JP2018004788A

JP2018004788A - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP2018004788A
Application number: JP2016128487A
Authority: JP
Inventors: 順平市野川; Junpei Ichinokawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2016-06-29
Publication date: 2018-01-11

Abstract

【課題】インストルメントパネルの開口部の大きさを変えることなく、より広い範囲に虚像を表示する。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０は、画像を発生する画像発生器２６と画像を拡大する凹面鏡３０とを有する投射器１８と、凹面鏡３０からインストルメントパネル１６の開口部３２を通じて投射される拡大された画像を結像するコンバイナ２２と、を備える。凹面鏡３０は、開口部３２に沿う辺の車幅方向の両端部が開口部３２と対向する側と反対側に向かって曲げられた第２湾曲部３８を有し、コンバイナ２２は、凹面鏡３０の第２湾曲部３８と対応する辺の端部が開口部３２と対向する側に向かって曲げられた第３湾曲部４４を有する。【選択図】図１

Description

この発明は、車両等の移動体に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来から、画像出力器から出力された画像を車両のフロントウインドシールドに投影し、車内に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ‐ＵｐＤｉｓｐｌａｙ、以下「ＨＵＤ」と略すことがある。）装置が知られている。

例えば、特許文献１記載のＨＵＤ装置１００は、図４に示されるように、インストルメントパネル１０２の内側に設置された画像出力器１０４と、該画像出力器１０４から出力された画像を反射する平面鏡１０６と、反射面が凹状に形成され、前記平面鏡１０６によって反射された画像をインストルメントパネル１０２の開口部１０８からフロントウインドシールド１１０に投影する拡大鏡１１２と、該拡大鏡１１２を所定角度範囲で回転させる第１の調整装置１１４（図示せず）と、前記拡大鏡１１２に対する前記平面鏡１０６の光軸を調整する第２の調整装置１１６（図示せず）と、から構成されている。

特許文献１で提案されたＨＵＤ装置１００では、このような構成を備えることにより、第１の調整装置１１４のみではフロントウインドシールド１１０に対する拡大鏡１１２の光軸のずれを調整することが困難な場合であっても、第２の調整装置１１６により拡大鏡１１２に対する平面鏡１０６の光軸を調整することができ、アイボックス１１８から見た虚像１２０の表示状態の調整が容易に行えると開示されている。

特開２０１１−２０３６８０号公報

ところで、近年、ＨＵＤ装置によって表示される各種表示コンテンツの増加に伴い、虚像の表示面積の拡大が望まれている。

また、車外の交通状況や風景に対して、図形や文字、映像等の種々の情報を重畳して表示する拡張現実ヘッドアップディスプレイ（ＡｕｇｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｙＨｅａｄ‐ＵｐＤｉｓｐｌａｙ、「ＡＲ−ＨＵＤ」と称されることがある。）等のＨＵＤ装置では、より広い範囲に虚像を重畳したいという要請がある。

しかしながら、特許文献１のＨＵＤ装置１００においては、インストルメントパネル１０２の開口部１０８の大きさが虚像１２０の表示可能範囲の限界となってしまい、より広い範囲に虚像１２０を表示することが難しいという課題がある。

そこで、インストルメントパネル１０２の開口部１０８を大きく形成することも考えられる。しかしながら、一般にインストルメントパネルのフロントウインドシールド近傍に大きなスペースを確保することは難しく、商品性を考慮すると、インストルメントパネルの開口部はできるだけ小さい方が好ましい。

この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、インストルメントパネルの開口部の大きさを変えることなく、より広い範囲に虚像を表示することが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

この発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、車両のインストルメントパネルの内側に設けられて、画像を発生する画像発生器と画像を拡大する凹面鏡とを有する投射器と、インストルメントパネルの外側に設けられて、投射器の凹面鏡からインストルメントパネルの開口部を通じて投射される拡大された画像を結像するコンバイナと、を備える。

そして、凹面鏡は、開口部に沿う辺のいずれかの端部が開口部と対向する側と反対側に向かって曲げられた第１曲げ部を有し、コンバイナは、凹面鏡の第１曲げ部と対応する辺の端部が開口部と対向する側に向かって曲げられた第２曲げ部を有する。

この発明によれば、凹面鏡の第１曲げ部は、画像情報を含む光をインストルメントパネルの開口部から外側に広がるように斜めに反射させ、コンバイナの第２曲げ部は、インストルメントパネルの開口部を通過した画像情報を含む光を乗員のアイボックスの方向に向かって内側に狭めるように反射させる。これにより、乗員には、第２曲げ部から届いた光が第２曲げ部よりもさらに外側から届いた光のように見える。このため、インストルメントパネルの開口部の大きさを変えることなく、より広い範囲に虚像を表示することが可能となる。

また、凹面鏡は、車両の車幅方向に長手方向の辺を有する矩形をなし、第１曲げ部は、長手方向と直交する短手方向の辺に設けられ、凹面鏡の車幅方向における長さは、インストルメントパネルの開口部の車幅方向における長さと略同一に設けられることが好ましい。

このような構成によれば、車幅方向により広い範囲で虚像を表示することができる。

また、コンバイナは、コンバイナの車幅方向における長さが、開口部の車幅方向における長さよりも長く設けられることが好ましい。

このような構成によれば、インストルメントパネルの開口部を外方に向かって広がりながら通過した光を、乗員のアイボックスに向けて確実に反射することができる。

この発明の実施形態に係るＨＵＤ装置の構成を示す図である。図１に示されるＨＵＤ装置において、凹面鏡からコンバイナに向かう画像光の光路を示す断面図である。図１に示されるＨＵＤ装置により表示される虚像の表示範囲を示す正面図である。従来技術に係るＨＵＤ装置の構成を示す図である。

以下、この発明に係るＨＵＤ装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において「前方」とは、この発明の実施形態に係るＨＵＤ装置１０を搭載した車両１２（図３参照）の進行方向を意味する。「後方」「車幅方向」「上下方向」等の各方向については、それぞれ車両１２を基準とした方向を意味する。

図１は、この発明の実施形態に係るＨＵＤ装置１０の構成の概略を示す図である。このＨＵＤ装置１０は、インストルメントパネル（以下「インパネ」と略すことがある。）１６の内側に設けられて、メーターユニットの前方に配置固定された投射器１８と、インパネ１６の外側に設けられて、フロントウインドシールド２０（図３参照）の後方に設けられたコンバイナ（光透過性反射部材）２２と、から構成される。

投射器１８は、ハウジング２４と、ハウジング２４の内部に収容される画像発生器２６と、平面鏡２８と、凹面鏡３０と、を含む。

ハウジング２４の上部には、矩形状の開口部３２が形成されている。開口部３２は、車両１２の車幅方向に沿う長手方向の辺を有する。開口部３２を覆うように、透光カバー３４が設けられる。透光カバー３４は、光透過性を有する樹脂材料（例えばポリカーボネート）からなり、埃や塵が開口部３２からハウジング２４の内部に入り込むことを防止している。

画像発生器２６は、ハウジング２４の内部に収容され、凹面鏡３０に対して映像や静止画等の画像情報を含む光(以下、画像情報を含む光を画像光Ｌという。)を出射する。画像発生器２６は、例えば、光源と、表示素子と、制御回路と、これらが取り付けられるブラケットと、を有する。

光源は、可視光を出力するものであり、例えば冷陰極管である。表示素子は、光源からの可視光の透過を制御するものであり、例えば薄膜トランジスタ型の液晶表示装置である。光源から出射された光は、表示素子を通過することで画像光Ｌに変換される。制御回路は、表示素子の画素に対して、光源からの可視光の透過の可否を制御するとともに、光源の点灯並びに消灯を制御する。

平面鏡２８は、ハウジング２４内に収容され、画像発生器２６と凹面鏡３０との光路の途中に設けられる。平面鏡２８は、長方形に形成され、短辺が車両１２の上下方向となるように配置される。平面鏡２８は、画像発生器２６から出力された画像光Ｌを、凹面鏡３０に向けて反射する。

凹面鏡３０は、ハウジング２４の開口部３２直下に収容され、凹状に湾曲した反射面を有する。凹面鏡３０は、ハウジング２４の内部において、反射面の中央が車両１２の後方上方向を向き、平面鏡２８によって反射された画像光Ｌをコンバイナ２２に向けて出射することができる位置に設置される。

凹面鏡３０は、正面視が、車両１２の車幅方向に長手方向の辺を有する矩形をなし、長手方向の辺の長さは、開口部３２の車幅方向における長さと略同一に設けられている。

この凹面鏡３０は、図１及び図２に示されるように、長手方向中央部分と長手方向両端部分とで湾曲方向と曲率が異なる。凹面鏡３０の長手方向中央部分は、凹面鏡３０の短手方向に沿って車両１２の前方やや下側に向かって突出し、凹状に湾曲する第１湾曲部（第１湾曲面）３６として構成される。

凹面鏡３０の長手方向両端部分は、第２湾曲部（第２湾曲面）３８として構成される。この第２湾曲部３８は、第２湾曲部３８の第１湾曲部３６側が、凹面鏡３０の短手方向に沿って車両１２の前方やや下側に向かって突出して凹状に湾曲している。また、この第２湾曲部３８は、凹面鏡３０の長手方向に沿ってインパネ１６の開口部３２に向かう方向と反対側へ向かって、第１湾曲部３６の短手方向の曲率よりも大きな曲率ρ１で凸状に湾曲した形状とされている。

コンバイナ２２は、板状の光透過性反射部材（例えばハーフミラー等）から構成される。図３に示されるように、コンバイナ２２は、正面視が、車両１２の車幅方向に長手方向の辺を有する矩形をなし、インパネ１６の上部に、乗員１４側にやや傾斜するように突出している。

コンバイナ２２の長手方向の辺の長さは、インパネ１６の開口部３２の車幅方向の長さよりも長く設けられる。コンバイナ２２は、図１に示されるように、インパネ１６の開口部３２の長辺に沿って設けられ、凹面鏡３０から開口部３２を通過して投射される画像を結像し、乗員１４のアイボックス４０へ画像光Ｌを反射することができる位置に設けられる。

ＨＵＤ装置１０を使用しない時には、コンバイナ２２は、図示しない駆動機構によりインパネ１６の内部に収納される。なお、コンバイナ２２をインパネ１６の内部に収納することなく、常にインパネ１６の上部に突出するように設けてもよい。

コンバイナ２２は、図１に示されるように、長手方向中央部分と長手方向両端部分とでその形状が異なる。長手方向中央部分は、平板状に設けられた平板部４２として構成される。長手方向両端部分は、長手方向に沿って、インパネ１６の開口部３２へ向かう方向（乗員１４に向かう方向）に向かって所定の曲率ρ２で凹状に湾曲する第３湾曲部（第３湾曲面）４４として構成される。

次に、以上のように構成されるＨＵＤ装置１０について、その作用効果について説明する。

凹面鏡３０の第２湾曲部３８は、インパネ１６の開口部３２に向かう方向と反対側に向かって所定の曲率ρ１で湾曲している（反っている）。このため、凹面鏡３０からインパネ１６の開口部３２を通じてコンバイナ２２へ向かう画像光Ｌのうち、第２湾曲部３８の反射面で反射した画像光Ｌは、図２に示されるように、車幅方向外側に向かって斜めに広がりながら進む。

この画像光Ｌは、インパネ１６の開口部３２を通過して、コンバイナ２２の長手方向両端部に設けられた第３湾曲部４４に到達する。第３湾曲部４４は、インパネ１６の開口部３２に向かう方向（乗員１４に向かう方向）に所定の曲率ρ２で凹状に湾曲している（反っている）。このため、第３湾曲部４４に到達した画像光Ｌは、図１に示されるように、車幅方向内側、すなわち乗員１４のアイボックス４０の方向へ向かって反射して、乗員１４の目の中に入射する。

ここで、図４に示す従来のＨＵＤ装置１００では、第２湾曲部３８及び第３湾曲部４４に相当する構成を有していないため、図３に示す第１の虚像表示範囲４６にのみ虚像が表示される。これに対し、この発明の実施形態に係るＨＵＤ装置１０では、乗員１４には、第３湾曲部４４から届いた画像光Ｌが、第３湾曲部４４よりも車幅方向外側から届いたように見える。このため、ＨＵＤ装置１０は、図３に示す前記第１の虚像表示範囲４６に加えて、車幅方向両端部に広がる第２の虚像表示範囲４８まで虚像を表示することができる。すなわち、ＨＵＤ装置１０は、インパネ１６の開口部３２の大きさを変えることなく、換言すれば、限られた開口部３２の大きさで、より広い範囲で虚像を表示することが可能となる。

このように、この発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０は、車両１２のインパネ１６の内側に設けられて、画像を発生する画像発生器２６と画像を拡大する凹面鏡３０とを有する投射器１８と、インパネ１６の外側に設けられて、投射器１８の凹面鏡３０からインパネ１６の開口部３２を通じて投射される拡大された画像を結像するコンバイナ２２と、を備える。

そして、凹面鏡３０は、開口部３２に沿う辺の車幅方向の両端部が開口部３２と対向する側と反対側に向かって曲げられた第２湾曲部３８（第１曲げ部）を有し、コンバイナ２２は、凹面鏡３０の第２湾曲部３８と対応する辺の端部が開口部３２と対向する側に向かって曲げられた第３湾曲部４４（第２曲げ部）を有する。

このような構成を備えることにより、凹面鏡３０の第２湾曲部３８は、画像光Ｌをインパネ１６の開口部３２から外側に広がるように斜めに反射させ、コンバイナ２２の第３湾曲部４４は、インパネ１６の開口部３２を通過した光を乗員１４のアイボックス４０の方向に向かって内側に狭めるように反射させる。

乗員１４には、第３湾曲部４４から届いた画像光Ｌが、第３湾曲部４４よりもさらに外側から届いたように見える。このため、インパネ１６の開口部３２の大きさを変えることなく、より広い範囲に虚像を表示することが可能となる。

また、凹面鏡３０は、車両１２の車幅方向に長手方向の辺を有する矩形をなし、第２湾曲部３８は、長手方向と直交する短手方向の辺に設けられ、凹面鏡３０の車幅方向における長さは、インパネ１６の開口部３２の車幅方向における長さと略同一に設けられることが好ましい。

このような構成によれば、車幅方向のより広い範囲に虚像を表示することができ好適である。例えば、走行中の道路の両側に立ち並ぶ建物や、走行中の車線に隣接する車線、大きく曲がるカーブ、交差点で信号待ちをする他の車両や歩行者等、車幅方向に広がる車外の様々な交通状況や風景に対して、より広い範囲で虚像を重畳することが可能となる。

また、コンバイナ２２は、コンバイナ２２の車幅方向における長さが、開口部３２の車幅方向における長さよりも長く設けられることが好ましい。

このような構成によれば、インパネ１６の開口部３２を外方に向かって広がりながら通過した画像光Ｌを、乗員１４のアイボックス４０に向けて確実に反射することができ好適である。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、凹面鏡３０及びコンバイナ２２の開口部３２に沿う辺のうち、車幅方向一端側の辺の端部のみを湾曲させてもよい。なお、上下方向の両端部のいずれか一方又は両方を湾曲させてもよい。これにより、虚像の表示可能範囲を上下方向に広げることができる。

また、凹面鏡３０の第１湾曲部３６やコンバイナ２２の平板部４２を、自由曲面の凹面形状に形成してもよい。また、凹面鏡３０や平面鏡２８に、光軸調整機構を設けてもよい。これにより、虚像の表示状態を良好に調整することができ好適である。

さらに、画像発生器２６と凹面鏡３０との間に平面鏡２８を設けず、画像発生器２６から出射された画像光Ｌを、凹面鏡３０に直接投射するように構成してもよい。

すなわち、凹面鏡の第１曲げ部で反射させた画像光を、インストルメントパネルの開口部を外側に向かって斜めに広げながら（拡散させながら）進ませ、この画像光をコンバイナの第２曲げ部によって反射させて、乗員のアイボックスに向けて内側に狭めながら進ませる、という技術的思想の範囲内であれば、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
１２…車両
１６…インストルメントパネル（インパネ）
１８…投射器
２２…コンバイナ
２６…画像発生器
３０…凹面鏡
３２…開口部
３８…第２湾曲部（第２湾曲面、第１曲げ部）
４４…第３湾曲部（第３湾曲面、第２曲げ部）

Claims

車両のインストルメントパネルの内側に設けられて、画像を発生する画像発生器と前記画像を拡大する凹面鏡とを有する投射器と、
前記インストルメントパネルの外側に設けられて、前記投射器の前記凹面鏡から前記インストルメントパネルの開口部を通じて投射される拡大された前記画像を結像するコンバイナと、
を備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記凹面鏡は、前記開口部に沿う辺のいずれかの端部が前記開口部と対向する側と反対側に向かって曲げられた第１曲げ部を有し、
前記コンバイナは、前記凹面鏡の前記第１曲げ部と対応する辺の端部が前記開口部と対向する側に向かって曲げられた第２曲げ部を有する
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記凹面鏡は、前記車両の車幅方向に長手方向の辺を有する矩形をなし、
前記第１曲げ部は、長手方向と直交する短手方向の辺に設けられ、
前記凹面鏡の車幅方向における長さは、前記インストルメントパネルの前記開口部の車幅方向における長さと略同一に設けられる
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
請求項１又は２記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記コンバイナは、該コンバイナの車幅方向における長さが、前記開口部の車幅方向における長さよりも長く設けられる
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。