JP2016218350A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバが手動で角度を変えたり、特別な制御を行ったりしなくても、ドライバへ表示像を向けることが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】表示光を投影する表示源（１１）と、表示源（１１）からの表示光をドライバへ向かうように反射する反射部材（２）と、を有するヘッドアップディスプレイ装置（１）であって、反射部材（２）の表示面は、反射部材の主面（２１）に対して異なる傾斜角で設けられた複数の反射面（２２Ｕ、２２Ｍ、２２Ｌ）を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来のヘッドアップディスプレイ装置は、ドライバの座高や姿勢により視認領域が変化した場合、ドライバの視認領域内に表示像を向けるために、コンバイナの角度調整ができる機構を有していた（例えば特許文献１）。あるいは従来のヘッドアップディスプレイ装置は、制御装置によりコンバイナ上に設けられた複数のスイッチングホログラムを制御することによりドライバの視界内に表示を向けていた（例えば特許文献２）。

特開平２−１１７３０号公報 特開２００７−１１２９７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、ドライバが手動でコンバイナの角度を変える操作を行う必要があるため操作が煩雑であり、また角度調整機構を設けることにより装置が大型化してしまう問題があった。また特許文献２の技術も、複数のスイッチングホログラムや制御装置を設けることにより装置が大型化してしまう問題があり、さらにドライバの視認領域に応じてスイッチングホログラムの制御をドライバが適宜選択行って切替える必要があった。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、ドライバの視認領域が変化した場合に、ドライバが手動で角度を変えたり、特別な制御を行ったりしなくても、ドライバへ表示像を向けることが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。

上記課題を解決するために本発明の第１の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
表示光を投影する表示源と、
前記表示源からの前記表示光をドライバへ向かうように反射する反射部材と、
を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記反射部材の表示面は、前記反射部材の主面に対して異なる傾斜角で設けられた複数の反射面を有することを特徴とする。

また、本発明の第２の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記表示面において前記複数の反射面は水平方向にストライプ状に設けられ、傾斜角が第１の所定角度である複数の第１反射面と、傾斜角が前記第１の所定角度より大きい第２の所定角度である複数の第２反射面とを含み、
前記複数の第１反射面及び前記複数の第２反射面は、周期的に配列されていることを特徴とする。

また、本発明の第３の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記反射部材は、不透過のコンバイナであることを特徴とする。

また、本発明の第４の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記複数の反射面のピッチは、前記表示光による表示画像の画素サイズと略同一であることを特徴とする。

また、本発明の第５の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
前記表示源の輝度を増加させる手段を設けることを特徴とする。

本発明の第１の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、反射部材の主面に対して異なる傾斜角で設けられた複数の反射面を有するため、ドライバが手動で角度を変えたり、特別な制御を行ったりしなくても、ドライバへ表示像を向けることができる。

本発明の第２の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、複数の第１反射面及び複数の第２反射面が周期的に配列されているため、ドライバが手動で角度を変えたり、特別な制御を行ったりしなくても、ドライバへ表示像を向けることができる。

本発明の第３の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、ドライバが手動で角度を変えたり、特別な制御を行ったりしなくても、ドライバの視認領域に表示像を向けることができるとともに、コンバイナの背景となる景色が複数の反射面により屈折して見えることが無くなり、好ましい。

本発明の第４の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、反射面のピッチが表示光の画素サイズと略同一とすることにより、表示画像の視認性を向上させることができる。

本発明の第５の観点に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、表示源の輝度を増加させるため、表示画像の視認性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の全体図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射部材の部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射部材による視認域の拡大の原理を示す図である。 比較例の反射部材による視認域を示す図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射部材の各反射面の配置間隔及び角度の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射部材の正面図である。 反射部材の正面図に係る部分拡大図である。 本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置による表示画像の一例である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１の全体図である。本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、表示源１１と、反射部材２とを備え、車両内に設けられている。具体的にはヘッドアップディスプレイ装置１は、車両のインストパネル３の内部で、メータ４より車両進行方向の前方に設けられる。

表示源１１は、例えばバックライトと液晶等の情報表示素子とを備える。そして表示源１１は、表示光を反射部材２に向けて投影する。表示源１１からの表示光が反射部材２に投影されるように、インストパネル３には開口部３１が設けられる。なお表示源１１の構成はこれに限られず、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等により構成してもよい。

反射部材２は、例えばコンバイナであり、開口部３１からインストパネル３の上部に突出している。反射部材２は、フロントウィンドシールド５の車両後方側の車室内に、フロントウィンドシールド５から所定の距離を空けて設けられる。そして反射部材２は、表示源１１からの表示光をドライバへ向かうように反射する。矢印Ｌ₁〜Ｌ₃は、表示源１１からの表示光が反射部材２の表示光が投影される面（以下、表示面という。）により反射され、反射した表示光がドライバへ向かっていることを示している。本実施の形態に係る反射部材２は、図１に示すとおり複数の異なる反射角で表示光を反射することを特徴とする。当該特徴により、破線Ａの部分で反射した表示光を、視認域下端〜視認域上端の範囲にてドライバは視認できる。

図２は、反射部材２の一部（図１の破線Ａの部分）の部分拡大図である。図２に示すように、反射部材２の表示面は、反射部材２の表示面の反対側の面（以下、主面２１という。）に対して異なる角度（以下、傾斜角という。）で設けられた複数の反射面を有する。また、当該複数の反射面は、傾斜角が第１の所定角度である複数の第１反射面２２Ｕと、傾斜角が第１の所定角度より大きい第２の所定角度である複数の第２反射面２２Ｍと、傾斜角が第２の所定角度より大きい第３の所定角度である複数の第３反射面２２Ｌとを含む。図２において、同一の傾斜角の反射面には同一の符号を付している。これらの複数の第１反射面２２Ｕ〜第３反射面２２Ｌは、反射部材２の表示面においてこの順に周期的に配列される。複数の反射面（第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、第３反射面２２Ｌ）を設けることにより、表示源１１からの表示光を異なる角度でドライバに向け、視認域を拡大することができる。

図３に、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１の反射部材２による視認域の拡大の原理を示す。図３に示すように、反射部材２の表示面に対して所定の角度で投影される表示光（Ｌ₁〜Ｌ₃）は、傾斜角の異なる反射面（第１反射面２２Ｕ〜第３反射面２２Ｌ）により、それぞれ異なる反射角で反射する。具体的には第１反射面２２Ｕは、最も小さい入射角及び反射角で表示光を反射する。つまり第１反射面２２Ｕは、視認域下端の方向に、表示光を反射する。第２反射面２２Ｍは、第１反射面２２Ｕに次いで小さい入射角及び反射角で表示光を反射する。つまり第２反射面２２Ｍは、視認域の中央の方向に、表示光を反射する。第３反射面２２Ｌは、最も大きい入射角及び反射角で表示光を反射する。つまり第３反射面２２Ｌは、視認域上端の方向に、表示光を反射する。図４に比較例として、反射部材２の表示面に複数の反射面を設けていない場合（すなわち反射部材の２の表示面が平面の場合）を示す。図４に示すように、反射部材の表示面が平面である場合、所定の角度で投影される表示光Ｌ₄は、表示面に対して入射した角度と同一の反射角のみの方向に反射しドライバに向かう。

図５は、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の反射部材２の各反射面（第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌ）の配置間隔及び角度（傾斜角、入射角、及び反射角）の関係を示す図である。図５に示すように、第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌの傾斜角に関して、以下の数式（１）が成り立つ。
θ_U＜θ_M＜θ_L・・・・・・・・（１）
ここでθ_U、θ_M、及びθ_Lは、それぞれ第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌの傾斜角である。

また、ある方向から反射部材２に向かう光Ｌ₁〜Ｌ₃は、第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌに異なる入射角で入射する。これらの入射角に関して、以下の数式（２）が成り立つ。
α_U＜α_M＜α_L・・・・・・・・（２）
ここでα_U、α_M、及びα_Lは、それぞれ第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌに対応する入射角である。

また、各反射面における反射角は、それぞれ入射角と等しい。したがって、以下の数式（３）が成り立つ。
β_U＜β_M＜β_L・・・・・・・・（３）
ここでβ_U、β_M、及びβ_Lは、それぞれ第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌに対応する入射角であり、それぞれα_U、α_M、及びα_Lと等しい。

図５に示すように、傾斜角（θ_U、θ_M、及びθ_L）が大きいほど、入射角（α_U、α_M、及びα_L）及び対応する反射角（β_U、β_M、及びβ_L）が大きくなる。視認域上端は、傾斜角θ_Lにより定まる。一方、視認域下端は、傾斜角θ_Uにより定まる。そのためこれらの傾斜角（θ_U、θ_M、及びθ_L）を適宜設定することにより、視認域上端及び視認域下端を適宜定めることができる。

また図５に示すように、第１反射面２２Ｕと第２反射面２２Ｍとの間は、主面２１に対して略垂直の表面２３Ｕにより切り落とされる。同様に第２反射面２２Ｍと第３反射面２２Ｌとの間は、主面２１に対して略垂直の表面２３Ｍにより切り落とされる。さらに第３反射面２２Ｌと第１反射面２２Ｕとの間は、主面２１に対して略垂直の表面２３Ｌにより切り落とされる。このように各反射面は、断面鋸歯状に形成される。

また図５に示すように、各反射面は、第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌが一定の間隔Ｐ（以下ピッチＰともいう。）で配置される。好適にはピッチＰは、ドライバが識別できない程度に狭いことが好ましい。すなわちピッチＰは、人間の目の分解能よりも小さいことが好ましい。このようにピッチＰを微細にすることで、表示画像が不自然に分断されることが抑制され、表示画像の視認性を向上させることができる。また好適には、ピッチＰは、表示光による表示画像の画素サイズと略同一であることが望ましい。ピッチＰを画素サイズ相当とすることで、上記同様に表示画像が不自然に分断されることが抑制され、表示画像の視認性を向上させることができる。

図６は、反射部材２をドライバ側から見た正面図である。また図６の一部（破線Ｂの部分）の部分拡大図を図７に示す。上述したように反射部材２の表示面に設けられた複数の反射面（第１反射面２２Ｕ〜第３反射面２２Ｌ）は、表示面においてこの順に周期的に配列されている。そのため図６及び図７に示すように、複数の反射面は、水平方向にストライプ状（横方向の縞模様状）に設けられることになる。

図８は、本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置による表示画像の一例である。図８の左図は、表示源１１が投影する元画像「Ａ」である。一方、図８の右図は、ドライバが視認域上端で視認する表示画像である。図８の右図に示すように、視認域上端では、元画像のうち、第１反射面２２Ｕ及び第２反射面２２Ｍで反射する部分については視認できないものの、第３反射面２２Ｌで反射した表示光が視認可能であるため、元画像「Ａ」のうち、第３反射面２２Ｌで反射する部位が視認できる。同様に、視認域下端では、第１反射面２２Ｕで反射した表示光が視認可能であるため、元画像「Ａ」のうち、第１反射面２２Ｕで反射する部位が視認できる。同様に、視認域中央では、第２反射面２２Ｍで反射した表示光が視認可能であるため、元画像「Ａ」のうち、第２反射面２２Ｍで反射する部位が視認できる。

このように本発明の一実施形態によれば、複数の第１反射面、第２反射面、及び第３反射面が周期的に配列して表示源１１からの表示光を異なる角度でドライバに向けることにより視認域を拡大しているため、ドライバが手動で角度を変えたり、特別な制御を行ったりしなくても、ドライバへ表示像を向けることができる。また可動機構等を有さないため、構造が簡素化されてコストを低く抑えることができ、かつ、装置の小型化ができる。

なお、本実施の形態では、反射部材２の表示面に、第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌが、上からこの順に周期的に配列される例を示したが、反射面の順番はこれに限られない。例えば、第３反射面２２Ｌ、第２反射面２２Ｍ、第１反射面２２Ｕの順番に周期的に配列されてもよい。あるいは第２反射面２２Ｍ、第１反射面２２Ｕ、第３反射面２２Ｌの順番に周期的に配列されてもよい。

なお、本実施の形態では、反射部材２の表示面に、上記３種類の反射面（第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、及び第３反射面２２Ｌ）を備える例を示したが、反射面の種類は複数であれば３つに限られない。例えば反射部材２の反射面は、２種類（例えば第１反射面２２Ｕと第３反射面２２Ｌのみ）であってもよく、あるいは４種類以上であってもよい。

なお、本実施の形態では、複数の反射面が水平方向にストライプ状に設けられ、周期的に配列している例を示したがこれに限られない。例えば反射部材２の上半分が主面に対してある傾斜角の反射面であり、反射部材２の下半分が上半分よりも小さい傾斜角の反射面としてもよい。視認域上端において視認する場合、ドライバは反射部材２の上半分により反射した表示像を視認する。一方、視認域下端において視認する場合、ドライバは反射部材２の下半分により反射した表示像を視認する。同様に、反射部材２の、ドライバからみて右半分が主面に対してある傾斜角の反射面であり、反射部材の左半分が、右半分よりも小さい傾斜角の反射面としてもよい。

なお反射部材２は、不透過のコンバイナにより構成することが好ましい。ここで不透過とは、透過率が０％であるものに加えて、透過率が０％と同程度に低いものも含む。このように構成することで、コンバイナの背景となる景色が複数の反射面により屈折して見えることが無くなり、表示画像の視認性をより向上させることができる。

なお本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、表示源１１の輝度を増加させる輝度増加手段を設けることが好ましい。本実施の形態では、反射面が３種類あり、ドライバは第１反射面２２Ｕ、第２反射面２２Ｍ、又は第３反射面２２Ｌのいずれかにより反射した光を視認する。そのためドライバに向かう光量は、表示面が平面である場合と比較して減少する。そこで、輝度増加手段により、表示源１１の輝度を、表示面が表面である場合に投影する表示光の約３倍に増加させる。このようにすることで、ドライバに向かう光量の減少を防ぎ、表示画像の視認性を向上させることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 反射部材
３ インストパネル
４ メータ
５ フロントウィンドシールド
１１ 表示源
２１ 主面
２２Ｕ 第１反射面
２２Ｍ 第２反射面
２２Ｌ 第３反射面
３１ 開口部

Claims (5)

1. 表示光を投影する表示源と、
   前記表示源からの前記表示光をドライバへ向かうように反射する反射部材と、
   を有するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記反射部材の表示面は、前記反射部材の主面に対して異なる傾斜角で設けられた複数の反射面を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記表示面において前記複数の反射面は水平方向にストライプ状に設けられ、傾斜角が第１の所定角度である複数の第１反射面と、傾斜角が前記第１の所定角度より大きい第２の所定角度である複数の第２反射面とを含み、
   前記複数の第１反射面及び前記複数の第２反射面は、周期的に配列されてい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. 前記反射部材は、不透過のコンバイナであ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. 前記複数の反射面のピッチは、前記表示光による表示画像の画素サイズと略同一であることを特徴とする、請求項２乃至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. 前記表示源の輝度を増加させる手段を設けることを特徴とする、請求項１乃至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。

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