JP2019144331A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外光検出ユニットのケースへの位置決めを容易に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】視認者に虚像による表示を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、外光の照度を検出する外光検出ユニット４０と、外光検出ユニット４０が内部空間に収容され外部から外光が外光検出ユニット４０へ導かれる貫通孔が形成されるケース５１と、を備える。外光検出ユニット４０は、貫通孔側の面である前面と、前面と対向する面である背面と、前面側に設けられた一対の突起４４ｃと、を有している。ケース５１は、突起４４ｃを受けて保持する一対の保持部６０と、先端６０ｂと、基端６０ａと、先端６０ｂから基端６０ａにわたり保持部６０に近づく方向に傾斜した傾斜面６２ｅと、傾斜面６２ｅ内で背面を支持する支持部６２ｆと、を有する案内リブ６２と、を有する。【選択図】図６

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装置は、運転者に運転に必要な情報などを車両の前方の景色と重ね合わせて虚像により表示する装置である。これにより、運転者は、運転中に大きな視線移動を行うことなく、必要な情報を把握することができる。

例えば特許文献１に開示されたヘッドアップディスプレイ装置では、外光により表示が見えにくくなることを防止するため、ケース内に外光検出ユニットを設けて外光の照度を検出し、調整制御することが行われている。外光検出ユニットは、ケース内にビスで固定されている。

特開２０１５−７１３９１号公報

特許文献１に記載されている外光検出ユニットは、ビスでケースに固定される前に、外光検出ユニットをケースに位置決めする必要がある。この際、作業者が外光検出ユニットを誤った位置に配置し、外光検出ユニットの位置決めが適切に行われない場合であっても、ケースまたは外光検出ユニットの設計によってはビスで締め付けられてしまう恐れがある。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、外光検出ユニットのケースへの位置決めを容易に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。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、上述した課題を解決するために、視認者に虚像による表示を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、外光の照度を検出する外光検出ユニットと、前記外光検出ユニットが内部空間に収容され外部から外光が前記外光検出ユニットへ導かれる貫通孔が形成されるケースと、を備え、前記外光検出ユニットは、前記貫通孔側の面である前面と、前記前面と対向する面である背面と、前記前面側に設けられた一対の突起と、を有し、前記ケースは、前記突起を受けて保持する一対の保持部と、先端と、基端と、前記先端から前記基端にわたり前記保持部に近づく方向に傾斜した傾斜面と、前記傾斜面内で前記背面を支持する支持部と、を有する案内リブと、を有する。

本発明によれば、外光検出ユニットのケースへの位置決めを容易にすることができる。

本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の概略図。 同実施形態による表示装置の概略断面図。 同実施形態による制御手段のブロック図。 図２の外光検出ユニットの斜視図。 図２の上側ケース体を反転した斜視図であり、外光検出ユニットを固定するための構造を説明するための部分拡大断面図。 図５の上側ケース体に外光検出ユニットを取り付けた状態の部分拡大断面図。 上側ケース体の貫通孔を説明するための要部断面図。 変形例としてのヘッドアップディスプレイ装置を説明するための要部断面図。

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

図１は、本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の概略図である。

図２は、同実施形態による表示装置１２の概略断面図である。

図３は、同実施形態による制御手段７０のブロック図である。

なお、以下の説明では、運転者１４から見た前後方向をＸ方向、運転者１４から見た左右方向をＹ方向、運転者１４から見た上下方向をＺ方向とする。また、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向を示す矢印が向く方向を＋（プラス）方向、その反対方向を−（マイナス）方向として説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置は、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１３で車両１０の運転者（視認者）１４の方向（−Ｘ方向）に反射させ、運転者１４に対して虚像Ｖの表示を行うものである。換言すれば、ヘッドアップディスプレイ装置は、表示装置１２の後述する発光型表示器２０から発せられる表示光Ｌをフロントガラス１３（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に視認させるものである。これにより、運転者１４は、運転席の正面前方（＋Ｘ方向）に表示される虚像Ｖを風景と重畳させて観察することができる。

図２に示すように、表示装置１２は、表示光Ｌを発する発光型表示器２０と、反射器３０と、外光検出ユニット４０と、ケース５０と、から主に構成されている。

発光型表示器２０は、例えば液晶表示素子２１と、レンズ２２と、光源２３と、配線基板２４と、筐体２５と、から主に構成されている。

液晶表示素子２１は、例えば、ＴＦＴ型の液晶パネルの前後両面に偏光板を貼着したものが用いられる。液晶表示素子２１は、例えば、車両１０の速度などを表示する。レンズ２２は、アクリルなどの透光性合成樹脂によって形成されており、液晶表示素子２１と光源２３との間に配置されている。光源２３は、例えば、適宜色で発光するチップ型発光ダイオードで構成される。光源２３からの光は、レンズ２２を介して、液晶表示素子２１を照明する。これにより、光源２３が発光すると、液晶表示素子２１からは、例えば、車両１０の速度などを表示する表示光Ｌが発せられる。

また、配線基板２４は、所定の配線パターンが形成された硬質回路基板からなり、マイクロコンピュータである後述する制御手段７０などが実装され、配線パターンに導通接続されている。筐体２５は、液晶表示素子２１、レンズ２２、光源２３、および配線基板２４を収容する。筐体２５は、液晶表示素子２１の表示面に対応する位置には、表示光Ｌを通過させるための略矩形状の開口部（図示せず）が形成されている。

反射器３０は、液晶表示素子２１（発光型表示器２０）から発せられる表示光Ｌを反射させる凹面鏡（反射部材）３１と、この凹面鏡３１を保持するミラーホルダ３２とを備えている。

凹面鏡３１は、凹面を有するポリカーボネートからなる樹脂基材で構成され、凹面上に反射膜を蒸着形成して構成されている。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取り付けられ、表面の反射膜がケース５０の透光性カバー５５と対向し、透光性カバー５５から臨める位置に傾斜状態にて配設される。なお、ミラーホルダ３２は、合成樹脂、例えば、ＡＢＳ樹脂からなり、ケース５０に固定される。これにより、凹面鏡３１は、液晶表示素子２１からの表示光Ｌを拡大し、拡大された表示光Ｌを、透光性カバー５５を通してフロントガラス１３に投射する。

外光検出ユニット４０は、外光検出素子としての光センサ４１と、素子ホルダ４２と、光センサ４１が実装（配設）される回路基板４３と、から構成されている。図２に示すように、光センサ４１は、回路基板４３上に実装されて素子ホルダ４２内に収容されている。外光検出ユニット４０は、素子ホルダ４２を介してケース５０に取り付けられる。ケース５０内において、外光検出ユニット４０は、後述する貫通孔５７側の面であり前方（＋Ｘ方向）に面した前面と、この前面と対向する面であり後方（−Ｘ方向）に面した背面とを有している。

光センサ４１は、例えば、フォトダイオードが用いられており、外光の照度を検出して照度データを、後述する制御手段７０に出力するものである。なお、光センサ４１の光軸は、車両１０の前方側（透光性カバー５５側、＋Ｘ方向）を向いており、車両前方からの外光の照度を検出する。

回路基板４３は、所定の回路パターンが形成された硬質回路基板からなり、光センサ４１が回路パターンに導通接続されている。なお、回路基板４３は、発光型表示器２０の配線基板２４と、図示しないハーネスなどの配線部材によって電気的に接続されている。

素子ホルダ４２は、例えば、黒色の合成樹脂材料によって形成されている。素子ホルダ４２の詳細については、後述する。

ケース５０は、例えば黒色の合成樹脂材料にて箱状に形成されており、図２に示すように、中間部から上下（Ｚ方向）に分割された断面略凹状の上側ケース体５１および下側ケース体５２で構成されている。ケース５０は、上側ケース体５１および下側ケース体５２で形成される箱状の内部空間５３に、発光型表示器２０や反射器３０、外光検出ユニット４０などを収容する。

上側ケース体５１は、上面（車両１０のフロントガラス１３側（＋Ｚ方向の面））に、開口する開口窓部５４が形成されており、開口窓部５４を塞ぐように透光性カバー５５が配置されている。透光性カバー５５は、透光性の合成樹脂材料、例えば、アクリル樹脂からなり、下方に凸状の湾曲形状に形成され、反射器３０の凹面鏡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。透光性カバー５５には、遮蔽層５５ａが設けられており、例えば透光性カバー５５上に印刷された枠状の黒色印刷層で構成される。遮蔽層５５ａは、ケース５０内への外光の入射を抑える。

透光性カバー５５により、凹面鏡３１によって反射された表示光Ｌは、透光性カバー５５を通じてフロントガラス１３に投影され、運転者１４に対し虚像Ｖを表示する。

ケース５０は、太陽光などの外光がケース５０の上面に設けた透光性カバー５５を通じて発光型表示器２０に入射することを防ぐための光遮蔽部５６を備えている。光遮蔽部５６は、外光が発光型表示器２０に入射し虚像Ｖが見えにくくなる現象（ウォッシュアウト）を防止するための遮光壁を構成し、上側ケース体５１の上面部５１ａから斜め前方に垂下するように一体に形成されている。光遮蔽部５６には、外光を光センサ４１へ導くための貫通した貫通孔５７、および外光検出ユニット４０（素子ホルダ４２）を固定するための構造を有している（詳細は後述）。

制御手段７０は、図３に示すように、マイクロコンピュータであるＣＰＵ７１、ＲＡＭ７２、ＲＯＭ７３などを有する。制御手段７０は、配線基板２４に搭載されており、液晶駆動回路７４を介して液晶表示素子２１を駆動し、また光源駆動回路７５を介して光源２３を駆動する。制御手段７０は、光センサ４１が検出し、出力された照度データに基づいて、ＲＯＭ７３に記憶されたプログラムに従って、所定の演算処理を行い、光源２３（発光型表示器２０）の照度を調整するように構成されている。

また、制御手段７０には、例えば、車速センサ７６が接続され、車速センサ７６からの速度データに基づき、表示光Ｌを発光照射して運転者１４に虚像Ｖを視認させる。

次に、外光検出ユニット４０（素子ホルダ４２）および外光検出ユニット４０を固定するためのケース５０の構造の詳細について説明する。

図４は、図２の外光検出ユニット４０の斜視図である。

図５は、図２の上側ケース体５１を反転した斜視図であり、外光検出ユニット４０を固定するための構造を説明するための部分拡大断面図である。

図６は、図５の上側ケース体５１に外光検出ユニット４０を取り付けた状態の部分拡大断面図である。

図７は、上側ケース体５１の貫通孔５７を説明するための要部断面図である。

素子ホルダ４２は、外光検出ユニット４０の前面と背面とにわたって伸びた本体部４４を有している。本体部４４は、底部分となる水平部４４ａ（Ｘ−Ｙ平面上）と、水平部４４ａから上方（＋Ｚ方向）に突き出して背面部分となる垂直部４４ｂと、がＬ字状に一体に形成されている。垂直部４４ｂには、光センサ４１（図４では図示せず、図２参照）を包囲するため前方（＋Ｘ方向）が斜めに開口された略筒状の包囲部４５が一体に形成されている。

素子ホルダ４２は、垂直部４４ｂの下部に後方（−Ｘ方向）に突き出して、板状の回路基板４３の下端面（−Ｚ方向、図６のケース５０を反転した場合の上端面（＋Ｚ方向））が装着される溝状の保持部４６が上方（＋Ｚ方向）に開口して形成されている。さらに、素子ホルダ４２は、板状の回路基板４３の上端面に形成した２箇所の凹状の段部４３ａを係止する基板フック４７を備えている。基板フック４７は、爪部４７ａを一端に有して保持部４６と対向し、他端が素子ホルダ４２の本体部４４から略水平（Ｘ−Ｙ平面上）に突き出すように、素子ホルダ４２と一体に合成樹脂材料で成形されて弾性を有している。

したがって、傾けた状態の回路基板４３の下端面を溝状の保持部４６に装着したのち、回路基板４３を立てるように起こして段部４３ａに基板フック４７を位置させて爪部４７ａを乗り越えるように押し込んで取り付ける。

これにより、溝状の保持部４６に下端面が装着された回路基板４３は、段部４３ａに入れられた基板フック４７のアーム部分で、上端面が押さえられて上下方向（Ｚ方向）の移動が規制され、段部４３ａに位置する基板フック４７で左右方向（Ｙ方向）の移動が規制される。さらに、本体部４４の垂直部４４ｂの背面と基板フック４７の爪部４７ａとで、回路基板４３の前後方向（Ｘ方向）の移動が規制され、回路基板４３は素子ホルダ４２にガタつくことなく、固定することができる。この素子ホルダ４２に回路基板４３を固定した状態では、光センサ４１の光軸が包囲部４５の中心軸上に位置するように固定される。

なお、回路基板４３は、外光検出ユニット４０の背面として機能する。

また、水平部４４ａは、一対の突起４４ｃと、切欠４４ｄと、を有している。突起４４ｃは、水平部４４ａの前面側の両端部に、左右（Ｙ方向）に突き出して形成されている。突起４４ｃは、ケース５０への位置決め固定のために用いられ、矩形断面を有している。切欠４４ｄは、素子ホルダ４２を上側ケース体５１に固定するためネジ６７のネジ部を下方から上方（＋Ｚ方向）に向けて貫通させる。

上側ケース体５１（ケース５０）は、図５に示すように、素子ホルダ４２（外光検出ユニット４０）を上側ケース体５１に固定するための一対の保持部６０と、一対の案内リブ６２と、ネジ孔６６と、を有している。保持部６０、案内リブ６２、およびネジ孔６６は、光遮蔽部５６に設けられている。

保持部６０は、突起４４ｃを受けて保持する。保持部６０は、上側ケース体５１の光遮蔽部５６から下方（−Ｚ方向）に突き出すように一体に形成してあり、素子ホルダ４２の大きさに合わせて左右（Ｙ方向）に間隔をあけて２つ設けられている。保持部６０は、光遮蔽部５６に位置する基端６０ａと、先端６０ｂと、を有している。保持部６０は、先端６０ｂに下方に開口した受け部６０ｃを有しており、矩形断面の突起４４ｃの上面（＋Ｚ方向の面）を保持する。受け部６０ｃは、先端６０ｂから基端６０ａに向けて徐々に開口が小さくなるＶ字状に形成されており、突起４４ｃを受ける際には、このＶ字形状の傾斜が案内となる。

案内リブ６２は、上側ケース体５１の光遮蔽部５６（上面部５１ａ）から下方（−Ｚ方向）に突き出すように一体に形成してあり、素子ホルダ４２（外光検出ユニット４０）の大きさに合わせて左右（Ｙ方向）に間隔をあけて２つ設けられている。案内リブ６２は、互いに略四角形状の面６２ａを対向させて配置されており、この面に略垂直な一定の幅を有する側面６２ｂを有している。前方側の側面６２ｂは、保持部６０の後方側の側面と対向する面であり、これら面との間で形成する空間に、外光検出ユニット４０が保持される。案内リブ６２は、光遮蔽部５６に位置する基端６２ｄと、先端６２ｃと、を有している。この先端６２ｃは、外光検出ユニット４０を上側ケース体５１に組み立てる際に上側ケース体５１を反転して置いた場合に、最も高くなる角部をいう。

案内リブ６２は、前方側の側面６２ｂにおいて、先端６２ｃから基端６２ｄにわたり保持部６０に近づく方向に傾斜した傾斜面６２ｅを有している。傾斜面６２ｅは、先端６２ｃから所定位置まで第１の傾斜を有し、所定位置から基端６２ｄまで第１の傾斜より大きい第２の傾斜を有している。すなわち、傾斜面６２ｅは、先端６２ｃから所定位置までは水平方向（重力方向の直交方向）に対して緩やかに傾斜しており、所定位置から基端６２ｄまでは水平方向に対して急激に傾斜している。換言すれば、第１の傾斜と第２の傾斜における「傾斜が大きい」とは、保持部６０に向かう方向の増加量に対する基端６０ａに向かう方向の増加量の比率が大きいことを指す。傾斜の大きさの切り替り地点となる所定位置は、外光検出ユニット４０の前後方向（Ｘ方向の大きさ）の大きさ、重心位置や、後述する組み立て時（位置決め時）の作業性によって適宜設定される。また、傾斜の大きさの切り替わりは、曲線的に滑らかに形成されている。

また、案内リブ６２は、傾斜面６２ｅ内で外光検出ユニット４０の背面を支持する支持部６２ｆ（図６）を有する。支持部６２ｆは、保持部６０とともに外光検出ユニット４０を支持する箇所であり、案内リブ６２に支持部６２ｆが設けられていることで、外光検出ユニット４０は４点で組み立て時（ネジ止め前）の位置決めがなされる。支持部６２ｆに支持される外光検出ユニット４０の背面は、具体的には回路基板４３の上端縁４３ｂ（＋Ｚ方向の縁、図６）である。上端縁４３ｂは、支持部６２ｆにおいて線接触している。

ネジ孔６６（図５）は、上側ケース体５１の光遮蔽部５６から下方（−Ｚ方向）に突き出すように一体に形成されている。ネジ孔６６は、素子ホルダ４２の切欠４４ｄの位置に対応して設けられている。

また、上側ケース体５１の光遮蔽部５６は、図７に示すように、光センサ４１の光軸（Ｘ方向）に合わせて、包囲部４５の開口を介して外光を光センサ４１へ導くための、貫通した貫通孔５７を有している。貫通孔５７は、光遮蔽部５６から上側ケース体５１の内側（後方）に向って伸びた筒状壁５７ａを有している。筒状壁５７ａの後方端部５７ｂは、素子ホルダ４２の包囲部４５の前方端部４５ａと、下方（−Ｚ方向）において可能な限り近接している。これにより、貫通孔５７および包囲部４５は、所要の外光を光センサ４１へ導くと同時に、光源２３の光が貫通孔５７から漏れ出てしまい虚像Ｖに影響を与えないよう、光源２３の光を遮光する。これにより、光センサ４１は、透光性カバー５５を透過し、且つ、光遮蔽部５６に設けられた貫通孔５７、およびこの貫通孔５７に連通するように設けられている包囲部４５を通過した外光を検出し、高精度の照度データを制御手段７０に出力することができる。

次に、外光検出ユニット４０を上側ケース体５１へ固定する際の手順について説明する。

外光検出ユニット４０の回路基板４３の上端縁４３ｂを、一対の案内リブ６２の傾斜面６２ｅに当て、外光検出ユニット４０を傾斜面６２ｅの傾斜に沿って滑らせる。傾斜面６２ｅの傾斜の違いから、外光検出ユニット４０は、先端６２ｃから所定位置までは緩やかに滑り、所定位置から支持部６２ｆまでは急激に滑る。外光検出ユニット４０は、支持部６２ｆまで滑ると同時に、上端縁４３ｂに対する前方側に位置する突起４４ｃが保持部６０のＶ字形状に案内されて、受け部６０ｃに収まる。同時に、素子ホルダ４２の包囲部４５の中心軸（Ｘ方向）は、貫通孔５７の中心軸と一致するように位置合わせされている。

これにより、外光検出ユニット４０は、一対の保持部６０および一対の支持部６２ｆの４点で、ネジ止めのための位置決めがなされる。この後、ネジ６７のネジ部が素子ホルダ４２の水平部４４ａの切欠４４ｄに貫通し、上側ケース体５１のネジ孔６６に締められる。以上で、外光検出ユニット４０は、上側ケース体５１に固定される。

以上、実施形態とともに、具体的に説明したように、ヘッドアップディスプレイ装置によれば、外光検出ユニット４０のケース５０への位置決めを容易にすることができる。ヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、外光検出ユニット４０が適切な位置に嵌まっていない（位置決めされていない）にもかかわらず、嵌まっていると認識してしまう、作業者の誤組付を防止することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、図８に示すように、案内リブ６２の先端６２ｃを、上側ケース体５１の壁面と連続させてもよい。これにより、位置決め時に、外光検出ユニット４０が案内リブ６２の後方に滑り落ちることを防止することができ、より容易に位置決めすることができる。

１０ 車両
１１ インストルメントパネル
１２ 表示装置
１３ フロントガラス
１４ 運転者（視認者）
２０ 発光型表示器
２１ 液晶表示素子
２２ レンズ
２３ 光源
２４ 配線基板
２５ 筐体
３０ 反射器
３１ 凹面鏡
３２ ミラーホルダ
４０ 外光検出ユニット
４１ 光センサ
４２ 素子ホルダ
４３ 回路基板
４３ａ 段部
４３ｂ 上端縁
４４ 本体部
４４ａ 水平部
４４ｂ 垂直部
４４ｃ 突起
４４ｄ 切欠
４５ 包囲部
４５ａ 前方端部
４６ 保持部
４７ 基板フック
４７ａ 爪部
５０ ケース
５１ 上側ケース体
５１ａ 上面部
５２ 下側ケース体
５３ 内部空間
５４ 開口窓部
５５ 透光性カバー
５５ａ 遮蔽層
５６ 光遮蔽部
５７ 貫通孔
５７ａ 筒状壁
５７ｂ 後方端部
６０ 保持部
６０ａ 基端
６０ｂ 先端
６０ｃ 受け部
６２ 案内リブ
６２ａ 面
６２ｂ 側面
６２ｃ 先端
６２ｄ 基端
６２ｅ 傾斜面
６２ｆ 支持部
６６ ネジ孔
６７ ネジ
７０ 制御手段
７１ ＣＰＵ
７２ ＲＡＭ
７３ ＲＯＭ
７４ 液晶駆動回路
７５ 光源駆動回路
７６ 車速センサ
Ｌ 表示光
Ｖ 虚像
Ｘ 前後方向
Ｙ 左右方向
Ｚ 上下方向

Claims (2)

1. 視認者に虚像による表示を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   外光の照度を検出する外光検出ユニットと、
   前記外光検出ユニットが内部空間に収容され外部から外光が前記外光検出ユニットへ導かれる貫通孔が形成されるケースと、を備え、
   前記外光検出ユニットは、
   前記貫通孔側の面である前面と、
   前記前面と対向する面である背面と、
   前記前面側に設けられた一対の突起と、を有し、
   前記ケースは、
   前記突起を受けて保持する一対の保持部と、
   先端と、基端と、前記先端から前記基端にわたり前記保持部に近づく方向に傾斜した傾斜面と、前記傾斜面内で前記背面を支持する支持部と、を有する案内リブと、を有する、ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記傾斜面は、前記先端から所定位置まで第１の傾斜を有し、前記所定位置から前記基端まで前記第１の傾斜より大きい第２の傾斜を有する、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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