JP5556019B2

JP5556019B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP5556019B2
Application number: JP2009014859A
Authority: JP
Inventors: 大輔佃; 政利東
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2009-01-27
Filing date: 2009-01-27
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-01-27
Also published as: JP2010175574A

Description

本発明は、表示器（表示素子）が発した表示光を車両のフロントガラス等の投影部材に投影し、観察者に虚像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

従来より、この種のヘッドアップディスプレイ装置にあっては、例えば下記特許文献１に記載のごとく、車両のインストルメントパネル（以下、インパネと言う）内部に配設された表示装置が投射する表示光を投影部材である車両のフロントガラスによって運転者（観察者）の方向に反射させ、表示像（虚像）を運転者に視認させるものが知られている。

特開２００３−３４４８０１号公報

図４は、前述した表示装置の一例を示している。かかる表示装置１は、図４に示すように表示器２と、コールドミラー３と、凹面鏡（反射部材）４と、表示器２とコールドミラー３と凹面鏡４とを収容するハウジング５とを備えてなる。

表示器２は、配線基板２ａに実装されたバックライト（光源）２ｂ並びに液晶表示素子（表示素子）２ｃを有しており、光源２ｂの発光に伴い液晶表示素子２ｃからは車速等の表示光Ｌ１が発せられる。この表示光Ｌ１は、コールドミラー３、凹面鏡４を通じて前記フロントガラスへと投射（投影）される。なお、凹面鏡４の配設位置の上方となるハウジング５箇所には、凹面鏡４によって反射された表示光Ｌ１を通過（透過）させるための透光部５ａが形成されている。

このような構成によれば、表示装置１は、表示光Ｌ１を発する液晶表示素子２ｃと、表示光Ｌ１を反射させるコールドミラー３（凹面鏡４）と、表示器２とコールドミラー３と凹面鏡４とを収容するとともに表示光Ｌ１を透過させる湾曲形状の透光部５ａを有するハウジング５とを備えている。そして、凹面鏡４によって反射された表示光Ｌ１をハウジング５に形成された透光部５ａを通じて前記フロントガラスに投影することで、前記運転者に対し虚像表示（例えば車速表示像の表示）が行われる構成となっている。

なお、この場合、ハウジング５内部には、表示器２やコールドミラー３、凹面鏡４以外に、液晶表示素子２ｃを駆動するための素子駆動回路（図示せず）を有する回路基板６や、回路基板６を覆い隠すための合成樹脂からなる覆い部材７が配設されている。

回路基板６は、表示器２に隣接するように図４中、表示器２の左方に位置し、また回路基板６を覆う覆い部材７は、コールドミラー３から凹面鏡４へと至る表示光Ｌ１の光路を妨げないように、コールドミラー３と表示器２（回路基板６）との間に位置し、また表示器２の配設位置に対応する覆い部材７箇所には、表示器２から発せられる表示光Ｌ１を通過させる開口部７ａが形成されてなる。

ところで、上述したヘッドアップディスプレイ装置の場合、液晶表示素子２ｃ（つまり液晶表示素子２ｃの図示しない表示エリア）から表示光Ｌ１が発せられた際に、前記表示エリア周縁からの表示光Ｌ１の一部が、開口部７ａを通過せずに図４中、点線部分で示す光路Ｍ１を経て迷光となり透光部５ａに到達することがあった。

具体的には、表示光Ｌ１の一部にて形成される光路Ｍ１は、図４に示すように、開口部７ａの周囲となる覆い部材７の背面箇所である第１の所定箇所Ｐ１、凹面鏡４の背後となるハウジング５底壁部における第２の所定箇所Ｐ２、並びに凹面鏡４と覆い部材７との間に形成された間隙Ｐ３を経て、透光部５ａに到達することがあった。

そして、この光路Ｍ１により透光部５ａに到達する表示光Ｌ１の一部が、透光部５ａから出射され前記フロントガラスに映し出されることで、運転者は、本来表示されるべき表示像である正規の表示像（例えば前記車速表示像）の他に、前記迷光の発生により本来、表示されるべきでなない不要な像（例えば前記車速表示像を包囲するようなぼんやりとした枠状の像）を視認することになる。つまり、前記迷光による表示像は、運転者にとって本来表示されるべきではない不要な像であり、かかる不要な像が発生することで表示像の表示品質が低下してしまうという問題点があり、この点で更なる改良の余地が残されていた。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、不要な像の発生を抑制し、表示品質を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置の提供を目的とするものである。

本発明は、表示光を発する表示素子と、前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示素子並びに前記反射部材を収容するハウジングとを備え、前記反射部材によって反射された前記表示光を前記ハウジングに形成された透光部を通じて投影部材に投影して観察者に対し虚像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、前記表示素子を駆動する駆動手段を有する回路基板と、前記回路基板を覆う覆い部材とを備え、前記覆い部材には、前記表示素子から前記反射部材へと至る前記表示光を通過させる開口部と、前記開口部を通過しない前記表示光の一部が所定の光路を経て前記透光部に到達するのを防ぐ遮光部とが形成されてなり、前記遮光部は、前記表示素子側に向けて突出した状態で前記開口部の周囲に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、初期の目的を達成でき、不要な像の発生を抑制し、表示品質を向上させることが可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。

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断面図。同実施形態による表示装置の電気的構成を示すブロック図。従来技術による表示装置の断面図。

以下、図１から図３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。

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のインパネ１１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（観察者）１４の方向に反射させ、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の後述する液晶表示器から発せられる表示光Ｌをフロントガラス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表示像（虚像）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、虚像Ｖを風景と重畳させて観察することができる。

表示装置１２は、図２に示すように液晶表示器２０と、第１反射器３０と、第２反射器４０と、回路基板５０と、覆い部材６０と、ハウジング７０とから主に構成されている。

液晶表示器２０は、配線基板２１に実装された発光ダイオードからなる光源２２と、この光源２２からの照明光を透過して表示光Ｌを形成するように光源２２の前方側（真上）に位置するＴＦＴ型の液晶表示素子（表示素子）２３とから主に構成される。このことは、液晶表示素子２３の背後（直下）に光源２２が配設され、液晶表示素子２３は、光源２２から発せられる光により、所定情報（後述する表示すべき情報）を表示することを意味している。

このように構成された液晶表示器２０は、表示光Ｌの出射側の面が第１反射器３０の後述するコールドミラーに対向するようにしてハウジング５０内に設けられ、表示光Ｌの光軸が前記コールドミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。

また液晶表示素子２３は、後述する素子駆動回路によって表示すべき情報（例えば車速）を、数値等で発光表示する。液晶表示器２０は、可視波長域の光からなる表示光Ｌを出力するもので、例えば赤色光（主に発光波長域６１０〜６４０ｎｍ）を発する光源２２を適用することができる。なお、前記表示すべき情報は、車速に限らず、エンジン回転数等のあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。

第１反射器３０は、コールドミラー３１と、このコールドミラー３１を所定の取付手段を用いて取付固定するための取付部材３２とを有している。

コールドミラー３１は、略矩形状のガラス基板３１ａと、このガラス基板３１ａの片面（第２反射器４０の後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された第１の反射層３１ｂとからなり、かかる第１の反射層３１ｂは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。

またコールドミラー３１は、液晶表示器２０（液晶表示素子２３）から発せられ、覆い部材６０の後述する開口部を通過してなる表示光Ｌを、第２反射器４０（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて配設される。

なお、コールドミラー３１は、液晶表示器２０の発光波長域を含む可視波長域（４５０〜７５０ｎｍ）の光を高い反射率（例えば８０％以上）で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものである。この場合、コールドミラー３１は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光（赤外線あるいは太陽光の熱線）を低い反射率（例えば１５％以下）にて反射するものが適用される。なお、第１の反射層３１ｂにて反射されない光は、コールドミラー３１を透過するように構成される。また、取付部材３２は、例えば黒色の合成樹脂材料からなり、ハウジング７０に固定されてなる。

第２反射器４０は、コールドミラー３１（つまり液晶表示素子２３）からの表示光Ｌを反射させる凹面鏡（反射部材）４１と、この凹面鏡４１を保持するミラーホルダ４２とを備えてなる。

凹面鏡４１は、凹面を有するポリカーボネートからなる樹脂基板に第２の反射層４１ａを蒸着形成してなるものである。かかる凹面鏡４１は、その第２の反射層４１ａがコールドミラー３１並びにハウジング７０に設けられた後述する透光部に対向し、前記透光部から臨める位置に傾斜状態にて配設される。

また凹面鏡４１は、コールドミラー３１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光部（車両１０のフロントガラス１３）側へ反射（投射）させるものである。このことは、凹面鏡４１が、コールドミラー３１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光部を通じてフロントガラス１３に投射することを意味している。なお、凹面鏡４１は、ミラーホルダ４２に両面粘着テープにより接着されている。ミラーホルダ４２は、合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂）からなるものであり、ハウジング７０に固定されてなる。

回路基板５０は、例えば所定の配線パターンが施された硬質回路基板からなり、適宜固定手段によりハウジング７０内に固定されてなる。かかる回路基板５０には、後述するフレキシブル配線板の一端側が装着されるコネクタ５１、液晶表示素子２３を駆動する後述する素子駆動回路、光源２２を発光制御する後述する光源駆動回路、後述する制御手段等が搭載されてなる。

なお、図２中、Ｆはフレキシブル配線板であり、かかるフレキシブル配線板Ｆは、液晶表示素子２３と回路基板５０との電気的な接続を行うためのものであり、電源ライン、信号ライン、グランドラインからなる信号伝送ライン（図示せず）を備えてなる。

かかるフレキシブル配線板Ｆにおいて、回路基板５０側となるフレキシブル配線板Ｆの一端側は、コネクタ５１の内部に装着され、これによりフレキシブル配線板Ｆの一端側に位置する信号伝送ラインがコネクタ５１内部に設けられる複数の電極端子（図示せず）と各々導通接続される構成となっている。ここで、前記電極端子は、コネクタ５１に備えられる樹脂製の外装ケースで保護された構成であるものとする。

覆い部材６０は、例えば黒色の合成樹脂材料からなり、回路基板５０等を覆うように回路基板５０（液晶表示器２０）の上方側に位置してなり、回路基板５０と同様に、適宜固定手段によりハウジング７０に固定されてなる。

かかる覆い部材６０は、コールドミラー３１から凹面鏡４１に至る表示光Ｌの光路を妨げないようにコールドミラー３１と回路基板５０（液晶表示素子２３）との間に位置してなる略平板状の基部６１を備えてなる。そして、液晶表示素子２３の配設位置に対応する基部６１箇所には、液晶表示素子２３（液晶表示素子２３の図示しない表示エリア）から発せられ、液晶表示素子２３からコールドミラー３１（凹面鏡４１）へと至る表示光Ｌを通過させる略矩形状の開口窓からなる開口部６２が形成されてなる。

また、６３は、開口部６２を取り巻くように基部６１背面から下方に向けて垂下形成（突出形成）された略枠状の突出壁部からなる遮光部である。この開口部６２の周囲に設けられた突出壁部である遮光部６３は、液晶表示素子２３（前記表示エリア）から表示光Ｌが発せられた際に、開口部６２を通過せずに液晶表示素子２３の周囲へと漏れ出ようとする（別の言い方をすれば前記表示エリア周縁から発せられ、開口部６２を通過せずに開口部６２の周囲となる基部６１の背面箇所に至る）表示光Ｌの一部Ｘ１が、所定の光路（例えば従来技術として図４中、点線部分で示した光路Ｍ１）を経て前記透光部に到達するのを防ぐために形成されてなる。

従って、前記表示エリア周縁から発せられ、開口部６２を通過しない表示光Ｌの一部Ｘ１は、遮光部６３によって遮られる構成となり、かかる構成によれば、前記透光部を通過（透過）する表示光Ｌは、コールドミラー３１並びに凹面鏡４１を通じて反射されたものだけとなるため、従来のように前記表示エリア周縁から発せられる表示光の一部が、図４中、点線部分で示した光路Ｍ１を経て迷光となって透光部に到達することにより生じていた不要な像の発生が防止され、これにより運転者１４が視認する虚像Ｖの表示品質を向上させることが可能となる。

なお、前記透光部側となる基部６１表面には、太陽光による外光反射を低減するため、黒色塗装を施すことが望ましい。また、詳細図示は省略するが、必要に応じて、開口部６２側となる遮光部６３の内壁面に表示光Ｌの一部Ｘ１を拡散（乱反射）させるような微細な凹凸からなるシボ状の拡散処理を施してもよい。

ハウジング７０は、例えば黒色の合成樹脂材料にて形成されてなり、ともに断面略凹部形状からなる上側ケース体７１と下側ケース体７２とを備え、上側ケース体７１と下側ケース体７２とで形成される内部空間である空間部７３において、液晶表示器２０（液晶表示素子２３）や第１反射器３０、第２反射器４０（凹面鏡４１）、回路基板５０、覆い部材６０等を収納してなる。

上側ケース体７１には、凹面鏡４１の配設位置の上部（車両１０のフロントガラス１３側）が開口する開口窓部７１ａが形成されており、凹面鏡４１によって反射された表示光Ｌは、開口窓部７１ａを通過することになる。

またハウジング７０には、透光性カバーである透光部８０が開口窓部７１ａを塞ぐように配設されてなる。かかる透光部８０は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、凹面鏡４１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、コールドミラー３１並びに凹面鏡４１によって反射された表示光Ｌは、ハウジング７０に設けられた透光部８０を通じてフロントガラス１３に投影され、これにより前述したように不要な像の生じない虚像Ｖの表示が運転者１４に対し行われることになる。

次に、本実施形態における表示装置１２の電気的構成を図３を用いて説明する。なお、図３中、９１は車速センサ、９２は制御手段、９３は素子駆動回路（駆動手段）、９４は光源駆動回路、２３は液晶表示素子、２２は光源である。

車速センサ９１は、車両の速度に比例したパルス信号を出力するものである。

制御手段９２は、処理動作のプログラムが記憶されたＲＯＭや演算値を一時的に記憶するＲＡＭ、前記プログラムを実行するためのＣＰＵ等を有するマイクロコンピュータからなり、回路基板５０に実装（配設）されてなる。

かかる制御手段９２は、車速センサ９１からのパルス信号に基づいて、液晶表示素子２３と光源２２の動作を制御する指令信号を出力する。

制御手段９２の出力する指令信号は、液晶表示素子２３と光源２２に対応する個々のドライバ類に入力され、これらドライバ類は、その信号入力に応じて液晶表示素子２３、光源２２を動作させる。

ここで、制御手段９２は、まず、液晶表示素子２３と光源２２のうち、液晶表示素子２３を駆動させる。すなわち、制御手段９２は、前記パルス信号に基づいて液晶表示素子２３を表示制御すべく、駆動手段である素子駆動回路９３に指令信号を出力し、この指令信号を受けて素子駆動回路９３が液晶表示素子２３を駆動し、液晶表示素子２３に車速を表示させる。

制御手段９２は、液晶表示素子２３に車速が表示された後、光源２２を点灯動作させるための点灯制御信号を光源駆動回路９４に出力し、この点灯制御信号を受けて光源駆動回路９４が光源２２を点灯動作させ、これにより液晶表示素子２３からは表示光Ｌが発せられる。

かかる表示光Ｌは、液晶表示素子２３から発せられた後、開口部６２、コールドミラー３１並びに凹面鏡４１を経て、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車速表示像からなる表示像（虚像）Ｖを運転者１４に視認させることが可能となる。

以上のように本実施形態では、表示光Ｌを発する液晶表示素子２３と、表示光Ｌを反射させる凹面鏡４１と、液晶表示素子２３並びに凹面鏡４１を収容するハウジング７０とを備え、凹面鏡４１によって反射された表示光Ｌを透光部８０を通じてフロントガラス１３に投影して運転者１４に対し虚像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、液晶表示素子２３を駆動する素子駆動回路９３を有する回路基板５０と、回路基板５０を覆う覆い部材６０とを備え、覆い部材６０には、液晶表示素子２３から凹面鏡４１へと至る表示光Ｌを通過させる開口部６２と、この開口部６２を通過しない表示光Ｌの一部Ｘ１が前記所定の光路を経て透光部８０に到達するのを防ぐ遮光部６３とが形成されてなることにより、透光部８０を透過する表示光Ｌは、コールドミラー３１並びに凹面鏡４１を通じて反射されたものだけとなるため、従来のように前記表示エリア周縁から発せられる表示光の一部が、図４中、点線部分で示した光路Ｍ１を経て透光部に到達することにより生じていた不要な像の発生が防止され、これにより表示品質の向上したヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

また本実施形態では、遮光部６３が、開口部６２を取り巻くように基部６１の背後に突出形成された枠状の突出壁部からなる例について説明したが、遮光部６３の形状は、液晶表示素子２３から発せられる表示光Ｌの一部Ｘ１が、迷光となって透光部８０に到達しない構成であれば、あらゆる形状を採用することが可能であり、例えば遮光部６３を枠状ではなく円筒状の突出壁部により形成してもよい。さらには、本例にて採用した枠状（円筒状）の遮光部６３をさらに取り巻くように基部６１背面に枠状（円筒状）の遮光部（突出壁部）を別途、追加してもよい。なお、この追加する遮光部の数は複数でもよい。

なお本実施形態では、液晶表示素子２３から発せられる表示光Ｌが、フロントガラス１３に投射される例について説明したが、例えばフロントガラス１３に表示光Ｌを良好に運転者１４方向に反射させるコンバイナフィルムを設けてもよいし、あるいはフロントガラス１３とは別の専用の反射部材に表示光Ｌを投射する構成としてもよい。

１３フロントガラス（投影部材）
１４運転者（観察者）
２３液晶表示素子（表示素子）
４１凹面鏡（反射部材）
５０回路基板
６０覆い部材
６１基部
６２開口部
６３遮光部（突出壁部）
７０ハウジング
７１ａ開口窓部
８０透光性カバー（透光部）
９２制御手段
９３素子駆動回路（駆動手段）
Ｌ表示光

Claims

表示光を発する表示素子と、前記表示光を反射させる反射部材と、前記表示素子並びに前記反射部材を収容するハウジングとを備え、
前記反射部材によって反射された前記表示光を前記ハウジングに形成された透光部を通じて投影部材に投影して観察者に対し虚像表示を行うヘッドアップディスプレイ装置において、
前記表示素子を駆動する駆動手段を有する回路基板と、
前記回路基板を覆う覆い部材とを備え、
前記覆い部材には、前記表示素子から前記反射部材へと至る前記表示光を通過させる開口部と、前記開口部を通過しない前記表示光の一部が所定の光路を経て前記透光部に到達するのを防ぐ遮光部とが形成されてなり、
前記遮光部は、前記表示素子側に向けて突出した状態で前記開口部の周囲に設けられていることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。