以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
[本実施形態に係る車両用表示装置の外観構成]
本実施形態に係る車両用表示装置として、車両が備えるルームミラー(バックミラー)に取り付けられて使用されるヘッドアップディスプレイを例に挙げ、図1及び図2を参照して、その外観構成について説明する。図1は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ10を、このヘッドアップディスプレイ10が取り付けられたルームミラー600から車両の図示しないウィンドシールドの方に向かう視野により観察した態様を示す斜視図である。また図2は、同じく図示しないウィンドシールドからルームミラー600の方に向かう視野により、ヘッドアップディスプレイ10を観察した態様を示す斜視図である。以後の説明において、前後、左右及び上下で示される方向は、それぞれ車両の前方、後方、車両の左側方向、右側方向、車両が配置された路面に垂直で当該面から車両側の方向及びその反対方向を意味する。
ヘッドアップディスプレイ10は、コンバイナ400に虚像として表示される画像に係る画像信号を生成し、その生成された画像信号を光学ユニット200に出力する回路基板111(図5参照)が収納された基板収納部100を備える。回路基板111は、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの図示しない外部装置から出力された画像信号が入力され、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、光学ユニット200に出力することもできる。この基板収納部100が、ヘッドアップディスプレイ10の構成要素の一つである後述する取付部材500(図14参照)と連結され、ルームミラー600が取付部材500に保持されることで、ヘッドアップディスプレイ10がルームミラー600に取り付けられる。なお、基板収納部100と取付部材500との連結、及び取付部材500のルームミラー600の保持に係る各機構の詳細については後述する。また、ヘッドアップディスプレイ10の全体構成の説明及び理解の容易のため、図1及び図2では取付部材500の記載を省略している。
ヘッドアップディスプレイ10は、回路基板111から出力された画像信号が入力される光学ユニット200を備える。光学ユニット200は、光学ユニット本体210、及び投射部300を備える。光学ユニット本体210には、後述する光源231、画像表示素子240、及び各種光学レンズなどが収納される。投射部300には、後述する各種投射ミラー及び中間像スクリーン360が収納される。回路基板111が出力した画像信号は、光学ユニット本体210の上記各デバイス、及び投射部300の上記各デバイスを介して、投射口301から凹面形状を有するコンバイナ400に画像表示光として投射される。なお、本実施形態では画像表示素子240として反射型液晶表示パネルであるLCOS(Liquid crystal on silicon)を用いる場合を例示するが、画像表示素子240としてDMD(Digital Micromirror Device)を用いてもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路で構成するものとする。
運転者であるユーザは投射された画像表示光をコンバイナ400を介して虚像として認識する。図1では、投射部300が「A」の文字の画像表示光をコンバイナ400に投射している。ユーザはコンバイナ400を見ることで、「A」の文字が、ユーザから例えば1.7m〜2.0m前方(車両前方)に表示されているかのように認識する、すなわち虚像450を認識することができる。ここで、投射部300からコンバイナ400に投射される画像表示光の中心軸を投射軸320と定義する。
詳細は後述するが、光学ユニット200は基板収納部100に対して回動可能な構成となっている。さらに、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ10では、投射部300及びコンバイナ400は光学ユニット本体210の所定の面に対して取付け向きが変更可能、また脱着可能な構成となっている。
[本実施形態に係る車両用表示装置の内部構成:光学系]
次にヘッドアップディスプレイ10の内部構成について説明する。図3及び図4は、上述したヘッドアップディスプレイ10の光学ユニット200の内部構成について説明するための図である。図3は光学ユニット本体210の内部構成、及び投射部300の内部構成の一部を画像表示光に係る光路とともに示す図である。図4は投射部300の内部構成、及び光学ユニット本体210の内部構成の一部を、コンバイナ400まで投射される画像表示光に係る光路とともに示す図である。
まず図3を参照して光学ユニット本体210の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。光学ユニット本体210は、光源231、コリメートレンズ232、UV−IR(UltraViolet-Infrared Ray)カットフィルタ233、偏光子234、フライアイレンズ235、反射鏡236、フィールドレンズ237、ワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238、1/4波長板239、検光子241、投射レンズ群242、及びヒートシンク243を備える。
光源231は白色、又は青色、緑色、及び赤色の三色の光を発する発光ダイオードからなる。光源231には発光に伴い発生する熱を放冷するためのヒートシンク243が取り付けられている。光源231が発光した光は、コリメートレンズ232によって平行光に変えられる。UV−IRカットフィルタ233は、コリメートレンズ232を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子234は、UV−IRカットフィルタ233を通過した光を乱れのないP偏光へと変える。そしてフライアイレンズ235が、偏光子234を通過した光の明るさを均一に整える。
反射鏡236は、フライアイレンズ235の各セルを通過した光の光路を90度変更する。反射鏡236で反射された光はフィールドレンズ237によって集光される。フィールドレンズ237が集光した光は、P偏光を透過するワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238及び1/4波長板239を介して、画像表示素子240に照射される。
画像表示素子240は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子240に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子240の備える液晶組成物によって変調が施され、S偏光の画像表示光となってワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238に向けて出射される。出射されたS偏光の光はワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238で反射され、光路を変えて検光子241を通過した後に投射レンズ群242へ入射される。
投射レンズ群242を透過した画像表示光は、光学ユニット本体210を出て投射部300に入る。そして投射部300が備える第1投射ミラー351が、入ってきた画像表示光の光路を変更する。
次に図4を参照して投射部300の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。投射部300は、第1投射ミラー351、第2投射ミラー352、及び中間像スクリーン360を備える。
上述の通り、光学ユニット本体210の備えるワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238、検光子241、及び投射レンズ群242を通過した画像表示光の光路は、第1投射ミラー351及び第2投射ミラー352によって、コンバイナ400へと向かう光路に変更される。その間で、第2投射ミラー352で反射された画像表示光に基づく実像が中間像スクリーン360で結像する。中間像スクリーン360で結像した実像に係る画像表示光は、中間像スクリーン360を透過し、コンバイナ400に投射される。ユーザは上述の通り、コンバイナ400を介して、この投射された画像表示光に係る虚像を前方に認識することになる。
以上のような内部構成とすることで、ユーザは、回路基板111から出力された画像信号に基づく虚像を、コンバイナ400を介して現実の風景に重畳して視認することができる。
[本実施形態に係る車両用表示装置の内部構成:光学ユニット200の内部構成詳細]
光学ユニット200は基板収納部100に対して回動可能な構成となっている。次に図5を参照して光学ユニット200及び基板収納部100の内部構成について、光学ユニット200及び基板収納部100の連接箇所の付近を中心に詳述する。
図5は、光学ユニット200の内部の一部及び基板収納部100の内部の一部について示す図である。この図5では、光学ユニット200と基板収納部100の連接箇所の付近が主に示されている。光学ユニット200の備える光学系配置部245は、上述したヒートシンク243を除く各種デバイスが収納されている。そして、光学ユニット200内における光学系配置部245の基板収納部100側である基板収納部100との連接箇所の付近には、ヒートシンク243と空間部248が設けられている。
回路基板111は、光学系配置部245に収納された画像表示素子240及び光源231を電気的に制御する。回路基板111と光学系配置部245に収納された画像表示素子240とは、配線であるフレキシブルケーブル246で接続されている。ここで、フレキシブルケーブル246は一例であり、フレキシ基板その他の電気信号を伝達する配線を使用することができる。光学ユニット200は筐体の一面に光学ユニット側開口部247が形成され、基板収納部100は筐体の一面に基板収納部側開口部112が形成されている。フレキシブルケーブル246は、これらの光学ユニット側開口部247及び基板収納部側開口部112を介して回路基板111と画像表示素子240を接続している。フレキシブルケーブル246は、基板収納部100と光学ユニット200の回動を自在にできるような長さを有することが好ましい。
図6は、図5の光学ユニット200の内部の一部及び基板収納部100の内部の一部について、上述したヒートシンク243及びフレキシブルケーブル246を取り外した際の様子について示す図である。
光学ユニット側開口部247及び基板収納部側開口部112はそれぞれ、所定の角度で広がる対向する2辺を有する形状、一例として所定の角度を有する略扇形の形状で形成されている。これによって、後述するように光学ユニット200が基板収納部100に対して回動された場合に、光学ユニット200の光学ユニット側開口部247が設けられた面に係る筺体、ないし基板収納部100の基板収納部側開口部112が設けられた面に係る筺体が、フレキシブルケーブル246に加える力を軽減することができる。従って、回動に伴いフレキシブルケーブル246が各筺体によって破損又は切断されることを防止することができる。
また、上述の通り光学ユニット200内の基板収納部100の連接箇所の付近には空間部248が設けられており、フレキシブルケーブル246は、光学ユニット200内では主にこの空間部248に収納される。この空間部248を設けることで、フレキシブルケーブルの長さを余裕をもって確保することができる。従って、光学ユニット200が基板収納部100に対して回動された場合に、フレキシブルケーブル246に加えられる張力を軽減することができる。よって、回動に伴う張力でフレキシブルケーブル246が破損又は切断されることを防止することができる。
光学ユニット200及び基板収納部100とは、互いの回動の回動軸となる回動部材であるヒンジ113と、回動の角度範囲を制限する回動止め機構114とで連接されている。光学ユニット200は、このヒンジ113を中心として所定の角度だけ、基板収納部100に対して回動する。ここで、本実施形態ではヒンジ113を用いているが、その他の回動部材を使用することができる。
基板収納部100の基板収納部側開口部112及び光学ユニット200の光学ユニット側開口部247は上述した通り略扇形の形状からなる。基板収納部100が光学ユニット200に対して回動する場合には、基板収納部側開口部112及び光学ユニット側開口部247の両方により形成されるフレキシブルケーブル246を通すための開口は狭められることとなるが、基板収納部側開口部112及び光学ユニット側開口部247が略扇形の形状からなることにより、回動止め機構114による制限された角度範囲において、フレキシブルケーブル246を通すのに十分な開口は維持される。
なお、上述した基板収納部側開口部112及び光学ユニット側開口部247の形状は例示に過ぎず、回動に伴いフレキシブルケーブル246を破損等しない形状であればいかなる形状であってもよい。例えば、基板収納部側開口部112及び光学ユニット側開口部247の一方のみを所定の角度で広がる対向する2辺を有する形状に形成して、フレキシブルケーブル246に負荷がかからないようにしてもよい。
上述した通り、ヘッドアップディスプレイ10は、光学ユニット200と基板収納部100とがヒンジ113を中心として回動可能な構成となっている。そしてコンバイナ400は光学ユニット200に設けられ、基板収納部100は取付部材500によってルームミラー600に取り付けられている。以上のようにすることで、ユーザはルームミラーの観察角度の調整と、コンバイナ400の観察角度の調整をそれぞれ独立して行うことができる。従って、ユーザはルームミラー600を車両後方を適切に確認できる角度に調整するとともに、コンバイナ400の視認角度を調整して歪みのない適切な画像(虚像)の認識を行うことが可能となる。
また、余裕のある長さが確保されたフレキシブルケーブル246を収納するための空間部248を光学ユニット200内に設けたことで、光学ユニット200の基板収納部100に対する回動が自在となりユーザは上記各観察角度の調整を適切に実施することができ、回動により生じる張力がフレキシブルケーブル246を破損又は切断するのを防止することができる。
さらに、基板収納部側開口部112及び光学ユニット200の光学ユニット側開口部247を上述した略扇形の形状とすることで、光学ユニット200の基板収納部100に対する回動により、光学ユニット200及び基板収納部100の各筺体外壁がフレキシブルケーブル246を破損又は切断するのを防止することができ、ユーザは上記各観察角度の調整を適切に実施することができる。
また、図3に示されたように、本実施形態では、反射鏡236及びワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238を用いることにより、画像表示光の光路を2回90度方向に曲げている。そして、画像表示光は光源231での光の出射方向とは逆向き方向で投射部300に出射される。このように画像表示光の経路をコの字型とすることにより、フレキシブルケーブル246を光源231とを近接させないように配線することができる(図5参照)。これにより、光源231から発生する電磁波による雑音が画像信号へ混入することを防ぐことができると共に、光源231で発生する熱によりフレキシブルケーブル246が損傷することも防ぐことができる。更に、光源231に近接して設置されるヒートシンク243もフレキシブルケーブル246から離れて配置されるため、フレキシブルケーブル246を収納する空間部248を設けることができる。
[ヒンジを用いた角度調整]
次に上述した光学ユニット200の基板収納部100に対する回動について詳述する。図7は、ルームミラー600に取付けられたヘッドアップディスプレイ10の側面図である。この図に示されるように、ルームミラー600は、通常、運転者が車両後方を視認できるように運転者側に向けられる。つまり、ルームミラー600のミラー面602が車両底面ないし走行路面に対し垂直な状態で運転者が運転を行うことはまれであり、通常、運転者はルームミラー600のミラー面602を車両底面等と垂直な面に対して角度を有するように、ルームミラー600の向きを傾ける。このためルームミラー600にヘッドアップディスプレイ10を取り付けると、ルームミラー600の傾きに伴って基板収納部100も車両底面等と平行な面に対して角度を有する。
本願の発明者は、多くの車両および様々なユーザに対してコンバイナ400が提示する虚像を認識させる実験を行った結果、ルームミラー600の長手方向と基板収納部100の長手方向とが同じ方向となるようにヘッドアップディスプレイ10を設置したときに、ユーザが虚像を歪みなく認識する位置となるようにコンバイナ400および光学ユニット200の角度を調整すると、多くの場合、ミラー面602と光学ユニット本体210の基準面212とのなす角度がおよそ100度となることを実験により確認した。
ここで光学ユニット本体210の「基準面」とは、ルームミラー600のミラー面602に対する光学ユニット本体210の傾きを測定するための基準として用いられる角度測定基準面である。基準面212の一例としては、光学ユニット本体210の光軸を含む平面またはそれと平行な平面である。基準面212の別の例としては、ヘッドアップディスプレイ10を右ハンドル用に取り付けた際の下側の面である第1本体面221または第1本体面221と対向する面である第2本体面222、あるいはそれらの面と平行な平面である。光学ユニット本体210の「基準面」は、光学ユニット200の基準面としてもよい。
上記の実験結果を鑑みて、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ10は、ルームミラー600の長手方向と基板収納部100の長手方向とが同じ方向となるように、取付部材500や取付プレート571、581等を用いてヘッドアップディスプレイ10をルームミラー600に取り付けたときに、ミラー面602と基準面212とのなす角度が所定の基準角度となるときに歪みのない最適な映像が提示できるように設計されている。具体的には、上述の条件において最適な映像が提示できるように、ヘッドアップディスプレイ10の光学系を成す光学部の設計がなされている。
ここで「ヘッドアップディスプレイ10の光学系を成す光学部」とは、基板収納部100に収納されている回路基板111が出力した画像信号に基づいて画像表示光を生成して投射する系である。より具体的には、光学ユニット本体210中の、光源231、コリメートレンズ232、UV−IR(UltraViolet-Infrared Ray)カットフィルタ233、偏光子234、フライアイレンズ235、反射鏡236、フィールドレンズ237、ワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ238、1/4波長板239、検光子241、および投射レンズ群242、投射部300中の第1投射ミラー351、第2投射ミラー352、および中間像スクリーン360、ならびにコンバイナ400の全てまたは、所定の一部分である。
また「所定の基準角度」とは、ミラー面602と基準面212とのなす角度であって、ヘッドアップディスプレイ10の光学設計時に設計基準として想定する角度である。「所定の基準角度」は、多くの車両および様々なユーザに対して歪みのない最適な映像が提示できるように実験により定めればよい。所定の基準角度の一例としては鈍角であり、より具体的には100度である。また、「所定の基準角度」は、図7においてはφを用いて示されている。
このように、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ10はミラー面602と基準面212とのなす角度が所定の基準角度となるときを基準として光学系を成す光学部が設計されているので、通常の使用状態で想定されるルームミラー600の傾きに対応して最適に光学設計されていることになる。多くの車両および様々なユーザ実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ10を歪みのない最適な映像が提示できるように取り付けると、多くの場合光学ユニット200は水平付近に保たれる。光学ユニット200がユーザの方向を向かないため、運転者であるユーザが受ける圧迫感を低減することができる。
図7では不図示の取付部材500を介して取付けられる基板収納部100は、上記のようにユーザの方に向けられるルームミラー600に固定的に設置される。このため、基板収納部100はルームミラー600に加えられる向きの変更と同様の向きの変更を加えられることになる。一方で、上述したように、投射部300を含む光学ユニット200及びコンバイナ400は、基板収納部100に対してヒンジ113で一体的に回動可能である。したがって、運転者は、ルームミラー600の調整角度にかかわらず、コンバイナ400に投射された画像(虚像)に歪みを生じさせることなく、視認できる位置に調整することができる。
図8は、ルームミラー600に取付けられたヘッドアップディスプレイ10のルームミラー600のミラー面602側からの視野による図である。この図に示されるように、ヒンジ113による回動により形成される基板収納部100及び光学ユニット200の境界面であるヒンジ113の回動面は、ミラー面602と垂直でかつ投射軸320と平行な面であることにより、ルームミラー600を横切らない位置にある。従って、基板収納部100がルームミラー600に固定されたまま、ルームミラー600に接触することなく光学ユニット200及びコンバイナ400を一体的に回動させることができる。
図9及び図10は、コンバイナ400に投射される画像(虚像)の視認可能な空間について示す図であり、上述したヒンジ113によって回動された光学ユニット200及びコンバイナ400の運転者の観察方向の変化を説明するための図である。例えば、運転者Aより眼の位置の高い運転者Bの両者が同じ車両に取付けられたヘッドアップディスプレイ10を使用する場合、運転者Aが使用するときのヒンジ113による調整角度は図9に示されるように、角度φ1となる。この角度で運転者Aにコンバイナ400に投射された画像(虚像)を歪みなく視認させることができる。一方、運転者Bが使用するときのヒンジ113による調整角度は、図10に示されるように角度φ1より大きい角度φ2であり、この角度φ2で運転者Bにコンバイナ400に投射された画像(虚像)を歪みなく視認させることができる。この角度φ1から角度φ2へのヒンジ113の回動は、コンバイナ400により虚像として表示される画像が認識される位置を、主に回動面とルームミラー600のミラー面602とで形成される直線に平行な方向で変化させる。
したがって、本実施形態のヘッドアップディスプレイ10は、車両内の狭い空間に設置されていたとしても、省スペースで投射部300からの画像表示光の投射方向、及び画像表示光が投射されるコンバイナ400の調節をすることができる。また、ヘッドアップディスプレイ10の全体を動かすことなく、光学ユニット200及びコンバイナ400のみを一体的に動かすことができるため、容易に表示画像を視認できる空間を調整することができる。
[コンバイナ及び投射部の回動及び脱着]
図11、図12、及び図13は、ヘッドアップディスプレイ10を右ハンドルの車両に対応した取付位置と左ハンドルの車両に対応した取付位置に取り付けた場合について説明するための図である。図11には、右ハンドルの車両用に取付けられたヘッドアップディスプレイ10において、投射部300及びコンバイナ400を光学ユニット本体210から取り外したときの様子が示されている。右ハンドル車用に取付けられたヘッドアップディスプレイ10では、光学ユニット本体210及びコンバイナ400は運転者側から見てルームミラー600の運転者側である右側に配置される。基板収納部100は、第1取付面115と、第1取付面115と対向する第2取付面117とを有しており、図11において、第1取付面115が不図示の取付部材500に接する向きでルームミラー600に取付けられている。また、光学ユニット本体210は、基板収納部100の第1取付面115と同じ側に第1本体面221を有する。第1本体面221に対向する光学ユニット本体210の面を、第2本体面222とする。
図11に示されるヘッドアップディスプレイ10は、基板収納部100の第1取付面115と光学ユニット本体210の第1本体面221とが下側に向き、投射部300の投射口301及びコンバイナ400の下端404が第1本体面221側にある配置状態で、ルームミラー600に取付けられている。従って投射軸320は第1本体面221側にある(図1参照)。
図12には、左ハンドル車用に取り付けられたヘッドアップディスプレイ10が示されている。この図に示されるように、左ハンドル車用に取り付ける場合には基板収納部100の第2取付面117を下側にして、第2取付面117が不図示の取付部材500に接する向きでルームミラー600に取付けられる。この場合には、運転者側から見た場合にルームミラー600の運転者側である左側に光学ユニット本体210及びコンバイナ400が配置される。
図13は、左ハンドル車用に取り付けられたヘッドアップディスプレイ10を示す図である。基板収納部100の第2取付面117と光学ユニット本体210の第2本体面222とが同じ側である下側にあり、投射部300の投射口301及びコンバイナ400の下端404が、第2本体面222側にある配置状態で、ヘッドアップディスプレイ10はルームミラー600に取付けられている。
図11及び図13に示すように、投射部300及びコンバイナ400は、投射口301と下端404とが光学ユニット本体210の第1本体面221側または第2本体面222側のいずれの側にある状態でも、光学ユニット本体210に対して配置可能である。また図11及び図12に示すように、光学ユニット本体210から投射部300及びコンバイナ400を取り外してそれぞれの取付方向を変更することも可能であり、図示を省略するが光学ユニット本体210と投射部300及びコンバイナ400は回動部材にて連接され、回動部材を介してそれぞれの取付方向を変更することも可能である。すなわち、ヘッドアップディスプレイ10では投射部300及びコンバイナ400はそれぞれ光学ユニット本体210に対して取付の向きを変えて取付けられることが可能であり、取付の向きを変更することにより、投射部300からコンバイナ400に投射される画像表示光を出射する投射口301の配置及び画像表示光の投射方向に関する投射軸320を第1本体面221側とすることも、第2本体面222側とすることもできる。
図13に示されるように、第2取付面117が下側になった場合であっても、投射部300の投射口301が光学ユニット本体210の第2本体面222側にある状態で投射部300を配置できるため、光学ユニット本体210から画像表示光が下方向に投射される。従って投射軸320は第2本体面222側にある。
上述したように、投射部300及びコンバイナ400は、投射口301と下端404とが光学ユニット本体210の第1本体面221側または第2本体面222側のいずれの側にある状態でも、光学ユニット本体210に対して配置可能である。すなわち、投射部300の投射口301及びコンバイナ400の下端404が光学ユニット本体210の一方の面(第1本体面221または第2本体面222)に対して、180°変更した位置にて、投射部300及びコンバイナ400を取付可能である。光学ユニット本体210に対する投射部300及びコンバイナ400の取付位置が変更でき、基板収納部100の第1取付面115(または第2取付面117)に対する投射部300及びコンバイナ400の取付位置も変更できる。
ここで、投射部300及びコンバイナ400を、それぞれ光学ユニット本体210に対して180°取付位置を変えて取付けた場合には、コンバイナ400で視認される画像(虚像)は、取付を変更する前と比較して向きが180°変わる可能性がある。そこでヘッドアップディスプレイ10では、投射部300又はコンバイナ400の取付位置や向きのセンサーによる検出や運転者が図示しないリモコン等の操作部を介して設定することにより、回路基板111が取付変更前とは画像の向きを変更した画像信号を出力する。
例えば図11に示すように取り付けられたヘッドアップディスプレイ10において、投射部300の投射口301が第1本体面221側にある取付位置で出力された画像の向きと、投射部300の投射口301が第2本体面222側にある取付位置で出力された画像の向きとを180°異ならせることで、光学ユニット本体210に対する投射部300の取付位置が180°変わっても同じ向きの画像を視認することが可能となる。
これにより、画像表示素子240は投射部300の取付位置に応じて画像の方向(上下左右、180°等)を変更して画像を出力するため、運転者は取付位置を変更しても画像(虚像)を視認することができる。
また、左ハンドル車用に取り付けた場合であっても、ヒンジ113の回動面は、図8で示された場合と同様に、ルームミラー600を横切らない位置にあるため、基板収納部100がルームミラー600に固定されたまま、ルームミラー600に接触することなく光学ユニット200及びコンバイナ400を一体的に回動させることができる。
[ルームミラー取付部材]
次にヘッドアップディスプレイ10をルームミラー600に取り付けるための取付部材500について詳述する。図14には、ヘッドアップディスプレイ10をルームミラー600に取り付けるための取付部材500が示されている。この図に示されるように、取付部材500は、ルームミラー600を掴むようにしてルームミラー600に固定される一対の把持部590と、その一対の把持部590と基板収納部100とを取り付けるための取付プレート581とを有している。ここで、把持部590は、ルームミラー600の下側端部を挟むために前後に摺動可能な爪部分を有する2つの下側把持機構部591と、ルームミラー600の上側端部を挟むために前後に摺動可能な爪部分を有する2つの上側把持機構部592と、ルームミラー600を後ろ側から上下に挟むために上下に摺動可能な高さ調整部593と、取付プレート581が載せられる上面に、取付プレート581の把持部590に対する位置調整を行うための長孔である位置調整溝594とを有している。ここで、取付プレート581は、一対の把持部590のそれぞれの上面に跨がるように配置され、位置調整溝594に後述する取付プレート581の一対の突起部584が係合されて取付けられる。
図15は、図14の取付部材500における取付プレート581の三面図である。この図に示されるように取付プレート581は、全体として略長方形の板状部材からなり、取付面である平らな表面には、一対の異なる向きの円弧形状の孔である円弧孔部582と、円弧孔部582の円弧の基となる円の中心位置にそれぞれ形成された一対の孔である中心孔部583と、裏面側に、把持部590に取り付ける際に、把持部590に形成された位置調整溝594に嵌合するよう取り付けることにより位置調整溝594の長手方向に摺動可能とするための突起部584と、を備えている。
中心孔部583は、取付プレート581の一対の突起部を結ぶ直線に直交する方向である幅方向の中央に設けられている。これに対して、一対の突起部584は、前述の幅方向の中央に取付けられるのではなく、中央から一定の距離(オフセットD)だけ、幅方向に離れた位置に配置されている。これにより、取付プレート581を、それぞれの突起部584がそれぞれの中心孔部583よりも高さ調整部593に近くなるように取り付けた第1の状態と、その第1の状態から取付プレート581の面に垂直な方向を軸にして一対の突起部584下にしたまま180°回転させて、幅方向の2つの端を入れ替えて利用した状態である第2の状態とで、摺動の範囲を大きく異ならせることができ、基板収納部100の位置の調整可能範囲を大きくすることができる。なお、第2の状態とは突起部584が中心孔部583よりも高さ調整部593から遠くなるように取り付けた状態である。
ルームミラー600と車のウィンドシールド(フロントガラス)との距離は車種によって様々であるため、以上のように、一対の突起部584を中央からオフセットDをとって配置することにより、ルームミラー600に対するヘッドアップディスプレイ10を固定する前後方向の位置の自由度が大きくなり、種々の車に装着可能となる。また、把持部590を複数(本実施形態では一対)設けたことによって、より様々な車に対応可能となっている。
なお、一対の把持部590間の距離は、2つの位置調整溝594の間の距離が、取付プレート581の2つの突起部584間の距離と同じ距離になるようにして、配置することもできるが、2つの位置調整溝594の間の距離を2つの突起部584間の距離よりも短くなるように一対の把持部590を配置することもできる。一対の突起部584間の距離は変わらないため、このようにして配置すると、必然的に取付プレート581を斜めに取り付けることになり、位置調整溝594の長手方向に対する角度を変化させて取付けることができる。つまり、取付プレート581及び基板収納部100を取付プレート581上の平面に沿って回動させて角度をつけ取り付けることができる。このように、把持部590を複数(本実施形態では一対)設けて、その複数の把持部590間の距離を調整することによって、より様々な取り付け位置にすることが可能となっている。
基板収納部100を取り付ける際には、取付プレート581の表面(突起部584が設けられていない面)と、基板収納部100の第1取付面又は第2取付面とが重なるように配置した上で、円弧孔部582とその円弧の中心に位置する中心孔部583とから止めネジ118(固定部材)を挿入して、基板収納部100をネジ止めして固定する。ネジ止めする際、基板収納部100は、取付プレート581の表面上で中心孔部583を中心として回動可能であり、基板収納部100の取付プレート581の面の法線を回転軸とする向きが調整される。このとき、中心孔部583を中心として、基板収納部100、光学ユニット200及びコンバイナ400が一体的に回動するため、運転者がコンバイナ400に表示される画像(虚像)を視認できる位置になるように取付プレート581の表面の法線を回転軸とする取付角度を調整することができる。なお、円弧孔部582の円弧の中心角は、運転者がコンバイナ400に表示される画像(虚像)を視認できる位置に調整するのに十分な範囲の角度となるように定められている。また、円弧孔部582の円弧の中心角は、コンバイナ400がウィンドシールドに接しない範囲の角度となるように定めることがさらに好ましい。
なお、円弧孔部582の円弧中心方向を内側、円弧中心方向の逆方向を外側とすると、本実施形態においては、一対の円弧孔部582は互いの内側が対向するように配置されているが、基板収納部100の止めネジで止められる位置によっては、互いの外側が対向するように配置されていてもよい。
図16には、ルームミラー600に取り付けられたヘッドアップディスプレイ10が示されている。取付部材500の把持部590は、ルームミラー600の裏面(ここではミラーがない面)からルームミラー600の上端及び下端を2カ所で把持し、取付プレート581は、突起部584を把持部590の上側把持機構部592に形成された位置調整溝594に嵌合させることにより、位置調整溝594の長手方向、主にルームミラー600のミラー面に垂直方向の位置を調整可能に取り付けられる。また、取付プレート581は、基板収納部100の取付プレート581面の法線を回転軸とする角度を調整可能に固定する。
次に図16を用いて、ルームミラー600の位置とコンバイナ400の位置との関係について説明する。なお、ルームミラー600の長手方向を水平面と平行にするとともに、ミラー面を水平面と垂直にした状態にあるとして説明する。また、ルームミラー600の上下方向の中央を通るとともにルームミラー600の横方向と平行な線をルームミラー中心線605と呼ぶこととする。また、コンバイナ400の上下方向の中央を通るとともにコンバイナ400の横方向と平行な線をコンバイナ中心線403と呼ぶこととする。
なお、本実施形態においては、コンバイナ400の観察角度が調整可能となっており、コンバイナ400の観察角度を調整することに伴って、ルームミラー600の高さに対するコンバイナ400の相対的な高さも変わってくる。コンバイナ400とルームミラー600との相対的な高さとは、コンバイナ中心線403の高さと、ルームミラー中心線605の高さとの差であると言い換えることができる。例えばコンバイナ中心線403がルームミラー中心線605よりも高い位置にある場合は、コンバイナ400がルームミラー600よりも相対的に高い位置にあると言える。
また、以下で説明するコンバイナ400の位置条件は使用状態(画像を投射しその画像をユーザが視認できる状態)におけるコンバイナ400の位置全てで満たすことが好ましい。つまり、コンバイナ400が取り得る観察角度全てで満たすことが好ましいが、少なくとも、コンバイナ400が取り得る、ルームミラー600の高さに対する相対的な高さの内の平均の高さにあるときに満たしていれば十分な効果を発揮できる。例えば、コンバイナ400のルームミラー600の高さに対する相対的な高さを、コンバイナ中心線403がルームミラー中心線605よりも5cm高い位置から5cm低い位置まで調整可能な場合は、コンバイナ中心線403とルームミラー中心線605とが同じ高さにあるときに満たせばよい。
また、ルームミラー600の高さに対するコンバイナ400の相対的な高さを、ネジ止め等によって調整できないように固定できるよう構成した場合、つまり、ヘッドアップディスプレイ10が車両のルームミラー600に取付けることに伴ってルームミラー600の高さに対するコンバイナ400の相対的な高さが固定されるように(高さが一意に決まるように)構成した場合は、その固定された位置において、以下で説明するコンバイナ400の位置条件を満たせばよい。
また、図16に示されるように、ルームミラー600は、横方向(長手方向)の長さL及び上下方向の高さHを有している。
まず、コンバイナ400の好ましい位置条件について説明する。本実施形態において、使用状態におけるコンバイナ400の上端402がルームミラー600のルームミラー中心線605よりも上側にあり、コンバイナ400の下端606がルームミラー600のルームミラー中心線605よりも下側になるように構成されている。ヘッドアップディスプレイ10をルームミラー600に取り付けるとともに、コンバイナ400がこのような位置になるような取り付け構造にすることで、表示画像を見る際の視点移動が少ない最適な位置に、ヘッドアップディスプレイ10を設置することができる。
さらには、使用状態におけるコンバイナ400のコンバイナ中心線403とルームミラー中心線605とがほぼ同じ高さになるように構成してもよい。ヘッドアップディスプレイ10をルームミラー600に取り付けるとともに、コンバイナ400がこのような位置になるような取り付け構造にすることで、表示画像を見る際の視点移動がさらに少ない最適な位置に、ヘッドアップディスプレイ10を設置することができる。
また、コンバイナ400の上下方向の高さが、ルームミラー600の上下方向の高さHよりも大きい場合については、使用状態におけるコンバイナ400の上端402がルームミラー600の上端604よりも上側にあり、コンバイナ400の下端606がルームミラー600の下端606よりも下側になるように構成してもよい。ヘッドアップディスプレイ10をルームミラー600に取り付けるとともに、コンバイナ400がこのような位置になるような取り付け構造にすることで、表示画像を見る際の視点移動がさらに少ない最適な位置に、ヘッドアップディスプレイ10を設置することができる。
なお、本実施形態のような位置が最適ではあるが、少なくとも、使用状態におけるコンバイナ400の上端402がルームミラー600の下端606よりも上側にあるか、または、コンバイナ400の下端606がルームミラー600の上端604よりも下側になるように構成されていれば表示画像を見る際の視点移動が少ない好適な位置に、ヘッドアップディスプレイ10を設置することができる。本実施形態において、コンバイナ400がルームミラー600の側方にある状態とは、この上述の効果を発揮することができる条件を満たすとともに、コンバイナ400の横方向の位置が、車両の座席から表示画像を視認できる位置であればよい。つまり、ルームミラー600によって、コンバイナ400に投射される表示画像が遮られなければよい。
なお、上述の位置条件に加えて、コンバイナ400の横方向の位置を、ルームミラー600の横方向の端(側端)からルームミラー600の長さLまでの範囲に配置されるようにすれば、ルームミラー600とコンバイナ400とが離れ過ぎることがなく、さらに視点移動が少なくなるため、さらに好ましい。
図17は、基板収納部100の第1取付面115が取付プレート581に接するように取り付けられた場合の止めネジ118部分の断面図であり、図18は、基板収納部100の第2取付面117が取付プレート581に接するように取り付けられた場合の止めネジ118部分の断面図である。一般にルームミラー600の上側と天井との隙間は非常に狭いため、第1取付面115が取付プレート581に接する場合でも、第2取付面117が取付プレート581に接する場合でも、止めネジ118は下からのみ締められる。また、基板収納部100も極力薄く設計されるため、回路基板111の止めネジ118による固定位置には貫通孔があり、より長いネジによる固定を可能としている。また、第1取付面115には、第2取付面117まで伸びる固定部材係合部であるインサートナット116が形成され、第2取付面117の対応する位置には貫通孔が形成され、止めネジ118は、第1取付面115が取付プレート581に接する場合でも、第2取付面117が取付プレート581に接する場合でも、同じインサートナット116と係合して固定されるようになっている。したがって、基板収納部100は、車両のルームミラー600と天井との間の狭い領域であっても設置されることができる。したがって、本実施形態のヘッドアップディスプレイ10では、省スペースで位置及び角度の調節を行うことができる。
図19には、取付プレート581の変形例である取付プレート571が示されている。取付プレート571は、基板収納部100を取付ける際に使用される同一方向に伸びる一対の直線状の直線孔部572を有し、基板収納部100の第1取付面115及び第2取付面117のいずれの取付面と取付プレート571の取付面が対向する場合であっても、両方の直線孔部572に止めネジ118が通されて固定される。取付プレート571においては、基板収納部100を取付ける際に、一対の直線孔部572の両方の長手方向の取付け位置を変更して取付けることにより、基板収納部100の直線孔部572の長手方向に関する位置を調整することができる。ここで、直線孔部572のそれぞれの穴の幅は、止めネジ118のネジ径よりも十分大きく形成されており、これにより、一対の直線孔部572のうち、片方の長手方向の取付け位置を変更することにより、基板収納部100の取付プレート581の面の法線を回転軸とする向きが調整される。直線孔部572の長さ及び幅は、コンバイナ400がウィンドシールドに接しない範囲で定められる。
このように、上述の取付プレート581においては円弧状の一対の長孔としたが、この変形例の取付プレート571のように、直線状の一対の長孔としても、基板収納部100の向きを自在に調整することができる。
なお、図14から図19を用いて説明した形態は、基板収納部100及び光学ユニット200が各々別体として構成された例について示したが、これらが別体として構成されていない画像生成部50(図16)であっても適用することができる。また、図14から図19を用いて説明した形態では、位置調整溝594を2つとしたが、1つ以上で位置調整の機能を有する溝であればよい。
[コンバイナ収納]
図20及び図21は、それぞれコンバイナ400が収納ヒンジ472により収納時の位置に置かれた様子を示す側面図及び正面図である。図20及び図21に示されるように、コンバイナ400は、コンバイナ400の回動部である収納ヒンジ472により、光学ユニット200の筐体面、すなわち光学ユニット本体210の筐体面に対向し、例えば筐体面に重ねられるように回動されて収納される。ここで、投射部300は、コンバイナ400が取付けられる側とは筐体面を挟んで反対側にあり、収納ヒンジ472の回動中心から最も遠いコンバイナ400の端である下端404までの長さは、光学ユニット本体210の長さより短く、下端404は、投射部300よりも収納ヒンジ472側にある。また、光学ユニット本体210の筐体面からの高さは、投射部300の筐体面からの高さよりも低くなっている。そのため、ヘッドアップディスプレイ10を使用していない場合には、コンバイナ400を収納ヒンジ472で収納することにより、コンバイナ400を使用時よりも運転者に圧迫感を感じさせない位置(コンバイナ400を使用時よりも運転者の視界に入りにくい位置)に配置することができる。また、収納ヒンジ472で回動させて収納することにより、車両の天井及び光学ユニット本体210により太陽光を妨ぐことができるため、コンバイナ400の劣化を防ぐことができる。更に、収納ヒンジ472は、コンバイナ400の使用時の角度で停止するため、コンバイナ400を収納ヒンジ472で回動させて収納した後、再び使用を開始する場合であっても、運転者は改めて位置を調整することなく使用を開始することができる。ここで、コンバイナ400の下端404側の角部には透明なラバー406を取り付けてもよい。ラバー406をつまんでコンバイナ400を収納ヒンジ472で収納しても、コンバイナ400に汚れ等が付着するのを防ぐことができる。ラバー406は透明であることにより運転者の視界をほとんど遮ることがない。
なお、ルームミラー600の裏面側から取り付けられることとしたが、ルームミラー600の支柱に取り付けることとしてもよいし、ミラー面602である前面側から取り付けられてもよい。この場合には、ミラー面602に対応する位置の車両用表示装置の面に代替ミラーを配置してもよい。
また、上述の実施形態においては、ルームミラー600は、車両においてその後方を確認するために用いられるミラーであればよく、車両内部におけるミラーの位置等は限定されない。また、ヘッドアップディスプレイ10は、ルームミラー600に取付けることとしたが、ダッシュボード上においても使用してもよい。また、コンバイナ400の位置に液晶表示装置又は有機EL表示装置等の表示装置を配置し、車両用表示装置とするものであってもよい。