JP2015169661A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プロジェクタ等の筐体内の構成が視認者から見え難いヘッドアップディスプレイ装置の提供。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ６０は、ウィンドシールド１１０に表示像を投影することにより、この表示像の虚像３５を、視認者から視認可能にする装置である。ＨＵＤ６０は、表示像の光を射出すプロジェクタ６１と、プロジェクタ６１等を収容する筐体６５とを備えている。筐体６５には、プロジェクタ６１から射出された表示像の光を通過させる開口６５ａが形成されている。この開口６５ａは、表示像の光の透過を許容する防塵カバー７０によって塞がれている。防塵カバー７０は、可視光線を部分的に透過させる半透明に形成されており、筐体６５内の構成を視認者から見え難くしている。【選択図】図２

Description

本発明は、ウィンドシールド等に表示像を投影することにより、表示像の虚像を視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示像の光を射出する表示器と、この表示器等を収容するケーシング及びカバーからなる収容体とを備えている。この収容体のカバーには、表示器から射出される表示像の光を通過させる開口部が形成されている。開口部は、樹脂又はガラス等からなる防塵カバーによって塞がれている。防振カバーは、表示像の光を効率的に透過させるため、無色透明とされている。

特開２００３−１７０７６１号公報

さて、特許文献１に開示の構成において、カバーの開口部に到達した外光は、当該開口部を塞ぐ防塵カバーを透過して、カバー及びケーシング内に入射する。そして、ケーシング内に入射した外光の一部は、表示器等の構成に反射され、開口部を通じてカバーの外部に再び射出される。開口部を塞いでいる防振カバーが上述したように無色透明であるため、外光は、ほとんど弱められることなく、カバーから射出されてしまい得る。こうしてカバーから射出された外光は、フロントウインドシールド等によって視認者側に反射され、視認者に到達する。その結果、フロントウインドシールドに映るケーシング内の構成が、視認者から見えてしまうのである。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、収容体内の構成が視認者から見え難いヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、第１の発明は、投影部（１１０）に表示像を投影することにより、表示像の虚像（３５）を視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、表示像の光を射出する投影器（６１）と、投影器から射出された表示像の光を通過させる開口（６５ａ）を形成し、当該投影器を収容する収容体（６５）と、開口を塞ぐように配置され、開口に到達する可視光線を部分的に透過させるとともに、表示像の光の透過を許容する特性を有する閉塞部材（７０）と、を備える。

この発明では、収容体の開口に到達した外光は、当該開口を塞ぐ閉塞部材を透過して、収容体内に入射する。この閉塞部材が可視光線を部分的に透過させる半透明に形成されているため、収容体内に入射した外光は、確実に弱められる。そして、収容体内に入射した外光の一部は、投影器等の収容体に収容される構成に反射され、開口から収容体の外部に射出される。このとき外光は、半透明の閉塞部材を再び透過するため、いっそう弱められる。そのため、収容体から射出された外光が投影部によって視認者側に反射されても、こうした光の視認者による知覚は、困難となる。したがって、収容体内の構成が視認者から見え難いヘッドアップディスプレイ装置が実現される。

尚、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、本発明の範囲を何ら制限するものではない。

本発明の一実施形態によるＨＵＤをコンビネーションメータ等と組み合わせた構成の表示装置において、運転席まわりに形成される複数の表示領域の配置を示す図である。 表示装置が備えるコンビネーションメータ及びＨＵＤについて、それぞれの配置と機械的構成を示す図である。 表示装置の電気的構成を示すブロック図である。 ＨＵＤの構成を説明するための斜視図である。 ＨＵＤの平面図である。

図１に示す本発明の一実施形態によるヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」）６０は、コンビネーションメータ１０等と組み合わせされることにより、車両に搭載される表示装置１００を構成している。図１及び図２に示すように、表示装置１００は、例えば走行速度等、車両に係わる種々の情報を複数の表示領域のそれぞれに表示する。尚、以下の説明では、静止状態にある車両において重力に沿う方向を下方向ＤＤとし、下方向ＤＤとは反対の方向を上方向ＵＤとする。

ＨＵＤ６０は、凹面鏡等によって構成される光学系６４、虚像３５として表示される表示像の光を射出するプロジェクタ６１、並びに光学系６４及びプロジェクタ６１を収容する筐体６５を備えている。ＨＵＤ６０は、ウィンドシールド１１０の下方向ＤＤに設置されたインスツルメントパネル１２０内に収容されている。ＨＵＤ６０は、コンビネーションメータ１０よりも車両の前方向に配置されている。

ＨＵＤ６０は、プロジェクタ６１から射出された表示像の光を光学系６４によって反射させ、ウィンドシールド１１０内に規定された虚像表示領域１１１に向けて投影する。虚像表示領域１１１は、車両の前景を透過するウィンドシールド１１０のうちで、インスツルメントパネル１２０に設けられたフード部１２１の上方向ＵＤに規定されている。運転席に着座する視認者は、虚像表示領域１１１によって車室内側に反射された光を知覚することにより、虚像表示領域１１１を通して、車両の前景に重ねられた虚像３５を視認可能となる。

コンビネーションメータ１０は、複数の表示領域が形成された正面側を運転席に向けた姿勢にて、フード部１２１によって区画されたインスツルメントパネル１２０内の空間１２２に収容されている。コンビネーションメータ１０は、マルチ表示領域１１、マルチ表示領域１１の両側に配置された二つの指針表示領域１５、及び複数のインジケータ１８を形成している。マルチ表示領域１１は、表示画面１２に映し出される種々の画像３２によって情報を表示する。各指針表示領域１５は、回転する指針１６によって情報を表示する。各インジケータ１８は、文字及び記号等のアイコンを発光表示させることにより、車両に関する種々の警告を視認者に対し行う。

次に、図３に示す表示装置１００の電気的構成を、コンビネーションメータ１０及びＨＵＤ６０のそれぞれについて、順に説明する。

コンビネーションメータ１０は、液晶表示器１３及びバックライト１４、二つのステッパーモータ１７、複数のインジケータ光源１９、並びに制御部２０を有している。

液晶表示器１３は、例えば薄膜トランジスタを用いたThin Film Transistor（ＴＦＴ）方式の表示器である。液晶表示器１３は、表示画面１２に沿って二次元に配列された複数の画素を有している。液晶表示器１３は、制御部２０に接続されており、制御部２０から出力される制御信号に基づいて各画素を駆動する。液晶表示器１３の表示画面１２には、マルチ表示領域１１にカラー表示される種々の画像が形成される。バックライト１４は、複数の発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」）等の光源によって、表示画面１２の画像を透過照明する。バックライト１４は、制御部２０と接続されており、制御部２０から出力される制御信号によって照明の輝度を制御される。

ステッパーモータ１７は、指針１６を駆動する電動機である。ステッパーモータ１７は、制御部２０と接続されており、制御部２０から出力される制御信号に基づいて指針１６を回転させる。インジケータ光源１９は、例えばＬＥＤ等である。各インジケータ光源１９は、それぞれ制御部２０と接続されており、制御部２０から出力される制御信号に基づいて、各インジケータ１８を発光表示させるための光を放出する。

制御部２０は、プログラムによって作動するマイクロコンピュータ、車内Local Area Network（ＬＡＮ）１４０との間で通信を行うインターフェース、並びに液晶表示器１３、ステッパーモータ１７、及び各光源等を駆動する駆動回路等によって構成されている。車内ＬＡＮ１４０には、車両に搭載された複数の車載機器１５０に加えて、ステアリングスイッチ１３０等が接続されている。制御部２０は、車内ＬＡＮ１４０に出力された車両の情報を取得し、取得した情報に基づく制御信号を液晶表示器１３、ステッパーモータ１７、及び各光源等に出力する。

ＨＵＤ６０のプロジェクタ６１は、液晶表示器６２及び投影光源６３を有している。液晶表示器６２は、例えばＴＦＴ方式の表示器である。液晶表示器６２は、制御部２０に接続されており、制御部２０から出力される制御信号に基づいて各画素を駆動する。液晶表示器６２には、虚像表示領域１１１（図２参照）にカラー表示される種々の画像が形成される。投影光源６３は、例えば高輝度なＬＥＤを複数有している。投影光源６３は、制御部２０と接続されており、制御部２０から出力される制御信号に基づき、虚像３５（図２参照）として結像される光を、液晶表示器６２に向けて放出する。

次に、ＨＵＤ６０の機械的構成を、図４及び図５に基づいて、図２を参照しつつ、さらに詳しく説明する。

ＨＵＤ６０は、上述の筐体６５、光学系６４、及びプロジェクタ６１に加えて、防塵カバー７０を備えている。

筐体６５は、上側カバー６５ｂ及び下側ケース６５ｃを有している。上側カバー６５ｂ及び下側ケース６５ｃ等を互いに組み付けることにより、プロジェクタ６１及び光学系６４を収容する収容空間６５ｄが区画されている。上側カバー６５ｂ及び下側ケース６５ｃは、それぞれ遮光性の樹脂材料によって形成されている。上側カバー６５ｂの天井面には、開口６５ａが形成されている。

開口６５ａは、矩形状に形成されており、天井面を板厚方向に貫通している。開口６５ａは、光学系６４の凹面鏡６４ｂ（後述する）と、虚像表示領域１１１との間に設けられている。開口６５ａは、光学系６４からウィンドシールド１１０へ向かう表示像の光を通過させることができる。

光学系６４は、平面鏡６４ａ及び凹面鏡６４ｂを有している。平面鏡６４ａ及び凹面鏡６４ｂは、透光性の樹脂材料又はガラス等の板材に、アルミニウム等の金属を蒸着させることにより形成されている。平面鏡６４ａには、平面状の反射面が形成されている。平面鏡６４ａは、反射面をプロジェクタ６１と対向させた姿勢にて、下側ケース６５ｃの周壁にクリップ等によって固定されている。平面鏡６４ａは、プロジェクタ６１から射出された表示像の光を、反射面によって凹面鏡６４ｂに向けて反射させる。

凹面鏡６４ｂには、凹面状の反射面が形成されている。凹面鏡６４ｂは、角度調整機構に保持されつつ、下側ケース６５ｃに取り付けられている。角度調整機構は、反射面の向きを調整するための機構である。角度調整機能の作動によれば、凹面鏡６４ｂの反射面からウィンドシールド１１０に向かう光軸の向きが調整される。凹面鏡６４ｂは、平面鏡６４ａによって反射された表示像の光を、虚像表示領域１１１へ向けて反射させる。

プロジェクタ６１は、上述の液晶表示器６２（図３参照）及び投影光源６３（図３参照）に加えて、投影光源６３の熱を放出するヒートシンク６１ａ、及びレンズを有している。プロジェクタ６１は、ヒートシンク６１ａを筐体６５の外部に突出させた状態で、収容空間６５ｄ内に配置されている。投影光源６３から放出された光は、レンズの屈折作用により、平面鏡６４ａに向かう平行光とされる。この平行光は、液晶表示器６２を透過することによって表示像の光となり、平面鏡６４ａに向けてプロジェクタ６１から射出される。

防塵カバー７０は、ポリカーボネート等の透光性の樹脂材料により、僅かに湾曲した板状に形成されている。防塵カバー７０は、スクリュー等の締結部材又はスナップフィット等により、上側カバー６５ｂに外側から取り付けられている。防塵カバー７０は、開口６５ａを物理的に塞ぐことにより、開口６５ａを通じた収容空間６５ｄへの塵及び埃等の侵入を防止している。防塵カバー７０が表示像の光の透過を許容する構成であるため、表示像の光は、開口６５ａを通過することができる。

防塵カバー７０を形成する材料中には、光を吸収する光吸収物質（例えば、カーボンブラック等）が分散されている。このようなスモーク材料によって形成された半透明の防塵カバー７０は、入射した可視光線を減衰させつつ、当該可視光線の部分的な透過を許容する特性を有する。防塵カバー７０による光の減衰作用は、光学的に中性とされ、波長依存性が小さくされている。そのため、防塵カバー７０は、可視光線を波長域にかかわらず実質一様に減衰させることができる。具体的には、少なくとも波長が４００〜６００ｎｍの光、望ましくは波長が３６０〜８３０ｎｍの光が、実質一様に減衰される。防塵カバー７０は、約２ｍｍの板厚に形成されている。板厚方向に沿った可視光の透過率は、２０％〜５０％に規定されている。この可視光透過率の値は、上述の４００〜６００ｎｍ間における平均値である。防塵カバー７０の可視光透過率は、ウィンドシールド１１０の可視光透過率（一般には、７０％以上）よりも低くされている。

ここまで説明した本実施形態において、ウィンドシールド１１０を透過して開口６５ａに到達した外光は、当該開口６５ａを塞ぐ防塵カバー７０をさらに透過して、筐体６５内に入射する。この防塵カバー７０が半透明に形成されていることで、筐体６５内に入射した外光は、確実に弱められる。そして、筐体６５内に入射した外光の一部は、プロジェクタ６１及び光学系６４等の収容空間６５ｄ内の各構成に反射され、開口６５ａから筐体６５の外部に射出される。このとき外光は、半透明の防塵カバー７０を再び透過するため、いっそう弱められる。そのため、筐体６５から射出された外光がウィンドシールド１１０によって視認者側に反射されても、こうした光の視認者による知覚は、困難となる。したがって、筐体６５内の構成が視認者から見え難いＨＵＤ６０が実現される。

加えて本実施形態の防塵カバー７０によれば、可視光線は、波長域にかかわらず、実質一様に減衰される。このように、防塵カバー７０の波長依存性を小さくすることによれば、プロジェクタ６１によって射出された光が半透明の防塵カバー７０を透過した場合でも、この光の色調は、維持され得る。したがって、液晶表示器６２によって描画された表示像の色調が、結像された虚像３５においても、忠実に再現可能となる。

また本実施形態によれば、半透明の防塵カバー７０が可視光線を吸収する構成であれば、防塵カバー７０による外光の反射は、抑えられる。そのため、防塵カバー７０によって反射された外光が視認者に到達し、ウィンドシールド１１０に映し出された防塵カバー７０が視認者から見えてしまう事態は、回避可能となる。

さらに本実施形態のように、防塵カバー７０の可視光透過率をウィンドシールド１１０の可視光透過率よりも低く抑える構成であれば、防塵カバー７０を二回透過した外光は、確実に弱くなる。例えば、防塵カバー７０の可視光透過率が２０％であれば、ウィンドシールド１１０から視認者に反射される外光の光量は、開口６５ａに到達した光と比較して、４％（＝０．２の自乗）未満となる。このように、少なくともウィンドシールド１１０よりも防塵カバー７０の可視光透過率が低くされていれば、筐体６５内の構成を隠す防塵カバー７０の機能は、確実に発揮されるようになる。

尚、本実施形態において、ＨＵＤ６０が特許請求の範囲に記載の「ヘッドアップディスプレイ装置」に相当し、プロジェクタ６１が特許請求の範囲に記載の「投影器」に相当し、筐体６５が特許請求の範囲に記載の「収容体」に相当する。加えて、防塵カバー７０が特許請求の範囲に記載の「閉塞部材」に相当し、ウィンドシールド１１０が特許請求の範囲に記載の「投影部」に相当する。

（他の実施形態）
以上、本発明による一実施形態について説明したが、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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

上記実施形態では、外光だけでなく表示像の光も暗色の防塵カバーによって減衰される。故に、プロジェクタにおける投影光源の光量は、無色透明の防塵カバーを採用した従来形態よりも、多くされている。具体的に、上述の投影光源には、発光素子の数を増やす及び光源への印加電力を増加させる等の改良が施されている。尚、投影光源を含む各光源は、ＬＥＤに限定されず、蛍光管及び有機ＥＬパネル等を有していてもよい。

上記実施形態のプロジェクタは、ＴＦＴ方式の液晶表示器と投影光源を組み合わせた構成であった。しかし、「投影器」の構成は、適宜変更可能である。例えば、ＴＦＴ方式以外の液晶表示器が採用可能である。さらに、ＤＬＰ（Digital Light Processing：登録商標）プロジェクタやＣＲＴプロジェクタ等により、「投影器」が構成されていてもよい。さらに、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）を用いたレーザスキャナが、「投影器」の構成として含まれていてもよい。

上記実施形態において暗色のスモーク材により形成されていた防塵カバーの構成は、適宜変更可能である。例えば、無色透明のポリカーボネートの板材に、暗色のスモークフィルム材を貼り付けることにより、半透明の防塵カバーが形成されていてもよい。また防塵カバーの可視光透過率は、開口を塞いでいる部分の全域において実質均一であることが望ましいが、局所的に異なる値に規定されていてもよい。さらに、防塵カバーの材料は、ポリカーボネート以外の透光性材料、例えば、アクリル樹脂及び強化ガラス等であってもよい。

上記実施形態の防塵カバーは、可視光を実質一様に減衰させていたが、可視光線の波長域において僅かな波長依存性を有していてもよい。また、防塵カバーの透過に起因した色調の変更を予め想定したうえで、プロジェクタから投射される表示像の色調が、予め補正されていてもよい。こうした制御の採用によれば、波長依存性を有する半透明の材料が防塵カバーに採用可能となる。尚、紫外光及び赤外光の透過率は、適宜設定されてよい。

上記実施形態の防塵カバーは、開口よりも僅かに大きい板状に形成されていたが、防塵カバー及び開口の形状等は、適宜変更可能である。例えば防塵カバーは、開口の全域を塞ぐことができれば、上側カバーの上面全体を覆う形状であってもよく、上側カバーと一体で形成されていてもよい。また開口は、表示像の光を透過させることができれば、円形等に形成可能である。

上記実施形態では、表示像が投影される「投影部」として、車両のウィンドシールドが用いられていたが、「投影部」は、ウィンドシールドに限定されない。例えば、透光性樹脂により板状に形成され、インスツルメントパネル上面又はウィンドシールドの車室内側に取り付けられたコンバイナが、「投影部」に相当する構成として設置されていてもよい。

上記実施形態において、プログラムを実行した制御部により提供されていた虚像表示を制御する機能は、上述の構成と異なるハードウェア及びソフトウェア、或いはこれらの組み合わせによって提供されてよい。例えば、ＨＵＤ内に設けられた制御回路によって、プロジェクタの液晶表示器を制御する機能が提供されてよい。さらに、プログラムによらないで所定の機能を果たす回路により、上述した表示の制御機能が提供されてよい。

上記実施形態では、コンビネーションメータ等と組み合わされることにより、車両用の表示装置を構成するＨＵＤについて説明したが、本発明は、単体のＨＵＤ装置にも当然に適用可能である。

３５ 虚像、６０ ＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ装置）、６１ プロジェクタ（投影器）、６５ 筐体（収容体）、６５ａ 開口、７０ 防塵カバー（閉塞部材）、１１０ ウィンドシールド（投影部）

Claims (4)

1. 投影部（１１０）に表示像を投影することにより、前記表示像の虚像（３５）を視認可能にするヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示像の光を射出する投影器（６１）と、
   前記投影器から射出された前記表示像の光を通過させる開口（６５ａ）を形成し、当該投影器を収容する収容体（６５）と、
   前記開口を塞ぐように配置され、前記開口に到達する可視光線を部分的に透過させるとともに、前記表示像の光の透過を許容する特性を有する閉塞部材（７０）と、を備えるヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記閉塞部材は、可視光線を波長域にかかわらず減衰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。
3. 前記閉塞部材は、可視光線を吸収することにより、当該閉塞部材を透過する可視光線を減衰させることを特徴とする請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記閉塞部材の可視光透過率は、前記投影部の可視光透過率よりも低いことを特徴とする請求項１〜３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。

Images