JP2023073536A - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 表示器を遮るように配置された物体を検出可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供する。【解決手段】 光を発する光源１４と、前記光により表示光２を生成する表示部１７と、前記光又は前記表示光２を屈折させる屈折部１５と、を有し、前記表示光２を反射部３で反射させ、視認者４に虚像Ｖ１，Ｖ２として表示を行うヘッドアップディスプレイ装置１において、前記表示部１７の表示面１７ａ側に配置される中空の筒状部５１と、前記筒状部５１に配置され、前記表示光２の屈折される方向とは反対方向に屈折される光２ａを検出する光検出部６と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来のヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、特許文献１に開示されるように、車両のフロントガラス（風防）の位置付近のインストルメントパネルの上面を下方に凹ませて設けられた凹部に表示器を配置し、この表示器からの表示光をフロントガラスの周縁を覆う着色部分に反射させ、運転者（ドライバ）に虚像で表示を行う。

特開２００８－３０８０９０号公報

しかしながら、凹部に物体が落ちた場合、表示光を遮り虚像が表示できないといった問題点があった。更に、運転者が気付き難いといった問題点もあった。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、表示器を遮るように配置された物体を検出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。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置１は、光を発する光源１４と、前記光により表示光２を生成する表示部１７と、前記光又は前記表示光２を屈折させる屈折部１５と、を有し、前記表示光２を反射部３で反射させ、視認者４に虚像Ｖ１，Ｖ２として表示を行うヘッドアップディスプレイ装置１において、前記表示部１７の表示面１７ａ側に配置される中空の筒状部５１と、前記筒状部５１に配置され、前記表示光２の屈折される方向とは反対方向に屈折される光２ａを検出する光検出部６と、を備えることを特徴とする。

本開示の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置が車両に搭載された状態を示す概略図。 同上のヘッドアップディスプレイ装置の要部の断面図。 同上のヘッドアップディスプレイ装置の運転者の視認する虚像の例を示す図。 同上のヘッドアップディスプレイ装置の凹部に物体が入った場合を説明する図。 本開示の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の運転者の視認する虚像の例を示す図。 本開示の第３の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の運転者の視認する虚像の例を示す図。 本開示の第４の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の要部の断面図。

本開示のヘッドアップディスプレイ装置の実施形態を添付図面１乃至７に基づいて説明する。本開示のヘッドアップディスプレイ装置は、例えば自動車や二輪車等の車両や、船舶、農業機械、建設機械に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置に適用することができる。本実施形態においては、ヘッドアップディスプレイ装置が搭載先としての自動車のインストルメントパネル内に配置される例を用いて説明する。

以下の説明において、「前」、「後」、「上」、「下」、「右」及び「左」は、図１乃至３における定義「Ｆｒ．」、「Ｒｅ．」、「Ｔｏ．」、「Ｂｏ．」、「Ｒ」、及び「Ｌ」に従う。

（第１の実施形態）
ヘッドアップディスプレイ装置１は、所謂ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Ｈｅａｄ Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）であり、投影部材である車両のフロントガラス（反射部）３に搭載先のインストルメントパネル５内に配置されたヘッドアップディスプレイ装置１の画像を表す表示光２を投影し、自動車の運転席に着座した運転者（視認者）４方向に反射させる。ヘッドアップディスプレイ装置１は、特に、フロントガラス３の周囲に形成される遮光部３ａに表示光２を投影、反射し、虚像Ｖ１として表示し運転者４に視認させる。

遮光部３ａは、フロントガラス３の周縁に形成される黒セラミックス等からなる黒色等の遮光色からなる不透光性の部分である。遮光部３ａは、フロントガラス３を車両に固定する接着剤の太陽光による劣化の防止や、接着剤の隠蔽、意匠性の向上等を目的に形成される。

図２に示すようにヘッドアップディスプレイ装置１は、上ケース（ケース体）１１と、下ケース（ケース体）１２と、回路基板１３と、光源１４と、プリズム１５と、光学部材１６と、表示器（表示部）１７と、を少なくとも有する。

上ケース１１は、黒色の遮光性の例えばＡＢＳ（アクリロニトリル ブタジエン スチレン）等の合成樹脂材料からなり、下方が開口した略箱状に形成される。上ケース１１は、表示器１７と対向する箇所に透光部１１ａが形成される。透光部１１ａは、透過性の例えばＰＭＭＡ（アクリル）等の合成樹脂材料からなる。

下ケース１２は、黒色の遮光性の例えばＡＢＳ等の合成樹脂材料からなり、上方が開口した略箱状に形成される。下ケース１２は、上ケース１１と嵌合し箱状の筐体を形成し、回路基板１３，光源１４，プリズム（屈折部）１５，光学部材１６，表示器１７を内部に収容する。

回路基板１３は、平板状のガラスエポキシ系基材等の硬質プリント基板からなる。回路基板１３は、光源１４，制御チップ，抵抗，コンデンサ等の各種回路部品を実装し、各種回路部品を配線パターンにより接続して回路を構成する。回路基板１３は、ハーネス等の配線部材によって車両の制御部（例えば、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））と電気的に接続されている。

光源１４は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）からなり、回路基板１３の上面に複数個が実装される。光源１４は、制御チップから供給される制御信号に基づいて、発光回路（図示せず）により光を発する。光源１４は、プリズム１５に向かって光を発する。

プリズム１５は、光学部材１６の光源１４側に配置され、基材１５ａと、屈折部１５ｂと、からなる。基材１５ａは、透光性の平板形状の例えばＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂シートからなる。屈折部１５ｂは、基材１５ａの光源１４側に透光性の透明樹脂がポッティングなどにより凹凸形状に形成されたものからなる。屈折部１５ｂは、図２に示すように、光源１４側が細くなる三角形の連続した形状（ノコギリ歯状）の断面に形成され、三角形は非対称形状により光学的な異方性を持つ。屈折部１５ｂは、この異方性により光源１４からの光を屈折させ、この光を所定の角度で表示器１７側へ照射する。表示器１７を透過した光は、フロントガラス３の方へ照射される。

プリズム１５は、ヘッドアップディスプレイ装置１から出射される表示光２の出射方向に応じて設計される。プリズム１５は、表示光２がフロントガラス３の遮光部３ａで反射して運転者４が視認する際に、最適な角度（高輝度に見える反射角度）となるように、屈折部１５ｂの形状や光学特性等が決定される。ここでは、表示光２は、表示器１７の表示面１７ａの法線方向に対し略２０度傾いた角度で出射されるように決定される。

光学部材１６は、表示器１７とプリズム１５の間に配置され、プリズム１５から発せられた照明光を拡散させる。光学部材１６は、表示器１７側に２枚設けられる表面に筋状の凹凸のあるプリズムシートと、その背後に１枚設けられる表面に粒々状の凹凸のある拡散シートと、の計３枚が設けられる。プリズムシートは、表面に凹凸のあるＢＥＦ（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）等の光学フィルムである。光学部材１６としての枚数や順序、種類としては、適宜設定して配置するようにしてもよい。

プリズム１５は、凹凸形状に形成されるため、形状に応じた暗線（視認した際に見える黒い筋状の線）を生じる。光学部材１６は、光を拡散することができるので、この暗線を目立つことが無いようにすることができる。

表示器１７は、長方形の上下２枚のガラス基材で液晶材料を挟み込み封入し、その表裏に偏光板を貼り合わせたセグメント状の画素を有するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ：ねじれネマティック）型のネガ（表示文字が、点灯時に透光性、消灯時は遮光性になるモード。背景は点灯時及び消灯時も遮光性）型のセグメントタイプのＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶パネル）からなる。表示器１７は、画像としてセグメントで形成される意匠部１７ｂを表示する。意匠部１７ｂは、車両速度意匠と、ギアポジショニング意匠と、残燃料意匠と、インジケータ意匠と、等の車両情報を有する。

車両速度意匠は、単位と複数のセグメントの意匠により自動車の速度値を表示する。ギアポジショニング意匠は、ＰとＲとＮとＤの意匠によりギアポジションを表示する。残燃料意匠は、ＦとＥと複数の矩形の目盛りの意匠とにより燃料残量を表示する。インジケータ意匠は、ターン等の様々な意匠からなる作動灯や警告灯を表示する。

表示器１７は、制御チップから供給される制御信号に基づいて、意匠部１７ｂを切り替える。表示器１７は、光源１４の発する光が意匠部１７ｂを透過することにより表示光２を生成する。表示光２により形成される虚像Ｖ１は、車両速度意匠，ギアポジショニング意匠，残燃料意匠，インジケータ意匠に対応する車両速度表示Ｖ１１，ギアポジショニング表示Ｖ１２，残燃料表示Ｖ１３，インジケータ表示Ｖ１４を有する表示する。ここで、車両速度表示Ｖ１１や残燃料表示Ｖ１３は、ギアポジショニング表示Ｖ１２やインジケータ表示Ｖ１４に比べて重要度の高い重要画像である。

インストルメントパネル５は、下方に凹んだ凹部（筒状部）５１を有する。凹部５１は、表示器１７に対応するように左右方向に長い中空の長方形断面の筒状に形成された凹みであり、前壁５１ａと、後壁５１ｂと、側壁５１ｃと、底孔５１ｄと、からなる。前壁５１ａは、フロントガラス３側の立壁であり、フロントガラス３に連なるように形成される。後壁５１ｂは、前壁５１ａと対向する、運転者４側の立壁である。側壁５１ｃは、前壁５１ａと後壁５１ｂとを繋ぐ立壁である。底孔５１ｄは、下方の底部に開いた矩形の孔である。

表示器１７は、表示面１７ａ側が底孔５１ｄに対向するように、凹部５１の下方に配置される。このように形成され、表示光２は、凹部５１を通過し、フロントガラス３の遮光部３ａに反射し、虚像Ｖ１として運転者４に視認される。

しかしながら、図４に示すように、例えば、ヘッドアップディスプレイ装置１は、物体Ｂがこの凹部５１に落下して表示光２を遮り、車両速度表示Ｖ１１等の表示が欠けると、運転者４に車両の速度を正しく表示できなくなるといった問題点があった。また、運転者４は、物体Ｂが小さい時は、虚像Ｖ１の表示の欠けも小さくなることから、凹部５１への物体Ｂの落下に気付けないといった問題点があった。また、凹部５１は、インストルメントパネル５の運転者４からは奥まったフロントガラス３側に配置されていると共に、狭い開口なので、運転者４は物体Ｂを取ることが難しい。よって、運転者４は、自動車修理工場に行かなければならないので、凹部５１への物体Ｂの落下を早期に発見する必要があるといった問題点があった。

そこで、本開示は上記の問題点に対処するものであり、図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１は、前壁孔（孔部）５１ｅと、光検出器（光検出部）６と、を有する。

前壁孔５１ｅは、凹部５１の前壁５１ａに筒状に開いた孔である。前壁孔５１ｅは、図３に示すように、５個の孔が左右方向に並んで配置される。前壁孔５１ｅは、漏れ光２ａを通過させる。

漏れ光２ａは、表示光２が屈折される方向とは反対方向の前壁孔５１ｅの方へ屈折される光である。具体的には、表示光２が表示器１７の表示面１７ａの法線方向に対し略２０度の方向に屈折されるとすると、漏れ光２ａは、表示器１７の表示面１７ａの法線方向に対し略マイナス２０度の方向に屈折される光である。つまり、屈折部１５ｂは、光源１４からの光を、フロントガラス３の方へ屈折させ表示光２となる光と、前壁孔５１ｅの方へ屈折させ漏れ光２ａとなる光と、に分ける。漏れ光２ａは、光源１４からの光の略１０％程度の光であって、ヘッドアップディスプレイ装置の表示には使用しない不要光である。

光検出器６は、センサ基板６１と、光センサ６２と、からなる。センサ基板６１は、回路基板１３同様の硬質プリント基板からなり、５個の光センサ６２を実装する。光検出器６は、前壁５１ａの外側（凹部５１の内側（表示光２の通過する側）とは反対側）に配置及び固定される。センサ基板６１は、ハーネス等によって車両の制御部と電気的に接続されている。

光センサ６２は、例えば、フォトダイオードを適用することができ、５個の前壁孔５１ｅそれぞれに配置される。光検出器６は、前壁孔５１ｅを通過した漏れ光２ａの照度を検出して照度データを車両の制御部に出力する。

光検出器６は、光源１４の点灯、及び、表示器１７の駆動と同時に駆動する。光検出器６は、図２に示すように、表示器１７が駆動している間に閾値以上の光（漏れ光２ａ）を検出すると正常と判断し、特定の処理を行わない。図４に示すように、凹部５１に物体Ｂが落下すると、光検出器６は、表示器１７が駆動している間に検知する光（漏れ光２ａ）が物体Ｂ等に遮られて閾値以下にある状態を所定の時間継続して検知し異常と判断し、運転者４に音や表示による警告を実行する処理を行う。

警告は、ヘッドアップディスプレイ装置１以外の、例えば、メータ７などの表示装置に「ヘッドアップディスプレイ部に異物混入の可能性が有ります。ディーラーに連絡してください。」等を表示したり、メータ７に装備されるスピーカーで同様の内容の音声を発したりすることで行われる。

尚、ヘッドアップディスプレイ装置１は、この光検出器６の駆動を常時行うものではなく、省電力のために特定の期間だけ行うものであってもよい。例えば、車両の電源が入れられて（ＡＣＣ（アクセサリー）のＯＮ時又は、ＩＧＮ（イグニッション）のＯＮ時）から１時間だけ行うものであってもよい。

このように形成されることにより、ヘッドアップディスプレイ装置１は、凹部５１に物体Ｂが落ちて表示光２を遮り虚像Ｖ１が表示できないといった場合に、光検出器６により異常を素早く運転者４に報知することができる。

(第２の実施形態)
本開示に係る表示装置の第２の実施形態を図５に基づいて説明する。前述した第１の実施形態と同一部分、均等部箇所については同一符号を付して説明する。

表示器１７は固定された意匠部１７ｂを有するセグメントタイプのＬＣＤであったが、本実施形態では、表示器１７は、同箇所に種々の意匠を表示するフルカラーのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型のＬＣＤからなる。表示器１７は、少なくとも第１の実施形態と同様の種類の意匠を表示する。また、表示器１７は、車両の電源が入れられると虚像Ｖ２に検査用表示Ｖ２１を表示する。検査用表示Ｖ２１は、矩形の単色に発光する画像である。

このように形成されることにより、運転者４は、凹部５１に物体Ｂが落ちて表示光２を遮ると、一部が欠けた検査用表示Ｖ２１を視認することになるので、凹部５１への物体Ｂの悪化を察知することができる。また、ヘッドアップディスプレイ装置１は、運転者４が検査用表示Ｖ２１の異常に気付かなかった場合でも、光検出器６により異常を素早く運転者４に報知することができる。

(第３の実施形態)
本開示に係る表示装置の第２の実施形態を図６に基づいて説明する。前述した第２の実施形態と同一部分、均等部箇所については同一符号を付して説明する。

前壁孔５１ｅは５個であったが、本実施形態では、前壁孔５１ｅは、重要画像の車両速度表示Ｖ２２と残燃料表示Ｖ２３に対応する箇所の２箇所のみ形成され、光センサ６２はこの位置にのみ配置される。このように形成されることにより、ヘッドアップディスプレイ装置１は、光センサ６２の個数の削減などにより、光検出器６のコストを低減することができる。

(第４の実施形態)
本開示に係る表示装置の第４の実施形態を図７に基づいて説明する。前述した第３の実施形態と同一部分、均等部箇所については同一符号を付して説明する。

プリズム１５は光学部材１６の光源１４側に配置されていたが、本実施形態では、透光部１１ａと表示器１７の間に配置される。屈折部１５ｂは、表示器１７を透過した光を屈折させ、この光をフロントガラス３の方へ照射する。このように形成されることで、プリズム１５は、第１の実施形態と同様に、表示光２を運転者４が視認する際に最適な角度となるようにフロントガラス３の方へ照射することができる。

本実施形態では、上ケース１１は、前壁５１ａの方へ延びた延出部１１ｂを有する。前壁孔５１ｅは前壁５１ａに形成されていたが、本実施形態では、延出部１１ｂに筒状に開いた孔である延出部孔（孔部）１１ｅとなる。延出部孔１１ｅは、漏れ光２ａを通過させる。光センサ６２は、延出部孔１１ｅのそれぞれに配置される。光検出器６は前壁５１ａの外側に固定されていたが、本実施形態では、延出部１１ｂと固定部材１８との間に挟持固定され、延出部１１ｂの外側に配置される。

センサ基板６１は車両の制御部と電気的に接続されていたが、本実施形態では、センサ基板６１は、ハーネス等によってヘッドアップディスプレイ装置１の回路基板１３の制御部と電気的に接続されている。つまり、光検出器６は、ヘッドアップディスプレイ装置１と一体に形成される。

延出部孔１１ｅは、透光性の合成樹脂（例えばアクリルなど）を成形した導光部材６３を有し、漏れ光２ａを集光して光センサ６２へ導く。このように形成されることで、ヘッドアップディスプレイ装置１は、より漏れ光２ａの検出精度を向上させることができる。

（変形例）
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共に、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、ヘッドアップディスプレイ装置１が、表示光２をフロントガラス３の遮光部３ａに投影するヘッドアップディスプレイ装置１の例を説明したが、フロントガラス３の透明箇所に投影し、運転者４に実像、虚像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置であってもよい。また、フロントガラス３の運転者４側に設けられた例えば、透明又は、不透明な反射部（所謂コンバイナ）に投影するものであってもよい。

プリズム１５は、光学部材１６の光源１４側や、透光部１１ａと表示器１７の間に配置されていたが、表示器１７と光学部材１６の間に配置されてもよい。プリズム１５は、透光性の合成樹脂を成形した所謂導光体であってもよい。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
１１ 上ケース（ケース体）
１１ａ 透光部
１１ｂ 延出部
１１ｅ 延出部孔（孔部）
１２ 下ケース（ケース体）
１３ 回路基板
１４ 光源
１５ プリズム
１５ａ 基材
１５ｂ 屈折部
１６ 光学部材
１７ 表示器（表示部）
１７ａ 表示面
１７ｂ 意匠部
１８ 固定部材
２ 表示光
２ａ 漏れ光
３ フロントガラス（反射部）
３ａ 遮光部
４ 運転者（視認者）
５ インストルメントパネル
５１ 凹部
５１ａ 前壁
５１ｂ 後壁
５１ｃ 側壁
５１ｄ 底孔
５１ｅ 前壁孔（孔部）
６ 光検出器（光検出部）
６１ センサ基板
６２ 光センサ
６３ 導光部材
７ メータ
Ｂ 物体
Ｖ１ 虚像
Ｖ１１ 車両速度表示
Ｖ１２ ギアポジショニング表示
Ｖ１３ 残燃料表示
Ｖ１４ インジケータ表示
Ｖ２ 虚像
Ｖ２１ 検査用表示
Ｖ２２ 車両速度表示
Ｖ２３ 残燃料表示

Claims (8)

1. 光を発する光源と、
   前記光により表示光を生成する表示部と、
   前記光又は前記表示光を屈折させる屈折部と、を有し、
   前記表示光を反射部で反射させ、視認者に虚像として表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記表示部の表示面側に配置される中空の筒状部と、
   前記筒状部に配置され、前記表示光の屈折される方向とは反対方向に屈折される光を検出する光検出部と、
   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. 前記反射部は、車両のフロントガラスであり、
   前記筒状部は、前記車両のインストルメントパネルに形成される凹部であり、
   前記表示光は、前記フロントガラスの周縁に形成される遮光部に投影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。
3. 前記屈折部は、前記表示部と前記光源の間に配置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. 前記屈折部の前方に光学部材が配置されることを特徴とする請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記光検出部は、前記筒状部の前記反射部側に配置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。
6. 前記表示部は、重要度の高い重要画像を有し、
   前記光検出部は、前記重要画像に対応する箇所に配置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。
7. 前記表示部は、検査用表示を表示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。
8. 前記光検出部は、前記表示部を収容するケース体に配置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。

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