロジェクタ２５を搭載部材２１から取り外すことができる。結果として、ポータブルプロジェクタ２５の搭載部材２１への収容及び搭載部材２１からの取り外しを容易かつ迅速に行うことが可能となる。実際の要求に応じて、固定装置５の構造を変化させることが可能であることに注意すべきである。

図１０は、本発明の第二の好ましい実施形態に係る、車両内でナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムの概略図である。本実施形態において、ヘッドアップ投影システム２は、搭載部材２１、光学スクリーン２３、ポータブルプロジェクタ２５及び光学ユニット２９も含んでいる。搭載部材２１、光学スクリーン２３、ポータブルプロジェクタ２５及び光学ユニット２９の構造及び機能は、図３Ａ及び図３Ｂに示されたものと同様であり、ここにおいて重複して記載することはしない。本実施形態において、ポータブルプロジェクタ２５には少なくとも二つの操作モードがあり、車両の外で様々なプレゼンテーション又は画像表示機能を提供するための通常表示モード（例えば、長距離投影モード）、及び車両内の運転者にナビゲーション情報画像を表示するヘッドアップ投影システムを使用するためのナビゲーション表示モード（例えば、短距離投影モード）がある。図１１Aに示されるように、ポータブルプロジェクタ２５は、ポータブルプロジェクタ２５の操作モードをスイッチするために筐体の一側面に設けられたスイッチ２５ａをさらに含んでいる。搭載部材２１は、フレーム２１４の内側面に設けられたアクティベータ２１８をさらに含んでおり、このアクティベータ２１８は、ポータブルプロジェクタ２５が搭載部材２１のレセプタクル２１０に収容された状態においてポータブルプロジェクタ２５のスイッチ２５ａに対応するように配置されている。好ましくは、アクティベータ２１８はフレーム２１４の内側表面に配置された突起である。ポータブルプロジェクタ２５が搭載部材２１のレセプタクル２１０に収容された状態においては、アクティベータ２１８はポータブルプロジェクタ２５のスイッチ２５ａと接触しているため、ポータブルプロジェクタ２５の操作モードを自動でナビゲーション表示モードに切り替えることができる。ポータブルプロジェクタ２５が搭載部材２１のレセプタクル２１０から取り外された状態においては、アクティベータ２１８はポータブルプロジェクタ２５のスイッチ２５ａと接触していないため、ポータブルプロジェクタ２５の操作モードを自動で通常表示モードに切り替えることができる。あるいは、ポータブルプロジェクタ２５の操作モードを手動で切り替えることも可能である。図１１Ｂに示されるように、ポータブルプロジェクタ２５は、手動によりポータブルプロジェクタ２５の操作モードの切り替え及び調節をするための調節リング２５ｂが筐体の一表面にさらに設けられている。いくつかの実施形態において、ポータブルプロジェクタ２５は投影される画像の輝度を調節するための輝度調節装置（図示せず）をさらに含んでいる。

図１２及び１３を参照されたい。図１２は、本発明の第三の好ましい実施形態に係る、車両内でナビゲーション情報を表示するためのヘッドアップ投影システムの概略図である。図１３は、図１２に示されたヘッドアップ投影システムの構造の概略図であり、ポータブルプロジェクタが搭載部材から取り外された状態を示している。本実施形態において、ヘッドアップ投影システム２は搭載部材２１、光学スクリーン２３、ポータブルプロジェクタ２５、及び光学ユニット２９を含んでいる。搭載部材２１、光学スクリーン２３、ポータブルプロジェクタ２５及び光学ユニット２９の構造及び機能は、図３A及び図３Bに示されたものと同様であり、ここにおいて重複して記載することはしない。本実施形態において、搭載部材２１は、運転者の目の位置に対するヘッドアップ投影システム２の光学スクリーン２３の位置を調節するための調整機構２２をさらに含んでいる。調整機構２２は精密調整機構２２１及び粗調整機構２２２を含んでいる。精密調整機構２２１は、運転者の目に対するヘッドアップ投影システム２の光学スクリーン２３の位置を精密に調節し、ポータブルプロジェクタ２５に対する光学スクリーン２３の角度及び位置を精密に調節できるように構成されている。これによって、ポータブルプロジェクタ２５からの光及び光学スクリーン２３により反射された光が運転者の目へ向けて送られ、運転者により画像が視認され得るようになる。粗調整機構２２２は、運転者の目の位置に対してヘッドアップ投影システム２の光学スクリーン２３の位置を粗く調節できるように構成されている。これによって、ポータブルプロジェクタ２５からの光及び光学スクリーン２３により反射された光が運転者の目へ向けて送られ、運転者により画像が視認され得るようになる。例えば、運転者が運転席の高さを調節したり、他の運転者が元々運転していた運転者に代わって運転するような場合、運転者は運転者の目の位置に対するヘッドアップ投影システムの光学スクリーン２３の位置を粗調整機構２２２を用いて調節することが可能である。これによって、ポータブルプロジェクタ２５からの光及び光学スクリーン２３により反射された光が運転者の目へ向けて送られ、運転者により画像が視認され得るようになる。

図１４Ａは、図１３に示されたヘッドアップ投影システムについて説明された第一の精密調整機構の概略図である。本実施形態において、図１３及び１４Ａに示されるように、ヘッドアップ投影システム２の精密調整機構２２１は、延長板２１３、アーム２１５、第一調節ねじ２１５４を含んでいる。延長板２１３は、複数の貫通孔２１３１を含んでいる。アーム２１５の第一端は、回転シャフト２１５３により枢動可能に延長板２１３と係合している。アーム２１５は、延長板２１３の一つ以上の貫通孔２１３１に対応する貫通孔を有している。第一調節ねじ２１５４はアーム２１５の貫通孔及び延長板２１３上の対応する貫通孔２１３１を通り、これによりアーム２１５を延長板２１３に対して位置づける。結果として、ポータブルプロジェクタ２５に対する光学スクリーン２３の角度θ_１及び位置を精密に調節することができ、運転者の目に対するヘッドアップ投影システム２の光学スクリーン２３の位置を精密に調節することができる。

図１４Ｂは、図１３に示されたヘッドアップ投影システムについて説明された第二の精密調整機構の概略図である。本実施形態において、図１３及び１４Ｂに示されるように、ヘッドアップ投影システム２の精密調整機構２２１は延長板２１３、アーム２１５、及び第一調節ネジ２１５４を有する。延長板２１３は、湾曲した溝２１３２を有している。アーム２１５の第一端は、回転シャフト２１５３により枢動可能に延長板２１３と係合している。アーム２１５は、延長板２１３の湾曲した溝２１３２に対応する貫通孔を有している。第一調節ねじ２１５４はアーム２１５の貫通孔及び延長板２１３上の湾曲した溝２１３２を通り、これによりアーム２１５を延長板２１３に対して位置づける。結果として、ポータブルプロジェクタ２５に対する光学スクリーン２３の角度θ_１及び位置を精密に調節することができ、運転者の目に対するヘッドアップ投影システム２の光学スクリーン２３の位置を精密に調節することができる。実際の要求に応じて、精密調整機構の構造を変えられることに注意すべきである。

図１５は、図１３に示されたヘッドアップ投影システムについて説明された粗調整機構の概略図である。本実施形態において、図１３及び１５に示されるように、ヘッドアップ投影システム２の粗調整機構２２２は、支持板２１１、ベースプレート２１１１、ボール２２２３、第一調整ねじ２２２４、第二調整ねじ２２２５、及び第三調整ねじ２２２６を有する。本実施形態においては、図３Ａ及び３Ｂに示されるような支持板２１１の二つの耳状要素２１２を省略することができる。搭載部材２１の二つの耳状要素２２２２のそれぞれが、ベースプレート２２２１の二つの相対する側端から外側へ、これに水平に延伸しており、これら二つの耳状要素２２２２は互いに相対している。二つの耳状要素２２２２の各々には、貫通孔又は貫通溝があり、固定要素（例：ねじ、びょう又は係合部品）がこれを貫通して車両３の天井３１に固定されることによって搭載部材２１が車両３の天井３１の特定の位置に搭載され固定される。ボール２２２３は支持板２１１とベースプレート２２２１との間に置かれ、且つこれらと接している。第一調整ねじ２２２４、第二調整ねじ２２２５及び第三調整ねじ２２２６のそれぞれが支持板２１１及びベースプレート２２２１を貫通し、支持板２１１とベースプレート２２２１との間の傾斜角度を調整している。結果として、運転者の目の位置に対するヘッドアップ投影システム２の光学スクリーン２３の位置を粗く調整することができる。

前述の内容により、本発明は、便利で、簡便で、あらゆる車両への設置が簡単であり、製造及び設置の費用が低減されたヘッドアップ投影システムを提供する。さらに、ヘッドアップ投影システムは着脱可能なプロジェクタを有している。プロジェクタは、搭載部材を介して車両の天井に搭載することが出来、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置に接続することが出来、よってモバイル通信及び演算装置からのナビゲーション情報がヘッドアップ投影システムを介して表示される。さらに、ヘッドアップ投影システムが使用されていない時には、プロジェクタを車両から取り外して様々なプレゼンテーション又は画像表示機能を提供することが出来る。

本発明はさらに、天井搭載型ヘッドアップ投影システム及びその搭載部材を提供する。天井搭載型ヘッドアップ投影システムは、従来型のヘッドアップディスプレイシステムとは異なる光路を有しており、ヘッドアップ投影システムの画像の解像度が改善され、画像サイズを適切に制御してヘッドアップ投影システムの光学スクリーンの大きさに適合させることが出来る。さらに、画像のゆがみに関する問題が解消される。加えて、天井搭載型ヘッドアップ投影システム及び搭載部材は単純な構造を有しているため、運転者は、天井搭載型のヘッドアップ投影システムを車両内に自分で簡単に設置することが出来る。

本発明を、現在における最も実際的で好ましい実施形態にしたがって説明したが、本発明はここに開示された実施形態に限定されるべきでないことが理解されるべきである。他方、ここに伴われる請求項の精神及びこの範囲に含まれる様々な変更や類似の調整をもが含まれることが意図されている。なお、請求項はこのような変更や類似の構造の全てが含まれるようにその最大限に広い解釈がなされるものとする。

Claims (15)

1. ヘッドアップ投影システムであって、
   レセプタクルを有し且つ車両の天井に搭載されている搭載部材と、
   前記搭載部材の前記レセプタクルに着脱可能に収容されているポータブルプロジェクタ、とを有し、
   前記ポータブルプロジェクタは、ナビゲーション機能を有するモバイル通信及び演算装置に接続するように構成され、前記車両内で前記モバイル通信及び演算装置からのナビゲーション情報画像を表示する、ヘッドアップ投影システム。
2. 請求項１のヘッドアップ投影システムであって、
   前記ポータブルプロジェクタは、手で保持するプロジェクタ、ポケットプロジェクタ、ミニプロジェクタ又はMEMsレーザーピコプロジェクタであって、
   前記モバイル通信及び演算装置は、スマートフォン、ＰＤＡ、情報娯楽システム、演算機器又はＧＰＳである、ヘッドアップ投影システム。
3. 請求項１のヘッドアップ投影システムであって、
   前記ポータブルプロジェクタが、信号伝達線を介して前記モバイル通信及び演算装置と接続されている、ヘッドアップ投影システム。
4. 請求項１のヘッドアップ投影システムであって、
   前記ポータブルプロジェクタが、少なくとも一つの締結装置又は少なくとも一つの固定装置により前記搭載部材の前記レセプタクルの特定の位置に固定されている、ヘッドアップ投影システム。
5. 請求項１のヘッドアップ投影システムであって、
   前記ポータブルプロジェクタが、通常表示モードとナビゲーション表示モードの少なくとも二つの操作モードを有し、
   前記ポータブルプロジェクタが、当該ポータブルプロジェクタの前記操作モードを切り替えるためのスイッチを有し、
   前記搭載部材が、前記ポータブルプロジェクタの前記スイッチに対応するアクティベータを有し、
   前記ポータブルプロジェクタが前記搭載部材の前記レセプタクルに収容されているときに、
   前記アクティベータは、前記ポータブルプロジェクタの前記スイッチと接触し、
   前記ポータブルプロジェクタの操作モードは、自動でナビゲーション表示モードに切り替えられる、ヘッドアップ投影システム。
6. 請求項１のヘッドアップ投影システムであって、
   前記ポータブルプロジェクタが、通常表示モードとナビゲーション表示モードの少なくとも二つの操作モードを有し、
   前記ポータブルプロジェクタが、当該ポータブルプロジェクタの前記操作モードを切り替えるための調整リングを有している、ヘッドアップ投影システム。
7. 請求項１のヘッドアップ投影システムであって、
   光学スクリーンと、
   前記ポータブルプロジェクタと前記光学スクリーンとの間の光路上に配置され且つ当該ポータブルプロジェクタからの画像の中間像である実像を形成するための光学ユニットをさらに有し、
   前記光学スクリーンは、中間像である実像を拡大した虚像を形成し且つ前記光学ユニットからの光を運転者の目へ向けるように構成されている、ヘッドアップ投影システム。
8. 請求項７のヘッドアップ投影システムであって、
   前記光学ユニットは、拡散器を有し、
   前記光学スクリーンは、半透明反射器である、ヘッドアップ投影システム。
9. 請求項８のヘッドアップ投影システムであって、
   前記光学スクリーンは、凸凹の半透明反射器である、ヘッドアップ投影システム。
10. 請求項８のヘッドアップ投影システムであって、
    前記光学ユニットは、集光レンズをさらに有する、ヘッドアップ投影システム。
11. 請求項７のヘッドアップ投影システムであって、
    前記搭載部材は、運転者の目に対する前記光学スクリーンの位置を調整するための調整機構を有する、ヘッドアップ投影システム。
12. 請求項７のヘッドアップ投影システムであって、
    前記搭載部材は、
    支持板、
    前記支持板の二つの相対する側端から外側へ、当該支持板に水平に延伸する少なくとも二つの耳状要素、
    前記支持板の一方の表面に配置され且つ当該支持板を有する前記レセプタクルを規定するフレーム、
    前記支持板の二つの相対する側端から外側へ且つ前記支持板の表面に対して垂直に延伸する少なくとも二つの延長板、及び
    二本のアーム、を更に含み、ここで、
    前記少なくとも二つの耳状要素のそれぞれは貫通孔又は貫通溝を有し、固定装置が当該貫通孔又は貫通溝を貫通して前記車両の天井に固定され、
    前記レセプタクルは第一開口及び第二開口を有し、
    前記ポータブルプロジェクタは前記第二開口から前記搭載部材の前記レセプタクル内に収容され、
    前記二本のアームのそれぞれは、前記延長板に枢動可能に係合されている第一端と前記光学スクリーンに係合されている第二端とを有している、ヘッドアップ投影システム。
13. 請求項１２のヘッドアップ投影システムであって、
    前記光学ユニットは、前記フレームの第一開口に配置されている、ヘッドアップ投影システム。
14. ヘッドアップ投影システムであって、
    レセプタクルを有し且つ車両の天井に着脱可能に搭載される搭載部材、
    前記搭載部材の前記レセプタクルに着脱可能に収容されるポータブルプロジェクタ、
    光学スクリーン、及び
    前記ポータブルプロジェクタと前記光学スクリーンとの間の光路上に置かれ且つ前記ポータブルプロジェクタからの画像の中間像である実像を形成する光学ユニット、を含み、
    前記光学スクリーンは、中間像である実像を拡大した虚像を形成し、前記光学ユニットからの光を運転者の目に向けて反射させるように構成されている、ヘッドアップ投影システム。
15. 請求項１４のヘッドアップ投影システムであって、
    前記ポータブルプロジェクタは、信号伝達線を介して前記モバイル通信及び演算装置と接続され且つ前記モバイル通信及び演算装置からのナビゲーション情報画像を車両内に表示させる、ヘッドアップ投影システム。