JP2018075983A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示エリアが歪んで見えることを抑止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Ｌを投射する表示器２０と、この表示光Ｌを車両のフロントガラスへ反射する凹面鏡と、を備えて表示光Ｌを投影表示する表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）であって、前記表示器２０と凹面鏡との間に、表示光Ｌの表示エリアの周縁を覆う遮光性の印刷層５２を備え、また、印刷層５２は、表示光Ｌの透過エリアを定める境界部分に、湾曲形状を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用のヘッドアップディスプレイ装置に関し、例えば、ウインドシールドに表示像を投影する表示装置として好適である。

従来、ヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、プロジェクターからなる表示器から発せられた表示光をスクリーンに投射させ、スクリーンから出射される表示光を曲面鏡へ反射させ、曲面鏡で反射した光を車両のウインドシールドに投影することで、車両利用者が表示光（表示像）を視認できる構成があり、例えば、特許文献１に開示されている。

また、ウインドシールドの曲形状に合わせて表示の歪みが目立たないように、補正する各種形状が施されており、例えば、特許文献２に示すように、表示素子のケースに湾曲部分を形成することで表示エリアの輪郭も矩形に補正することで車両利用者に違和感を与えない工夫が提案されている。

特許第５７７６１５７号公報 特開２０１０−２８２１０８号公報

しかしながら、表示エリアを矩形に見せるためには、ウインドシールドの曲形状にあわせて該ケースを設計する必要があり、車種の違いなどヘッドアップディスプレイ装置の設置環境の種類だけケースが必要になってしまう。また、ケース成形用の金型もその分だけ用意するなど、コストを増加させてしまう。このため、表示エリアの輪郭が歪むことによって車両利用者に違和感を与えないための新たな構造が求められていた。

そこで本発明の目的は、上述した課題に着目し、表示エリアが歪んで見えることを抑止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。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、
画像を投射する表示ユニットと、
この画像を車両のウインドシールドへ反射する反射鏡と、を備えて前記画像を投影表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示ユニットと前記反射鏡との間に、前記画像の表示エリアの周縁を覆う遮光性の印刷層を備えることを特徴とする。

また、前記印刷層は、前記画像の透過エリアを定める境界部分に、湾曲形状を有することを特徴とする。

また、前記表示ユニットは、前記画像として結像するスクリーンを設け、
前記印刷層は、前記スクリーンの前記反射鏡側の面に印刷されることを特徴とする。

また、前記印刷層は、前記画像の透過エリアを定める境界部分に、前記画像の一部を透過させるドット印刷部を設けることを特徴とする。

また、前記印刷層は、前記画像の透過エリアを定める境界部分に、前記画像の一部を減光して透過させるグラデーション印刷部を設けることを特徴とする。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、表示エリアが歪んで見えることを抑止できる。

本発明の実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイの概略図。 同実施形態による表示装置の断面図。 同実施形態による表示器及び遮光部材の断面図。 同実施形態による反射部材側から見たときの表示器及び遮光部材の正面図。 同実施形態によるフロントガラス上の虚像の見え方を示す図。 同実施形態における遮光部材の別例を示す図。 別例における反射部材側から見たときの表示器の正面図。 別例におけるフロントガラス上の虚像の見え方を示す図。

以下、添付図面に基づいて、本発明を車両用ヘッドアップディスプレイに適用した一実施形態を説明する。

車両用ヘッドアップディスプレイは、図１に示すように車両１０のインストルメントパネル１１内部に配設された表示ユニットである表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）１２が投射する表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス（ウインドシールド）１３で車両１０の運転者（利用者）１４の方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行う。換言すれば、車両用ヘッドアップディスプレイは、表示装置１２の後述する表示器から発せられる表示光Ｌを所定の曲率を有するフロントガラス１３（前記投影部材）に照射（投射）し、この照射によって得られた虚像（表示像）Ｖを運転者１４に視認させる。これにより運転者１４は、運転席の正面前方に表示される虚像Ｖを風景と重畳させて観察できる。

表示装置１２は、図２に示すように表示器２０と、反射器（反射鏡）３０と、ハウジング４０とから主に構成されている。

表示器２０は、図３に示すように投影装置２１と、スクリーン２２とを設けている。投影装置２１は、プロジェクタを適用でき、例えば、フィールドシーケンシャル方式によって、スクリーン２２に画像を表示させる。投影装置２１は、内部に、複数色の発光ダイオード，ミラー，プリズム，ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス），投射レンズ，回路基板，ヒートシンクなどを有して構成できる。

スクリーン２２は、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等を適用でき、投影装置２１からの表示光が結像し、これを画像として透過させたものを表示光（表示像）Ｌとして反射器３０側に投射する。この場合、スクリーン２２は、表示器２０に対向する面にマイクロレンズアレイ２２ａを有するものが適用される。

なお、表示器２０は、車両１０に設けられる車速センサやエンジン回転センサからの出力信号に基づいて車速，エンジン回転数を計測する演算回路（図示せず）並びにこの演算結果に基づいて、車両１０の速度またはエンジン回転数の計測値を数値として表現する画像（表示光Ｌ）を生成する。また、この他にも表示器２０は、車載される各種ＥＣＵ（電子制御ユニット）との接続や、車外との無線通信によって情報を収集し、例えば、走行距離情報、経路案内情報、外気温情報など任意の表示を行うこともできる。

反射器３０は、表示器２０から発せられ、遮光部材５０を透過する表示光Ｌをフロントガラス１３側に反射させる凹面鏡（反射部材）３１と、この凹面鏡３１を保持する合成樹脂からなるミラーホルダ３２とを備えてなる。

凹面鏡３１は、凹面を有する基材に反射層３１ａを蒸着形成してなる。かかる凹面鏡３１は、その反射層３１ａがスクリーン２２並びにハウジング４０の後述する透光性カバーに対向し、前記透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて配設される。

また凹面鏡３１は、表示器２０からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両１０のフロントガラス１３）側へ反射（投射）させる。このことは、凹面鏡３１が、表示器２０から発せられる表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてフロントガラス１３に投射（照射）することを意味している。なお、凹面鏡３１は、ミラーホルダ３２に両面粘着テープにより接着されている。

ハウジング４０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材料からなり、略箱型形状に形成され、その内部空間である空間部４１に表示器２０及び反射器３０を保持して収容するものであり、反射器３０における凹面鏡３１の配設位置の上部（フロントガラス１３側）が開口する開口窓部４２を備えてなる。

またハウジング４０には、開口窓部４２を塞ぐように出射部である透光性カバー４３が配設されてなる。かかる透光性カバー４３は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、湾曲形状（曲面形状）に形成され、凹面鏡３１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。つまり、凹面鏡３１によって反射された表示光Ｌは、ハウジング４０に形成された透光性カバー４３を通じて所定の曲率を有するフロントガラス１３に照射され、この照射によって得られた虚像Ｖを運転者１４が視認することになる。

遮光部材５０は、表示器２０と反射器３０との間における表示光Ｌの光路上に設けられる平板状の部材である。遮光部材５０は、基板５１の反射器３０側の面に、遮光性の印刷層５２が形成されてなる。印刷層５２は、図４に示すように、スクリーン２２の表示可能なエリアの周縁と重なるように、一周に亘って枠状に設けられ、スクリーン２２と反射器３０との間を通過する輪郭（視認範囲）Ｗを決めることができる。即ち、運転者１４が視認するスクリーン２２の外径形状を定めることができる。印刷層５２は、暗色で低反射な材質や外面を有しており、フロントガラス１３における表示光Ｌが投影される面の曲形状に基づいて湾曲した境界Ｒを有する。

なお、凹面鏡３１及び表示器２０にあっては、フロントガラス１３に投影される虚像Ｖが運転者１４にとって歪んでみえないようにする補正がなされており、前述フロントガラス１３の曲形状が相殺されて画像が平面形状にみえ、水平や垂直が表現できるようにしている。この場合、凹面鏡３１の曲形状や、表示器２０からの画像自体を予め歪ませておくことで、これを実現している。

印刷層５２の湾曲した境界Ｒにあっても、表示器２０の歪みにあわせた形状にすることで、図５に示すように、スクリーン２２面が運転者１４に虚像Ｖとして視認された場合に、その輪郭（外郭）Ｗが水平や垂直な直線に近い形状で視認されるため、運転者１４に違和感を与えない。

この場合、基板５１は、印刷層５２の形成箇所以外を開口する形状としているが、表示光Ｌを透過する透明な面を有していてもよい。

以下、上述した実施形態の別例について説明するが、図６〜図８において、上述した実施形態と同様の構成について同じ符号を記し、詳細な説明を省く。

図６，７に示すように、平板状の基材に対して、印刷層５２０を印刷形成することによって、遮光部材５００を備えることもできる。この場合、印刷層５２０は、可視領域の周波数成分の光線を効率よく透過し、赤外成分の光線を効率よく反射するホットミラー５３を表示器２０と凹面鏡３１との間の表示光Ｌの光路に設け、このホットミラー５３の凹面鏡３１側の面に、印刷層５２０を枠状に印刷することで、遮光部材５００とすることもできる。なお、ホットミラー５３は、表示器２０が熱せられることを防止する。

この際、遮光部材５００は、スクリーン２２の表示可能なエリアの周縁と重なるように、一周に亘って枠状に設けられ、スクリーン２２と反射器３０との間を通過する輪郭（視認範囲）Ｗを決めることができる。即ち、運転者１４が視認するスクリーン２２の外径形状を定めることができる。印刷層５２は、暗色で低反射な材質や外面を有しており、フロントガラス１３における表示光Ｌが投影される面の曲形状に基づいて湾曲した境界Ｒを有する。従って、運転者１４に視認される表示エリア（スクリーン２２）の輪郭Ｗの歪みを低減できる。また、遮光部材５００に対する保持構造を、ホットミラー５３と兼用できる。

さらに、印刷層５２０は、この境界Ｒ部分に、ドット形状の印刷部５２１を設け、一部の光を透過することで、境界線を曖昧にしてぼかすことができる。これにより、運転者１４は、図８に示すように、虚像Ｖとしてみえるスクリーン２２の輪郭形状を認識し難くなるため、より歪みを感じ難い構造となる。また、印刷層５２０の内側の縁の角部Ｃを丸めることで、さらに直線状の輪郭の歪みや傾きなどがわかり難くなる。

以上の遮光部材５０，５００は、その印刷層５２，５２０の印刷形状を異ならせることで、表示エリアの輪郭Ｗを容易に変更すること可能である。このため、車種やグレードなど車両１０の種類に応じた表示装置１２の設置環境、例えば、設置位置や角度、フロントガラス１３の形状が異なる場合であっても、表示器２０を共通化でき、汎用性の高い装置となる効果もある。

斯かる表示装置１２は、表示光（画像）Ｌを投射する表示器（表示ユニット）２０と、この表示光Ｌを車両１０のフロントガラス（ウインドシールド）１３へ反射する凹面鏡（反射鏡）３１と、を備えて表示光Ｌを投影表示する表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）であって、前記表示器２０と凹面鏡３１との間に、表示光Ｌの表示エリアの周縁を覆う遮光性の印刷層５２を備える。また、印刷層５２は、表示光Ｌの透過エリアを定める境界Ｒ部分に、湾曲形状を有する。

従って、スクリーン２２面が虚像Ｖとして運転者１４に視認された場合であっても、この表示エリアが歪んで見えることを抑止できる。

また、印刷層５２は、表示光Ｌの透過エリアを定める境界Ｒ部分に、表示光Ｌの一部を透過させるドット形状の印刷部５２１を設けることによって、表示が歪むことによる運転者１４への違和感をより低減できる。

なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施の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、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。例えば、上述実施の形態にあっては、表示器２０と遮光部材５０とが別体のものを示したが、スクリーン２２の反射器３０側の面に遮光性の印刷層を施すことによって、これを遮光部材とすることもでき、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。この場合、遮光範囲を結像位置の近くで定めることができ、前記湾曲形状の設計が容易になる。

また、印刷層５２０は、この境界Ｒ部分に、ドット形状の印刷部５２１を設け、一部の光を透過することで、境界線を曖昧にしてぼかす例を示したが、この他、透過率を徐々に変える所謂グラデーション印刷を施すことによって、表示エリアの輪郭を曖昧にでき、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、ヘッドアップディスプレイ装置に関して、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、車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などを投影表示する車載ヘッドアップディスプレイとして好適である。

１０ 車両
１１ インストルメントパネル
１２ 表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
１３ フロントガラス（投影部材）
１４ 運転者（利用者）
２０ 表示器
２１ 投影装置
２２ スクリーン
２２ａ マイクロレンズアレイ
２２ｂ
３０ 反射器（反射鏡）
３１ 凹面鏡（反射部材）
３１ａ 反射層
３２ ミラーホルダ
４０ ハウジング
４１ 空間部
４２ 開口窓部
４３ 透光性カバー
Ｌ 表示光
Ｒ 境界
５００ 遮光部材
５２０ 印刷層
５２１ 印刷部
Ｃ 角部

Claims (5)

1. 画像を投射する表示ユニットと、
   この画像を車両のウインドシールドへ反射する反射鏡と、を備えて前記画像を投影表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示ユニットと前記反射鏡との間に、前記画像の表示エリアの周縁を覆う遮光性の印刷層を備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記印刷層は、前記画像の透過エリアを定める境界部分に、湾曲形状を有す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. 前記表示ユニットは、前記画像として結像するスクリーンを設け、
   前記印刷層は、前記スクリーンの前記反射鏡側の面に印刷され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。
4. 前記印刷層は、前記画像の透過エリアを定める境界部分に、前記画像の一部を透過させるドット印刷部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記印刷層は、前記画像の透過エリアを定める境界部分に、前記画像の一部を減光して透過させるグラデーション印刷部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。

Images