JP2018205334A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを大幅に増大させることなく、投射部への外光の入射による不具合を回避することができる虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置は、映像光を出射する投射部と、映像光を適切な大きさに拡大し、視認者の前方に配置される透過反射部材に向けて出射する凹面鏡と、凹面鏡の位置を変更する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、投射部、凹面鏡、駆動部および制御部を内部に収容し、凹面鏡により透過反射部材に向けて出射された映像光を通過させるための開口部が形成された筐体と、を備え、制御部は、虚像表示動作の休止時には、凹面鏡の位置を、凹面鏡によって開口部が塞がれる位置に移動させるように駆動部を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用に好適な虚像表示装置に関する。

表示光を出射する投影部や当該表示光を反射しウィンドシールドに向けて出射する凹面鏡などを備え、車両の運行に関する情報などをウィンドシールドに表示させる、車両用の虚像表示装置としてのヘッドアップデイスプレイ（以下、ＨＵＤと称す）が知られている。このようなＨＵＤでは、車両の停止時などに、凹面鏡を介して投射部側に外光、特に太陽光が入射することで投射部の温度が上昇し、不具合が生じるおそれがある。このため、ＨＵＤの内部に外光が入射することによる不具合を防止する取り組みがなされている。特許文献１には、外光による温度上昇を回避するために、凹面鏡を回動させ、表示器に外光が照射されることを防止するようにしたＨＵＤが記載されている。

特開２０１７−００３６８４号公報

しかしながら、特許文献１に記載のＨＵＤのように、凹面鏡を回動させる構成の場合、透光性カバーからＨＵＤの筐体内部に外光が入射することには変わりはなく、表示器以外に対しての温度上昇原因となる場合がある。さらには、凹面鏡を、待避位置から虚像表示が可能な位置まで移動させるのに相応の時間がかかりＨＵＤの起動に時間を要する。ユーザにとっては、虚像が表示されるまでの時間、どのような状況であるのか分からずに故障を疑ったりする可能性もある。

本発明は、以上の問題点に鑑みなされたものであり、本発明は、コストを大幅に増大させることなく、投射部への外光の入射による不具合を回避することができる虚像表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明にかかる虚像表示装置は、投射映像に応じた映像光を出射する投射部と、前記投射部が出射した映像光を適切な大きさに拡大し、視認者の前方に配置される透過反射部材に向けて出射する凹面鏡と、前記凹面鏡の位置を変更する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、虚像表示動作中には、前記凹面鏡で反射した前記映像光を、前記透過反射部材に向かう際に通過させるための開口部を通過させる位置に前記凹面鏡が配置されるよう前記駆動部を制御し、虚像表示動作の休止時には、前記凹面鏡の位置を、前記凹面鏡によって前記開口部が塞がれる位置に移動させるように前記駆動部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、コストを大幅に増大させることなく外光の入射による表示器の不具合を回避することができる。

実施の形態１にかかる虚像表示装置の構成を模式的に示す側面図である。 実施の形態１にかかる虚像表示装置の、車両が走行中における凹面鏡の位置の調整について示す模式図である。 実施の形態１にかかる虚像表示装置の、車両の停止時における凹面鏡の位置の移動について示す模式図である。 実施の形態１にかかる虚像表示装置における、筐体の変形例について示す模式図である。 実施の形態１にかかる虚像表示装置における、筐体の別の変形例について示す模式図である。 実施の形態２にかかる虚像表示装置の構成を模式的に示す側面図である。 図６における矢印Ｂの方向から見た矢視図である。 実施の形態２にかかる虚像表示装置における、虚像表示動作の休止時の凹面鏡の位置の移動について示す模式図である。 実施の形態２にかかる虚像表示装置における、駆動部の別の変形例について示す模式図である。

[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態にかかる、車両用の虚像表示装置はヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）である。まず、虚像表示装置１００の概略構成について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる虚像表示装置１００の構成を模式的に示す側面図である。図１に示すように、虚像表示装置１００は、投射部１２０と、折り返し平面鏡１３０と、凹面鏡１４０と、駆動部１５０と、筐体１７０と、制御部１８０と、を備えている。

投射部１２０は、車両の運転者前方に映像光Ｌ１を投射するプロジェクタを有している。投射部１２０は投射映像に応じた映像光Ｌ１を、折り返し平面鏡１３０に向けて出射する。平面鏡１３０は、投射部１２０が出射した映像光Ｌ１を凹面鏡１４０に向けて反射させるものである。

凹面鏡１４０は、平面鏡１３０で反射された映像光Ｌ１を適切な大きさに拡大し、視認者の前方に配置される透過反射部材としてのウィンドシールド１１に向けて出射するものである。凹面鏡１４０の鏡面１４０ａと反対側の裏面１４０ｂは、黒色の遮光性合成樹脂などの遮光性材料により形成されている。ウィンドシールド１１で反射した映像光Ｌ１は視認者（運転者）の眼に入射する。これにより視認者に虚像Ｖを視認させることができる。視認者が虚像Ｖを視認することが可能な範囲をアイボックス１２で示す。

駆動部１５０は、アーム１５０ａを介して凹面鏡１４０の位置を変更して映像光Ｌ１の反射光路を変更するためのものである。駆動部１５０は、一端が凹面鏡１４０に取り付けられ、他端が回動軸１５２によって回動可能に支持されたアーム１５０ａを備えている。駆動部１５０は、さらに、回動軸１５２を中心としてアーム１５０ａを回動駆動させるための駆動源としてのサーボモータ、サーボモータの駆動力をアーム１５０ａに伝達するためのギヤなどを備えている。制御部１８０は、駆動部１５０を制御して凹面鏡１４０の位置を変更させる。凹面鏡１４０は、アーム１５０ａに対して固定されていてもよく、凹面鏡１４０とアーム１５０ａとの接続位置を中心に回動可能としてもよい。駆動部１５０は、アーム１５０ａの回動駆動に加えて、アーム１５０ａに対する凹面鏡１４０の回動を駆動してもよい。なお、制御部１８０による駆動部１５０の制御とそれに伴う凹面鏡１４０の位置の変更の詳細については後述する。

筐体１７０は、投射部１２０、折り返し平面鏡１３０、凹面鏡１４０、駆動部１５０、制御部１８０などを内部に収容するものである。筐体１７０は、例えば、車両のダッシュボードまたはダッシュボード内部に格納されている。筐体１７０には、凹面鏡１４０によりウィンドシールド１１に向けて出射された映像光を通過させるための開口部１７０ａが形成されている。筐体１７０が車両のダッシュボード内部に格納されている場合は、ダッシュボードにおいては開口部１７０ａに対応する位置に映像光Ｌを透過させる構造を有する。開口部１７０ａには一般的にはＨＵＤ１００内部への埃等の侵入を防止するためのクリアカバーが設けられていてもよい。筐体１７０の内部には、外光が開口部１７０ａから投射部１２０に直接入射するのを防止するための外光直射防止構造体１７１を設けてもよい。外光直射防止構造体１７１は、例えば黒色の遮光性合成樹脂などの遮光性材料で形成された遮光板である。

次に、図２および図３を参照して、制御部１８０による駆動部１５０の制御とそれに伴う凹面鏡１４０の位置の変更の詳細について説明する。
図２は、虚像表示動作中（例えば車両が走行中）における凹面鏡１４０の位置の調整について示す模式図である。図２に示すように、アーム１５０ａを微小角度だけ回動させて凹面鏡１４０の位置をＰ１からＰ２に移動させると、虚像Ｖの位置を下方から上方に変更することができる。つまり、制御部１８０は、虚像表示動作中には、虚像Ｖの位置が所望の位置にくるように、凹面鏡１４０の位置が調整されるよう駆動部２５０を制御する。また、アーム１５０ａの回動に加えて、または代えて、アーム１５０ａに対して凹面鏡１４０を微小角度だけ回動させて凹面鏡１４０の角度を変えてもよい。これらの制御によって、ユーザの目の位置にアイボックス１２の位置を合わせることができる。

図３は、虚像表示動作の休止時（例えば車両の停止時）における凹面鏡１４０の位置の移動について示す模式図である。例えば、車両が停止する直前に、凹面鏡１４０の位置がＰ２にあったとする。図３に示すように、車両停止時に、アーム１５０ａを回動させて凹面鏡１４０の位置をＰ２からＰ３に移動させる。つまり、制御部１８０は、虚像表示動作の休止時には、凹面鏡１４０の位置を、凹面鏡１４０の鏡面１４０ａとは反対の裏面１４０ｂによって開口部１７０ａが塞がれる位置に移動させるように駆動部１５０を制御する。このとき、凹面鏡１４０の裏面１４０ｂは、虚像表示動作が行われているときに映像光Ｌ１が投射されるウィンドシールド１１の方向を向く。アーム１５０ａの長さは、凹面鏡１４０を、開口部１７０ａを覆う位置に移動させることが可能な長さとする。筐体１７０における開口部１７０ａの大きさは、凹面鏡１４０をＰ３の位置に移動させたときに、凹面鏡１４０の裏面１４０ｂによって全領域が塞がれるように決定する。さらには、凹面鏡１４０の位置がＰ３にあるとき、開口部１７０ａを適切に塞ぐことができるように、アーム１５０ａに対する凹面鏡１４０の角度を変更してもよい。

以上のように、車両の停止時に、筐体１７０の開口部１７０ａが、凹面鏡１４０の裏面１４０ｂによって塞がれるようにすると、外光は凹面鏡１４０の裏面１４０ｂにより遮断されるので、外光が開口部１７０ａから筐体１７０の内部に入射するのを良好に防止することができる。また、車両の停止時に、凹面鏡１４０が筐体１７０の開口部１７０ａを塞ぐ位置に移動させる駆動手段は、虚像表示動作において凹面鏡１４０の角度を微調整するための駆動手段と共通である。このため、使用する部品が大幅に増加することもない。従って、本実施の形態にかかる虚像表示装置１００に拠れば、コストを大幅に増大させることなく、投射部１２０を含めたＨＵＤの筐体内部への外光の入射による不具合を回避することができる。

[変形例１]
図４は、筐体１７０の変形例について示す模式図である。図４に示すように、凹面鏡１４０をＰ３の位置に移動させたときに、凹面鏡１４０の外周と筐体１７０の開口部１７０ａの縁との間に若干の隙間Ａが生じていてもよい。車両の停止時に、開口部１７０ａの大部分は凹面鏡１４０の裏面１４０ｂにより塞がれているので、隙間Ａから筐体１７０の内部に入射してくる外光Ｌ２はわずかであり、外光Ｌ２が投射部１２０を含めたＨＵＤの筐体内部に到達するおそれを十分に低減することができる。

[変形例２]
図５は、筐体１７０の別の変形例について示す模式図である。図５に示すように、筐体１７０において、開口部１７０ａを覆い、かつ、凹面鏡１４０の裏面１４０ｂの曲率と実質的に等しいか若干大きい曲率の曲面を有する透光性のカバーであるクリアカバー１７０ｂを設ける。クリアカバー１７０ｂを、上方に凸となりクリアカバー１７０ｂの下に凹面鏡１４０が位置したときに、クリアカバー１７０ｂと凹面鏡１４０とがほぼ平行となる形状としている。言い換えると、凹面鏡１４０の湾曲に対して中心をほぼ一致させ、凹面鏡１４０の曲率と同等か大きくした曲率の円弧で形成されるクリアカバー１７０ｂとする。凹面鏡１４０の裏面１４０ｂとクリアカバー１７０ｂとの間隔は、一例としては５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。クリアカバー１７０ｂは、例えばアクリル樹脂で形成されている。筐体１７０が車両のダッシュボードである場合または筐体１７０が車両のダッシュボード内部に格納されている場合であっても、クリアカバー１７０ｂの曲面がダッシュボードの上面から突出することになるので、車両のドライバーから凹面鏡１４０の動作が見やすくなる。車両のドライバーから凹面鏡１４０の動作が良く見えるようになると、休止状態から虚像表示までに要する時間の遅れをドライバーに認識させない心理的な効果がある。

[実施の形態２]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と実質的に同一の機能、構成を有する要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
図６は、本実施の形態にかかる虚像表示装置２００の構成を模式的に示す側面図である。図７は、図６における矢印Ｂの方向から見た矢視図である。図６および図７に示すように、虚像表示装置２００は、投射部１２０と、折り返し平面鏡１３０と、凹面鏡２４０と、駆動部２５０と、筐体２７０と、制御部２８０と、を備えている。

凹面鏡２４０は、平面鏡１３０で反射された映像光Ｌ１を適切な大きさに拡大し、ウィンドシールド１１に向けて出射するものである。凹面鏡２４０の両側には、後述するガイドレール２５０ｂが取り付けられている。また、凹面鏡２４０の鏡面２４０ａと反対側の裏面２４０ｂは、黒色の遮光性合成樹脂などの遮光性材料により形成されている。

駆動部２５０は、ガイドレール２５０ｂを介して凹面鏡２４０の位置を変更して映像光Ｌ１の反射光路を変更するためのものである。駆動部２５０は、駆動源としてのサーボモータにより回転される歯車２５０ａと、歯車２５０ａと係合する歯が形成されたガイドレール２５０ｂと、を備えている。歯車２５０ａを回転させると、ガイドレール２５０ｂが図中矢印Ｓの方向に移動するので、凹面鏡２４０の位置が変更される。制御部２８０は、駆動部２５０を制御して凹面鏡２４０の位置を変更させる。なお、制御部１８０による駆動部１５０の制御とそれに伴う凹面鏡２４０の位置の変更の詳細については後述する。

筐体２７０は、投射部１２０、凹面鏡２４０、駆動部２５０、制御部２８０などを内部に収容するものである。筐体２７０は、例えば、車両のダッシュボードまたはダッシュボード内部に格納されている。筐体２７０には、凹面鏡２４０によりウィンドシールド１１に向けて出射された映像光を通過させるための開口部２７０ａが形成されている。筐体２７０の内部には、外光が開口部２７０ａから投射部１２０に直接入射するのを防止するための外光直射防止構造体１７１を設けてもよい。ガイドレール２５０ｂは可撓性を有する。筐体２７０の前方壁２７０ｂは、ガイドレール２５０ｂが前方壁２７０ｂに沿って開口部２７０ａの方まで移動することができるような形状（例えばループ状）に形成されている。

次に、図６および図８を参照して、制御部２８０による駆動部２５０の制御とそれに伴う凹面鏡２４０の位置の変更の詳細について説明する。
図６は虚像表示動作中（例えば車両が走行中）における凹面鏡２４０の位置を示している。歯車２５０ａを微小角度だけ回転させてガイドレール２５０ｂを図中矢印Ｓの方向に微小に移動させると、凹面鏡２４０の位置を微調整することができる。これにより、虚像Ｖの位置を変更することができる。つまり、制御部２８０は、虚像表示動作中には、虚像Ｖの位置が所望の位置にくるように、凹面鏡２４０の位置が調整されるよう駆動部２５０を制御する。

図８は、虚像表示動作の休止時（例えば車両の停止時）における凹面鏡２４０の位置の移動について示す模式図である。図８に示すように、車両停止時には、歯車２５０ａを回転させ、ガイドレール２５０ｂを筐体２７０の前方壁２７０ｂに沿って開口部２７０ａの方まで移動させ、開口部２７０ａが凹面鏡２４０の裏面２４０ｂによって塞がれるようにする。つまり、制御部２８０は、虚像表示動作の休止時には、凹面鏡２４０の位置を、凹面鏡２４０の鏡面２４０ａとは反対の裏面２４０ｂによって開口部２７０ａが塞がれる位置に移動させるように駆動部２５０を制御する。

以上のように、車両の停止時に、筐体２７０の開口部２７０ａが、凹面鏡２４０の裏面２４０ｂによって塞がれるようにすると、筐体２７０の内部への外光の入射を良好に防止することができる。また、車両の停止時に、凹面鏡２４０が筐体２７０の開口部２７０ａを塞ぐ位置に移動させる駆動手段は、虚像表示動作において凹面鏡２４０の角度を微調整するための駆動手段と共通である。このため、使用する部品が大幅に増加することもない。従って、本実施の形態にかかる虚像表示装置２００に拠れば、コストを大幅に増大させることなく、投射部１２０への外光の入射による不具合を回避することができる。

[変形例３]
図９は、駆動部２５０の別の変形例について示す模式図である。なお、図９は、図７に対応する。図９に示すように、凹面鏡２４０の片側のみに、ガイドレール２５０ｂを取り付けるようにしてもよい。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２において、実施の形態１における変形例２を適用してもよい。また、実施の形態２において、実施の形態１における変形例１のように、凹面鏡の外周と筐体の開口部の縁との間に若干の隙間が生じていてもよい。

また、制御部１８０および制御部２８０は、凹面鏡１４０および凹面鏡２４０の回動速度を回動位置に合わせて変化させる制御を行ってもよい。実施の形態１を例として説明すると、凹面鏡１４０がＰ１にある状態からＰ３の手前であり凹面鏡１４０の回動方向端部が開口部１７０ａにかかる位置までの移動は、比較的高速で回転させる。さらに、凹面鏡１４０の回動方向端部が開口部１７０ａにかかる位置からＰ３までは、比較的低速で回動させる。このような制御を行うことで、車両のドライバーから見える凹面鏡の動作品位が向上する。

１２ アイボックス
１１ ウィンドシールド
１００、２００ 虚像表示装置
１２０ 投射部
１３０ 平面鏡
１４０、２４０ 凹面鏡
１５０、２５０ 駆動部
１５０ａ アーム
１５２ 回動軸
１７０、２７０ 筐体
１７０ａ、２７０ａ 開口部
１７０ｂ クリアカバー
１７１ 外光直射防止構造体
１８０、２８０ 制御部
２５０ａ 歯車
２５０ｂ ガイドレール
２７０ｂ 前方壁

Claims (6)

1. 投射映像に応じた映像光を出射する投射部と、
   前記投射部が出射した映像光を適切な大きさに拡大し、視認者の前方に配置される透過反射部材に向けて出射する凹面鏡と、
   前記凹面鏡の位置を変更する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   虚像表示動作中には、前記凹面鏡で反射した前記映像光を、前記透過反射部材に向かう際に通過させるための開口部を通過させる位置に前記凹面鏡が配置されるよう前記駆動部を制御し、
   虚像表示動作の休止時には、前記凹面鏡の位置を、前記凹面鏡によって前記開口部が塞がれる位置に移動させるように前記駆動部を制御する、虚像表示装置。
2. 前記駆動部は、一端が前記凹面鏡に取り付けられ他端が回動軸によって回動可能に支持されたアームと、前記回動軸を中心に前記アームを回動させる駆動源と、を備え、前記アームの長さは、前記凹面鏡を、前記開口部を覆う位置に移動させることが可能な長さとする、請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記駆動部は、歯車と、前記歯車を回転させる駆動源と、前記歯車と係合する歯が形成され前記凹面鏡に取り付けられたガイドレールと、を備えている、請求項１に記載の虚像表示装置。
4. 前記制御部は、虚像表示動作の休止時には、前記凹面鏡の位置を、鏡面とは反対の裏面が前記透過反射部材方向を向いて前記凹面鏡が前記開口部を塞ぐ位置に移動させるように前記駆動部を制御し、
   前記凹面鏡は、前記凹面鏡の鏡面と反対側の裏面は、遮光性材料により形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
5. 前記凹面鏡は、前記開口部の全領域が塞がれる大きさである、請求項１から４のいずれか一項に記載の虚像表示装置。
6. 前記開口部は、前記凹面鏡の鏡面とは反対の裏面の曲率と実質的に等しい曲率の曲面を有する透光性のカバーで覆われている、請求項１から５のいずれか一項に記載の虚像表示装置。

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