JP2016137779A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 最適な風量にて冷却できるヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】 筐体１内に収納され、光源２４からの照明光を利用して車両情報を示す表示光Ｄを投影する表示器２と、表示器２を冷却する複数の送風機４１，４２と、それぞれ異なる条件によって複数の送風機４１，４２の作動／停止状態を切り替えて駆動制御する制御回路５と、を備える。また、制御回路５は、表示器２の温度を検出する温度検出手段２５と、温度検出手段２５からの検出信号に応じて、送風機４の回転速度を変えて駆動制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関し、例えば、車両のウィンドシールドに表示像を投影するヘッドアップディスプレイ装置として好適である。

従来より、車両の運転手が運転中に視線をほとんど動かさずに車両情報（速度、走行速度等）を読み取れるようにするため、車両のフロントガラス或いはコンバイナと称される半透過板に表示光を投影し、虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されており、例えば特許文献１に開示されている。車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、透光性の窓部を備えたハウジングに液晶表示器及び反射鏡を収容したものであり、車両のダッシュボード内に配設される。

上述のようなヘッドアップディスプレイ装置には、液晶画面等に表示された画像をフロントガラスに投影するために、蛍光管または白熱電球、発光ダイオードなどの光源を適用している。

また、上述の車両用のヘッドアップディスプレイの場合は、昼間の明るい状況下で使用することが多いので、高輝度の得ることのできる光源を必要とする一方で、ヘッドアップディスプレイ装置の各種部品が耐熱温度を超えないようにする対策が必要となり、放熱フィンを設けたヒートシンクや冷却用ファンを備えている。

特開２００５−１４８６５８号公報

しかしながら、上述した冷却用ファンは、送風量が小さいものを適用した場合には、例えば、高温環境下で光源を高輝度出力させるなどした際に、必要な冷却効果が得られない虞れがある。一方で充分な送風量を得るために大型ファンや回転速度の高いファンを適用した場合、冷却用ファンの作動にともなって余計な振動や雑音を発生してしまう虞れがあった。

そこで本願発明の目的は、上述した課題に着目し、最適な風量にて冷却できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することにある。

本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、
筐体内に収納され、光源からの照明光を利用して車両情報を示す表示像を投影する表示器と、
前記表示器を冷却する複数の送風機と、
それぞれ異なる条件によって前記複数の送風機の作動／停止状態を切り替えて駆動制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、前記表示器の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出信号における異なるしきい値を前記条件として適用することを特徴とする。

また、前記送風機と前記表示器との間に前記筐体を備え、
前記送風機は、前記筐体を介して前記表示器を冷却することを特徴とする。

車両のダッシュボードの上部に搭載される筐体と、
この筐体内に収納され、光源からの照明光を利用して表示像を投影する表示器と、
前記表示器を冷却するファンを設ける送風機と、
前記表示器の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段からの検出信号に応じて、前記ファンの回転速度を変えて駆動制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関し、最適な風量にて装置を冷却できる。

本発明の実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置を搭載する車内を示す図。 同上実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の車載例を示す概略図。 同上実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の断面図。 同上実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す図。 同上実施形態における制御回路の処理を示すフロー図。 同上実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の別例を示す断面図。

以下、添付の図面に基づいて、本発明を自動車に搭載するヘッドアップディスプレイ装置に適用したものを実施形態として説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置Ａは、図１，２に示すように、車両ＢのダッシュボードＣの上部に設けられ、生成した表示画像を表す表示光（表示像）Ｄをフロントガラス（ウィンドシールド）Ｅで反射させることにより、車両運転者Ｆに車両情報を表す表示画像の虚像Ｇを視認させる装置である。これにより、車両運転者Ｆは、前方から視線を逸らさずに車両情報を視認できる。

また、ヘッドアップディスプレイ装置Ａは、フロントガラスＥに対向するダッシュボードＣの箇所に設けられ、図３に示すよう、筐体１内に表示器２や、ミラー部材３、送風機４とを備えている。

筐体１は、表示光Ｄを投影できるように、上部（フロントガラスＥ側）にアクリル等の透明な合成樹脂からなる窓部１１と、フロントガラスＥを介して入射する太陽光が表示器２を照らさないための壁部１２ａを有する遮光部１２と、アルミニウムなどの金属材料からなり、表示器２やミラー部材３を保持する保持部１３とを嵌め合わせて収納空間を形成する。

なお、保持部１３には、表示器２を保持する保持台１３ａの外側面に、突条のフィン形状（リブ形状）からなる放熱部１３ｂが形成されている。筐体１は、表示器２から発せられる熱を保持台１３ａから放熱部１３ｂへ伝熱できる。

表示器２は、液晶パネル２１と、光学フィルタ２２と、固定部２３と、光源２４と、温度検出手段２５と、回路基板２６と、を設けている。

液晶パネル２１は、図４に示すように、筐体１に備える制御回路（制御手段）５に接続され、車両Ｂの走行速度などの車両情報を表示画像として形成し、光源２４による透過照明を受けて、この表示画像を表示光ＤとしてフロントガラスＥに投影できる。

光学フィルタ２２は、光源２４からの光を斑なく、効率よく液晶パネル２１へ照射するための部材で、レンチキュラレンズやプリズムシートなどの光学部材を適用できる。また、光学フィルタ２２として、拡散板やレンズアレイなど置き換え、または併用して適用することもできる。光学フィルタ２２は、光源２４と液晶パネル２１との間に設けられ、光源２４が発する熱（対流する熱）を遮ることで、液晶パネル２１側に伝熱しにくくする作用もある。

固定部２３は、遮光性で筒状に形成され、液晶パネル２１や光学フィルタ２２を固定するとともに、光源２４からの照明光を液晶パネル２１へ導くための導光空間を形成する。この場合、固定部２３は、金属材料からなり、液晶パネル２１が耐熱温度を超えないように効率よく伝熱や放熱でき、また、合成樹脂等に比べて温度変化による変形が小さいため、液晶パネル２１の位置ずれを抑えるために有利である。

光源２４は、発光ダイオードを適用でき、後述するミラー部材３による拡大や、フロントガラスＥでの透過光量分を考慮して、高輝度出力可能なものが適用される。この場合、光源２４は、表面実装型のチップ部品を適用し、回路基板２６に複数実装される。

温度検出手段２５は、ヘッドアップディスプレイ装置Ａの外部雰囲気の温度や、太陽光線、光源２４等の電子部品の発熱などによって変化する表示器２の温度環境を検出する。温度検出手段２５は、温度よって抵抗値が変化するサーミスタを用いて構成される回路で、温度（抵抗値）に応じた電圧値を有する電気信号を、制御回路５に出力する。この場合、温度検出手段２５は、光源２４の温度に近い温度を検出するため、検出部となる該サーミスタが回路基板２６における光源２４の実装面に実装されている。

回路基板２６は、光源２４や温度検出手段２５を実装する硬質プリント基板を適用でき、保持台１３ａに接するように保持される。この場合、回路基板２６は、光源２４からの発熱を効率良く保持台１３ａに伝えるため、金属材料からなる基板に、電気絶縁層や配線パターンが印刷されたものを用いる。なお、回路基板２６と保持台１３ａとの接触面積を確保しつつ効率よく伝熱するための弾性を有する伝熱シートを、回路基板２６と保持台１３ａとの間に設けることもできる。

ミラー部材３は、筐体１の保持部１３に保持される凹面鏡を適用でき、表示器２からの表示光Ｄを拡大しつつ反射することで、窓部１１を介してフロントガラスＥに投影できる。また、ミラー部材３は、図示しないモータ等からなるアクチュエータを有し、制御回路５による駆動制御によって、ミラー部材３の反射面の角度を調整でき、車両運転者Ｆの視点位置に応じたフロントガラスＥへの投影位置を調整できる。

送風機４は、気流によって放熱を促すことによってヘッドアップディスプレイ装置Ａを冷却するファンとこれを回転駆動するモータとが一体に構成された冷却用ファンモータを適用でき、筐体１の複数箇所に設けられる。また、送風機４は、この場合、放熱部１３ｂ箇所に対向するように設けられる第１の送風機４１と、筐体１の側面上部でダッシュボードＣ付近に設けられ、第１の送風機４１と異なる向きに送風する第２の送風機４２と、を設け、それぞれ別の制御信号に基づいて、制御回路５に駆動制御される。

なお、送風機４は、制御信号によって、ファンの回転／停止を切り替えるだけでなく、異なる速度にて回転することもできる。また、送風機４は、保持部１３に弾性部材を介して保持させることで、送風機４の振動が表示器２側に伝わりにくくする他、保持部１３の熱が送風機４に伝わりにくくして送風機４の熱変形等の不具合を防止できる。

制御回路５は、光源２４を実装する回路基板２６と異なる回路基板に実装され、温度検出手段２５からの電気信号や通信ケーブルを介して入力される車両情報に基づいて、液晶パネル２１や光源２４、第１，第２の送風機４１，４２等を制御するマイクロコンピュータを適用できる。制御回路５は、後述するしきい値や一時的な演算データ、所定のプログラムを格納する記憶部、入力する情報や所定のプログラムに基づいて演算処理を行う演算処理部、入出力インターフェースを設けている。

なお、制御回路５は、車載されるメインスイッチユニットＨや電子制御ユニットＪ、各種センサユニットとの通信によって入力する車両情報に基づいて、車両の走行速度や警報やインジケータなどを表示器２に表示させるように駆動制御する他、温度検出手段２５に基づく送風機４の制御を行うものとして兼用される。

次に、本発明の関する制御回路５の処理について図面を用いて説明する。

制御回路５は、車両のメインスイッチユニットＨからの稼働信号に基づいて、表示出力を開始するように、光源２４や液晶パネル２１を駆動制御し、表示光Ｄを投影する。

この際、制御回路５は、図５に示すように、温度検出手段２５からの電気信号に基づいて、第１のしきい値に達しているか否かを判定する判定処理（ステップＳ１）を行う。この判定処理によって、送風機４を用いなくとも、放熱部１３ｂを含む筐体１による伝熱や放熱によって、ヘッドアップディスプレイ装置Ａを稼働するに際して、充分な温度域であるか否かを判定している。第１のしきい値は、温度検出手段２５による検出温度が摂氏８０度に相当する値（電気信号の電圧値）を設定でき、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置Ａの筐体１内の電子部品、例えば、液晶パネル２１の許容する温度（耐熱温度）を充分に満たす温度に相当するように設定できる。

制御回路５は、このステップＳ１の判定条件を満たし、第１のしきい値を超えた場合、即ち、前記充分な温度域よりも高温域に達した場合に、第１の送風機４１を作動状態にするように促す制御信号を発する（ステップＳ２）。第１の送風機４１による送風によって、放熱部１３ｂによる放熱効果が高まるため、表示器２を含むヘッドアップディスプレイ装置Ａの温度上昇を抑えることができる。

また、制御回路５は、ステップＳ１の判定条件を満たさず、第１のしきい値を超えない場合には、ヘッドアップディスプレイ装置Ａが高温状態でなく、放熱部１３ｂを含む筐体１による伝熱や放熱で充分であり、送風機４を必要としないとみなして、第１，第２の送風機４１，４２を停止状態にするように促す制御信号を、第１，第２の送風機４１，４２それぞれに出力する（ステップＳ３，Ｓ６）。この処理によって、不要な送風機４の回転駆動によって、余計な振動や雑音が発生してしまうことを抑止できる。また、送風機４の稼働時間を抑えて、送風機４自体の劣化速度を遅くできる。

制御回路５は、ステップＳ２の処理を経て、第１の送風機４１の作動状態において、温度検出手段２５からの電気信号に基づいて、第２のしきい値に達しているか否かを判定する判定処理（ステップＳ４）を行う。第２のしきい値は、第１のしきい値に相当する温度よりも高温、例えば、摂氏９０度に相当する値を設定できる。

また、制御回路５は、このステップＳ４の判定処理によって、第２のしきい値を超えた場合、第２のしきい値よりも更に高温に相当する第３のしきい値に達しているか否かを判定する判定処理（ステップＳ５）を行う。第３のしきい値は、例えば、温度検出手段２５の検出温度が摂氏１００度に相当する値を設定できる。なお、ステップＳ４の判定処理によって、第２のしきい値を超えていない場合には、第１の送風機４１を作動状態としたまま、第２の送風機４２を停止させるように促す制御信号を出力する（ステップＳ６）。

上記ステップＳ４，Ｓ５の判定処理によって、第１の送風機４１が作動中であっても、温度上昇し更に高温域に達したか否かを判定するとともに、温度の度合いを判定している。制御回路５は、第２のしきい値，または第３のしきい値を超えた場合には、この温度域に応じた回転速度によって、冷却用ファンを回転するように第２の送風機４２を駆動制御する（ステップＳ７，Ｓ８）。

なお、第２の送風機４２は、第１の送風機４１と異なる向きに送風するように設けられ、この場合、筐体１の面に沿って送風することで、ダッシュボードＣ内における放熱部１３ｂ付近の熱溜まりを排除するように作用し、筐体１を冷却できる。また、この場合、第２の送風機４２は、作動することでダッシュボードＣに接する空気を動かすため、フロントガラスＥを介して照射される太陽光によって熱せられるダッシュボードＣからの熱影響も低減できる。

制御回路５は、上記ステップＳ４，Ｓ５の判定処理によって、温度検出手段２５からの電気信号が第２のしきい値と第３のしきい値との間の場合（ステップＳ７）の回転速度よりも、第３のしきい値を超えた場合（ステップＳ８）の回転速度が大きくなるように第２の送風機４２を制御する（強風作動）。温度検出手段２５からの電気信号に基づいて、第２の送風機４２の回転速度を変えることによって、必要以上に大きな雑音の発生を抑えることができる。なお、制御回路５は、送風機４の回転速度を弱風から強風まで多段階に切り替え制御することもでき、この場合、送風機４の作動音等、切り替え時の変化が気付きにくくなる。

また、第２の送風機４２は、第１の送風機４１と作動条件が異なり、第１の送風機４１よりも稼働時間が短くなるため、同時に故障する可能性を低減でき、ヘッドアップディスプレイ装置Ａの表示品位を長く保つ効果がある。また、複数の送風機４において、配置や向きが異なることで、各送風機４の温度環境や車両の走行にともなう振動方向に違いが生じることも、前記効果を奏することになる。加えて、耐熱温度、耐振動、風量など異なる仕様の送風機４を用いることによって、同時に故障する可能性を更に低減できる。

制御回路５は、第１の送風機４１とともに、第２の送風機４２を高い回転数で作動させた状態であっても、温度検出手段２５からの電気信号が更に高い温度に相当する第４のしきい値に達するか否かを判定（ステップＳ９）し、条件を満たす場合には、光源２４の輝度を低減するように駆動制御する（ステップＳ１０）。光源２４の出力を低減することで、発熱量を抑え光源２４等の各部品が許容温度（耐熱温度）に達しないように作用する。例えば、判定条件となる第４のしきい値として、光源２４が作動するための許容温度の限界に近い摂氏１０５度に相当する値が設定される。

なお、制御回路５は、ステップＳ９の判定条件を満たさない場合に、車両運転者Ｆが所望する表示光Ｌの明るさや予め設定された通常輝度に対応するように、光源２４の出力を促す処理を行う（ステップＳ１１）。

上述した処理手順を繰り返すことによって、温度検出手段２５の検出結果に応じた最適な風量にて送風機４を作動させることができる。また、送風機４は、必要以上の作動や回転速度にて冷却を行わないため、送風機４による振動や雑音を抑えることができるため、車両運転者Ｆに快適な運転環境を提供できる。また、不要な作動を低減することで、送風機４を作動するための電力消費を抑えることができる。なお、各しきい値は、温度の上昇方向と下降方向とでヒステリシスを設けることによって、各条件による送風量の切り替わり頻度を低減できるため、車両利用者に送風機４を作動を気付きにくくできる。

斯かる車両用ヘッドアップディスプレイ装置Ａは、筐体１内に収納され、光源２４からの照明光を利用して車両情報を示す表示光Ｄを投影する表示器２と、表示器２を冷却する複数の送風機４１，４２と、それぞれ異なる条件によって複数の送風機４１，４２の作動／停止状態を切り替えて駆動制御する制御回路５と、を備える。

従って、最適な風量にて冷却できるヘッドアップディスプレイ装置Ａとなる。また、ダッシュボード内に搭載される計器や空気調和機用ダクトなど各種装置にて、排熱スペースを大きく確保できない場合であっても、ヘッドアップディスプレイ装置Ａの搭載位置の自由度を高めることができる。

また、表示器２の温度を検出する温度検出手段２５を備え、制御回路５は、温度検出手段２５からの検出信号における異なるしきい値を前記条件として適用することによって、温度条件に対応して、最適な風量にて冷却できるヘッドアップディスプレイ装置Ａとなる。

また、送風機４１，４２と表示器２との間に筐体１を備え、送風機４１，４２は、筐体１を介して表示器２を冷却することによって、送風による表示影響を及ぼすことなくヘッドアップディスプレイ装置Ａを冷却できる。

また、車両ＢのダッシュボードＣの上部に搭載される筐体１と、この筐体１内に収納され、光源２４からの照明光を利用して表示光Ｄを投影する表示器２と、表示器２を冷却するファンを設ける送風機４と、表示器２の温度を検出する温度検出手段２５と、温度検出手段２５からの検出信号に応じて、送風機４の回転速度を変えて駆動制御する制御回路５と、を備えることによって、最適な風量にて冷却できるヘッドアップディスプレイ装置Ａとなる。

なお、本発明の車両用ヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに設計の変更が可能なことは勿論である。

例えば、上述した実施形態にあっては、複数の送風機４を筐体１の外側に設けるものを例にあげて説明したが、図７に示すように、筐体１内の空気を移動させることで光源２４０等の表示器２０を冷却するように構成できる。この場合、第１，第２の送風機４１０，４２０を別箇所に設けており、第２の送風機４２０は、光源２４０と液晶パネル２１０との間の空気を動かして、直接表示器２０の放熱を促すとともに、筐体１０外へ排熱することでヘッドアップディスプレイ装置Ａを冷却できる。

なお、この場合、通気路の出入口に通気可能な防塵フィルタ６０を備えることによって、装置Ａ内に埃等が入らないようにするとともに、第２の送風機４２０の発する雑音が装置Ａ外へ漏れる量を低減できる。また、ミラー部材３０として、凹面鏡３１０だけでなく、赤外線を透過し可視光を反射する光学薄膜をつけた平面ミラー（コールドミラー）３２０を設けることで、太陽光の入射による表示器２０の発熱を抑え、発熱箇所を表示器２０以外の耐熱性の高い箇所に分散して効率よく熱対策することもできる。

また、図６では、第１の送風機４１０を筐体１０外に設けるものを示したが、送風機を通気路の吸気側と排気側にそれぞれ設けて、上述した実施形態と同様に、それぞれの送風機４１０，４２０を異なる条件にて作動させることもでき、上述した実施形態と同様の効果が得られる。

また、上述した実施形態では、温度検出手段２５を光源２４の近傍に配置したものを示したが、液晶パネル２１０に実装されるサーミスタを用いて、温度検出することもでき、この場合、液晶パネル２１０の温度にも対応して、送風機４１０，４２０をそれぞれ異なる温度条件で駆動制御することで、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関し、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置として適用できる。

１ 筐体
１１ 窓部
１２ 遮光部
１２ａ 壁部
１３ 保持部
１３ａ 保持台
１３ｂ 放熱部
２ 表示器
２１ 液晶パネル
２２ 光学フィルタ
２３ 固定部
２４ 光源
２５ 温度検出手段
２６ 回路基板
３ ミラー部材
４ 送風機
４１ 第１の送風機
４２ 第２の送風機
５ 制御回路（制御手段）
Ａ ヘッドアップディスプレイ装置
Ｂ 車両
Ｃ ダッシュボード
Ｄ 表示光
Ｅ フロントガラス
Ｆ 車両運転者
Ｇ 虚像
Ｈ メインスイッチユニット
Ｊ 電子制御ユニット

Claims (4)

1. 筐体内に収納され、光源からの照明光を利用して車両情報を示す表示像を投影する表示器と、
   前記表示器を冷却する複数の送風機と、
   それぞれ異なる条件によって前記複数の送風機の作動／停止状態を切り替えて駆動制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示器の温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段からの検出信号における異なるしきい値を前記条件として適用することを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記送風機と前記表示器との間に前記筐体を備え、
   前記送風機は、前記筐体を介して前記表示器を冷却することを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 車両のダッシュボードの上部に搭載される筐体と、
   この筐体内に収納され、光源からの照明光を利用して表示像を投影する表示器と、
   前記表示器を冷却するファンを設ける送風機と、
   前記表示器の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段からの検出信号に応じて、前記ファンの回転速度を変えて駆動制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

Images