JP2018030522A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】観察者が偏光サングラスをかけている場合でも、表示画像を良好に視認す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】ＨＵＤ装置１は、表示画像を表すＳ波成分がカットされた表示光Ｌを出射する表示器２０と、表示器２０から出射された表示光Ｌを観察者２に向けて反射させる反射面（凹面５０ａ）を有するコンバイナ５０と、を備える。また、表示光Ｌの反射面（凹面５０ａ）への入射角は、０度から５０度の範囲に設定される。【選択図】図３

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display；ＨＵＤ）装置として、例えば、特許文献１に開示されているものが知られている。このＨＵＤ装置は、車両のダッシュボード内等に設けられ、表示器から発せられる表示光がフロントガラスに投影されることで、フロントガラス前方に所定の表示画像が虚像表示される。これにより、観察者である運転者は、運転中に視線をほとんど動かさずに、車速や走行距離等の情報を視認することができる。

特開２００９−７５５１４号公報

道路標識のぎらつきやダッシュボードに置いた物のフロントガラスへの映り込み等を軽減するために、運転者が偏光サングラスをかけている場合がある。偏光サングラスは、表示光にＰ波成分とＳ波成分との双方が含まれている場合、表示光のＳ波成分をカットするため、このＳ波成分がなくなることに起因して、運転者（運転者の眼）に到達する表示光の輝度が低下する。そのため、運転者は、ＨＵＤ装置が投影する表示画像の視認が困難になってしまう虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、観察者が偏光サングラスをかけている場合でも、表示画像を良好に視認す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を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
表示画像を表すＳ波成分がカットされた表示光を出射する表示器と、
前記表示器から出射された前記表示光を観察者に向けて反射させる反射面を有するコンバイナと、を備え、
前記表示光の前記反射面への入射角が０度から５０度の範囲である、
ことを特徴とする。

本発明によれば、観察者が偏光サングラスをかけている場合でも、表示画像を良好に視認することができる。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の斜視図である。 ＨＵＤ装置を図１に示す矢視Ａの方向から（前方から）見た図である。 ＨＵＤ装置の図２に示すＢ−Ｂ線の概略断面図である。 表示器の断面図である。 コンバイナの凹面への光の入射角と反射率との関係を示したグラフである。 図５に示すグラフの一部を拡大した図である。 入射角と輝度との関係を示した表である。 変形例２に係るＨＵＤ装置の図２に示すＢ−Ｂ線の概略断面図である。 図８に示すＨＵＤ装置の変形例を示した図である。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置１を、図面を参照して説明する。

ＨＵＤ装置１は、図１〜図３に示すように、ケース体１０と、表示器２０と、回路基板３０と、反射部４０と、コンバイナ５０と、反射板６０と、カバー部材７０と、を備える。

ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボード上（例えば、インストルメントパネル上方）に取り付けられる据え置き型のＨＵＤ装置として構成されている。以下の説明では、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像を視認する観察者２（通常は車両の運転者）から見て、上方向を「上」、下方向を「下」、前方向を「前」、後ろ方向を「後」として（図１、図３等の両端矢印参照）、適宜、ＨＵＤ装置を構成する各部を説明する。

ケース体１０は、上ケース１１と、下ケース１２と、中ケース１３と、を備える。上ケース１１には第１の開口部１１０が形成されており、この上ケース１１と下ケース１２とが連結することで上側開口の箱のような形状となる。この箱形状の内部に、表示器２０、回路基板３０、反射部４０、及び中ケース１３等が収納される。

上ケース１１は、その第１の開口部１１０よりも前方側に、コンバイナ５０が取り付けられる部分である被取付部（図示せず）を有する。例えば、ネジによって、被取付部にコンバイナ５０の下端部が取り付けられている。このようにして、上ケース１１は、コンバイナ５０を保持している。保持されたコンバイナ５０は、上ケース１１から上方に延出するような格好となる。

また、上ケース１１には、入射した光（後述する外光Ｎ１）をケース体１０内部に通過させるための第２の開口部１１１が形成されている。第２の開口部１１１には、入射する外光Ｎ１を下方に反射させて光センサ３１に導くための反射板６０が設けられている。なお、反射板６０の代わりにプリズムを設けて、屈折により外光Ｎ１を光センサ３１に導いてもよい。

上ケース１１のコンバイナ５０よりも前方の部分である前方部１１Ｆの一部は、回路基板３０を覆う覆い部１１２となっている。上ケース１１は、覆い部１１２が、反射板６０で反射して光センサ３１に向かう外光Ｎ１の光路を、妨げない部分のみ覆うように構成されている。

下ケース１２には、中ケース１３が載置される。下ケース１２には、図３に示すように、反射部４０の下端部に対応した形状の凹部１２１が形成されている。この凹部１２１と中ケース１３の一部（後側の内側面）とによって反射部４０は保持される（例えば、反射部４０は、その一端が凹部１２１に差し込まれ、且つ、後側の面が中ケース１３に粘着テープ等で固定されることで、保持されている）。

中ケース１３は、略筒状の部材であり、その外側面の一部（図３中右側）に表示器２０が配設されている。中ケース１３には、表示器２０の表示面を露出させる穴である出射口１３０が形成されている。なお、中ケース１３に出射口１３０を覆う透明な透明板を設けてもよい。

表示器２０は、車速、走行距離等の表示情報を報知するための表示画像を表す表示光Ｌを出射するものであり、例えば、透過型液晶ディスプレイ、又は自発光型ディスプレイである。

ここで、表示器２０の模式的な断面図を図４に示す。表示器２０は、表示パネル２２の裏側から光Ｍを照射するバックライトとなる光源２１と、光源２１からの光Ｍに基づきＰ波のみからなる表示光Ｌを出射する表示パネル２２と、を備える。表示パネル２２は、液晶層２２１と、裏側偏光板２２２と、表側偏光板２２３と、を備える。

裏側偏光板２２２は、液晶パネル２２の裏面を形成し、光源２１から入射された光Ｍのうち自身の透過軸に沿う振動方向の光Ｍのみを液晶層２２１側に出射する。
液晶層２２１は、内部に液晶が封止された層であり、制御部３２からの指示に基づいて光Ｍの振動方向を変化させる。
表側偏光板２２３は、液晶パネル２２の表面（表示面）を形成し、液晶層２２１からの光Ｍのうち自身の透過軸に沿う振動方向の光Ｍのみを表示光Ｌとして出射する。例えば、両偏光板２２２，２２３の透過軸は、表示器２０の正面から見て互いに直交する向きに設定されている。この場合、液晶層２２１は、表示パネル２２の所定の画素において、光Ｍの振動方向を９０度回転させることで光Ｍの振動方向を表側偏光板２２３の透過軸に一致させる。これにより、当該所定の画素において光Ｍが表側偏光板２２３を透過する。
また、液晶層２２１は、表示パネル２２の所定の画素において、光Ｍの振動方向を回転させないことで光Ｍの振動方向を表側偏光板２２３の透過軸に直交する吸収軸に一致させる。これにより、当該所定の画素において光Ｍが表側偏光板２２３を透過せず、吸収（カット）される。このように、表示パネル２２の画素毎に光Ｍの透過および吸収がコントロールされることで、表示パネル２２から表示画像を表す表示光Ｌを出射させることができる。本例では、特に、表側偏光板２２３は、その透過軸がＰ波に沿う向きに設けられている。これにより、表側偏光板２２３は、Ｐ波のみからなる表示光Ｌを出射し、Ｐ波に直交するＳ波をカットする。

回路基板３０は、ガラス繊維を含む樹脂等からなる板状の基材に、ＨＵＤ装置１の全体の動作を制御する制御部３２が実装されたプリント回路板である。制御部３２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、グラフィックディスプレイコントローラー（ＧＤＣ）等を備える。回路基板３０は、例えば、図示しない取付部材により下ケース１２に固定されており、上ケース１１と下ケース１２の間に位置する。回路基板３０と表示器２０とは、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）３を介して導通接続されている。ＦＰＣ３の一端部はコネクタＣを介して回路基板３０と接続されている。

回路基板３０に実装されている制御部３２は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の外部装置（図示せず）から通信ラインにより伝送される車両の状態情報を取得し、これに応じて表示器２０を駆動する（つまり、表示器２０に所定の表示画像を表示させる）。

また、回路基板３０には、制御部３２以外に、光センサ３１、増幅回路（図示せず）、表示器２０を駆動する駆動回路（図示せず）等が実装されている。
光センサ３１は、反射板６０によって反射された入射光の明るさを検出し、検出信号を増幅回路に供給する。増幅回路は、光センサ３１が検出した検出信号を増幅して、制御部３２に供給する。制御部３２は、取得した検出信号に基づいて、駆動回路を介して、表示器２０が表示する表示画像の輝度を調整する。例えば、制御部３２は、光センサ３１が受けた光の明るさを示す値が、予め記憶されている閾値よりも小さい場合は、背景が暗いと推測されるため、表示器２０の表示輝度を所定の度数だけ高くする。具体的には、例えば、制御部３２は、表示器２０が透過型液晶ディスプレイからなる場合、光源２１の輝度を高くする。
なお、ＨＵＤ装置１は、このような輝度の調整機能を必ずしも有している必要は無く、光センサ３１や反射板６０を備えないようにＨＵＤ装置１を構成してもよい。

反射部４０は、表示器２０の表示側、即ち表示光Ｌの出射側に位置し、到達した表示光Ｌをコンバイナ５０に向けて反射させる。反射部４０は、例えば、アルミ蒸着された樹脂成形品からなり、表示器２０からの表示光Ｌを効率良くコンバイナ５０に反射させる曲面として構成された反射面を有する（なお、図３では、反射面を概略的に平面のように表している）。また、反射部４０は、前述のように凹部１２１と中ケース１３の一部とによって保持されることで、その反射面が表示器２０の表示側と略対向するように配置されている。表示器２０が出射した表示光Ｌは、出射口１３０を通過して反射部４０に到達する。そして、反射部４０で反射した表示光Ｌは、上ケース１１の第１の開口部１１０を通過してコンバイナ５０に向かう。

コンバイナ５０は、曲面を有する板状のスモーク色（灰色）のハーフミラー等により構成される。前述のように、コンバイナ５０は上ケース１１に取り付けられており、その凹面５０ａが反射部４０の反射面と略対向する。コンバイナ５０は、図３に示すように、凹面５０ａに入射する表示光Ｌの光路を観察者２の方向に反射させる。従って、凹面５０ａは、表示器２０から出射された表示光Ｌを観察者２に向けて反射させる反射面となる。また、コンバイナ５０は、前方からの光を透過させる。これにより、コンバイナ５０は、観察者２の前方位置に、表示画像を結像する。従って、ＨＵＤ装置１は、表示画像と前方に実際に存在する外景の双方を観察者２に視認させることができる。

なお、コンバイナ５０は、その凹面５０ａに入射する表示光Ｌの入射角α（図３参照）が０度から５０度の範囲になるように上ケース１１に取り付けられている。コンバイナ５０の凹面５０ａに入射する光の入射角と、当該光のＰ波成分及びＳ波成分の反射率とは、図５に示すような関係にある。また、図５の一点鎖線Ｍで囲まれた部分の光のＰ波成分の反射率の推移の拡大図を図６に示す。これらの図５、図６から、入射角が０〜５０度の範囲にある場合、Ｐ波成分の光の反射率は０でないため、コンバイナ５０で反射されて観察者２に到達することがわかる。そのため、観察者２が光のＳ波成分をカットする偏光サングラスをかけている場合でも、Ｐ波成分の光は観察者２に到達するため、観察者２に到達する光の輝度の低下を抑えることができ、表示画像を良好に視認することができる。

なお、図５のグラフからは、入射角が６５度から９０度の範囲にある場合にもＰ波成分の光の反射率が高いことがわかる。しかしながら、入射角が６５度から９０度の範囲にある場合、表示画像は結像しないため、この角度の範囲になるようにコンバイナ５０を設けることは実用的ではない。

ここで、表示光Ｌの凹面５０ａへの入射角αを２０度、４０度、及び５０度にそれぞれ設定したＨＵＤ装置１を用いて、観察者２が、偏光サングラスを装着している場合と未装着の場合のそれぞれで表示画像を視認した際の、観察者２に達する表示光Ｌの輝度の値を図７の表で示す。なお、この表の輝度の値は、各種の計測データを計算する等して得られたものである。また、本発明との比較のため、図７には、入射角αが５３度に設定されているＨＵＤ装置での輝度の値も示す。

この表からも、入射角αが５３度に設定されているＨＵＤ装置では、観察者２が偏光サングラスを装着している場合は輝度が極めて低くなるのに対し、入射角αが０〜５０度の範囲に設定される本実施形態に係るＨＵＤ装置１では、観察者２が偏光サングラスを装着している場合でも、輝度はある程度確保されるため、表示画像を良好に視認できることがわかる。

続いて、変形例に係るＨＵＤ装置について説明する。なお、上記実施形態と同様な機能を有する各部については、上記実施形態と同じ符号を付し、上記実施形態と重複する説明は適宜省略する。

（変形例１）
上記実施形態では、表示光Ｌのコンバイナ５０の凹面５０ａへの入射角αが０度から５０度の範囲になるようにコンバイナ５０を設置した。これに対し、変形例１に係るＨＵＤ装置１０１では、入射角αが０度から２５度の範囲になるようにコンバイナ５０が設置されていることを特徴とする。なお、変形例１に係るＨＵＤ装置１０１は、実施形態１に係るＨＵＤ装置１と実質的に同一の構成であるため、構成の説明は省略する。

図６から明らかなように、凹面５０ａへの入射角αが０度から５０度の範囲のうち０度から２５度の範囲では、他の範囲と比較してＰ波成分の光の反射率が高く、２５度から５０度にかけては急激に低下する。換言すれば、入射角αが２５度を境に反射率の傾きは変化し、２５度を超えると、反射率の傾きの絶対値は大きくなる（反射率が急激に低下する）。そのため、変形例１に係るＨＵＤ装置１０１のように、入射角αが０度から２５度の範囲になるようにコンバイナ５０を設置することがより好ましい。

これにより、上記実施形態に係るＨＵＤ装置１と比較して、変形例１に係るＨＵＤ装置１では、コンバイナ５０に入射した表示光ＬのＰ波成分は効率よく反射されて観察者２に到達する。そのため、観察者２の視界をより明るくすることができ、表示画像の視認性をより向上させることが可能となる。

（変形例２）
上記実施形態に係るＨＵＤ装置１ではコンバイナ５０が上ケース１１に固定されていたが（図３参照）、変形例２に係るＨＵＤ装置１０２では、コンバイナ５０の角度を調整できることを特徴とする。

変形例２に係るＨＵＤ装置１０２を図８に示す。変形例２に係るＨＵＤ装置１０２は、上ケース１１に角度調整部８０が設けられている。角度調整部８０は、モータ８１と保持部材８２とを備える。

モータ８１は、例えばステッピングモータであり、ＦＰＣ４を介して、回路基板３０（制御部３２）と導通接続されている。また、モータ８１の回動軸には保持部材８２が取り付けられており、保持部材８２にはコンバイナ５０が取り付けられている。モータ８１が回転駆動することにより、コンバイナ５０は保持部材８２を中心に、矢印Ｘの方向に回動する。

制御部３２は、モータ８１を駆動させるためのドライバが組み込まれており、モータ８１の駆動を制御して、コンバイナ５０を所定の位置に回動させる。具体的には、制御部３２は、モータ８１の駆動を制御することにより、上ケース１１の第１の開口部１１０を塞ぐ収納位置と、上ケース１１の第１の開口部１１０を露出させてコンバイナ５０に画像を表示させる表示位置と、の間でコンバイナ５０を移動（回動）させる。なお、制御部３２は、モータ８１の回転角（電気角）等からコンバイナ５０の位置（角度）を逐次認識することが可能である。

例えば、イグニッションキーにより車両のイグニッションがオンされたとき、制御部３２は、モータ８１の駆動を制御して、コンバイナ５０を収納位置から表示位置に移動させる。なお、この際、制御部３２は、表示位置での入射角αが０度から５０度の範囲に収まるようにコンバイナ５０を移動させる。
また、例えば、車両のイグニッションがオフされたとき、制御部３２は、モータ８１を制御して、コンバイナ５０を表示位置から収納位置に移動させる。
また、例えば、制御部３２は、観察者２からのボタン操作等による表示位置の変更の指示を受信した際に、入射角αが０度から５０度となる範囲で、指示された位置にコンバイナ５０の表示位置を変更する。これにより、観察者２は、表示光Ｌが目の位置に正しく反射されるように（即ち、表示画像を視認できるように）コンバイナ５０の角度を調整することが可能となる。

なお、観察者２が手動でコンバイナ５０の角度を調整できるようにしてもよい。なお、この場合は、図９に示すように、保持部材８２の前方及び後方の上ケース１１に、それぞれ、ストッパ５Ａ、５Ｂを取り付けるのが望ましい。ストッパ５Ａ、５Ｂは、保持部材８２（コンバイナ５０）の回動範囲を制限する。具体的には、ストッパ５Ａ、５Ｂは、表示光Ｌの凹面５０ａへの入射角αが０度から５０度の範囲に収まるように、コンバイナ５０の回動範囲を制限する。なお、この場合、手動で角度を調節できるため、角度調整部８０はモータ８１を備えなくてもよい。

以上のように説明した本実施形態に係るＨＵＤ装置１は、表示画像を表すＳ波成分がカットされた表示光Ｌを出射する表示器２０と、表示器２０から出射された表示光Ｌを観察者２に向けて反射させる反射面（凹面５０ａ）を有するコンバイナ５０と、を備え、表示光Ｌの反射面（凹面５０ａ）への入射角αが０度から５０度の範囲である。
そのため、観察者２がＳ波成分をカットする偏光サングラスをかけている場合でも、表示光Ｌは予め表示器２０でＳ波成分がカットされてＰ波成分のみからなるため、偏光サングラスによる輝度の低下の影響を受けにくい。さらに、入射角αが０度から５０度の範囲にあるため、表示光ＬのＰ波成分の光はコンバイナ５０で反射されて観察者２に到達し、観察者２に達する表示光Ｌの輝度の低下を抑える。そのため、表示画像を良好に視認することができる。

特に、変形例１に係るＨＵＤ装置１０１では、表示光Ｌの反射面（凹面５０ａ）への入射角が０度から２５度の範囲である。そのため、Ｐ波成分の光はコンバイナ５０で効率良く反射されて観察者２に到達するため、観察者２はより良好に表示画像を視認することができる。

また、変形例２に係るＨＵＤ装置１０２では、表示光Ｌの反射面（凹面５０ａ）への入射角が０度から５０度の範囲で、コンバイナ５０の角度を調整可能な角度調整部８０を備える。そのため、観察者２は、偏光サングラスをかけている場合でも、表示画像の視認性が確保できる範囲で、任意にコンバイナ５０の角度を調節することができる。

なお、本発明は上記実施形態、その変形例（変形例１、２）、及び図面によって限定されるものではない。これらに変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

以上の説明では、表示器２０からの表示光Ｌを、反射部４０で反射させ、コンバイナ５０に到達させる例を示したが、これに限られない。表示器２０が表示光Ｌを直接コンバイナ５０に向けて出射するようにＨＵＤ装置１を構成してもよい。なお、この場合、直接出射される表示光Ｌの凹面５０ａへの入射角が０度から５０度の範囲になるようにコンバイナ５０の角度を設定することは勿論である。また、この場合、表示器２０とコンバイナ５０とは略対向するように設けられる。
なお、反射部４０は、アルミ蒸着された樹脂成型品に限らず、アルミ蒸着されたガラス成型品等であってもよい。また、反射部４０の反射面の形状は曲面ではなく平面でもよい。
また、上記実施形態では、コンバイナ５０や角度調整部８０が上ケース１１側に取り付けられているものとして説明したが、他の部分にコンバイナ５０や角度調整部８０が取り付けられていてもよい。例えば、ケース体１０の形状を適宜変更して、コンバイナ５０や角度調整部８０を下ケース１２側に取り付けてもよい。

以上の説明では、ＨＵＤ装置１（以下、ＨＵＤ装置１０１、１０２も同様）を設置する乗り物の一例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置１を船舶、航空機等のその他の乗り物の運転席付近に設置することもできる。さらには、乗り物の運転席付近に設置するものに限らず、室内に設置する卓上インテリア等に適用することも可能である。

また、以上では、ＨＵＤ装置１を据え置き型のものとして説明したが、ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボードと一体的に構成されるものであってもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１、１０１、１０２ …ＨＵＤ装置
２ …観察者
１０ …ケース体
１１ …上ケース
１１Ｆ…前方部
１１０…第１の開口部
１１１…第２の開口部
１１２…覆い部
１２ …下ケース
１２１…凹部
１３ …中ケース
１３０…出射口
２０ …表示器
２１ …光源
２２ …表示パネル
２２１…液晶層
２２２…裏側偏光板
２２３…表側偏光板
３０ …回路基板
３１ …光センサ
３２ …制御部
４０ …反射部
５０ …コンバイナ
５０ａ…凹面
６０ …反射板
７０ …カバー部材
８０ …角度調整部
８１ …モータ
８２ …保持部材

Claims (3)

1. 表示画像を表すＳ波成分がカットされた表示光を出射する表示器と、
   前記表示器から出射された前記表示光を観察者に向けて反射させる反射面を有するコンバイナと、を備え、
   前記表示光の前記反射面への入射角が０度から５０度の範囲である、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記入射角が０度から２５度の範囲である、
   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. 前記入射角が０度から５０度の範囲で前記コンバイナの角度を調整可能な角度調整部を備える、
   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。
   

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