JP5998578B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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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（Head-Up Display；ＨＵＤ）装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。このＨＵＤ装置は、画像を表示する表示器と、その画像を拡大表示するとともに、車両前方の風景（背景）を透過することができるコンバイナと、を備え、ユーザに、前方風景に重ねるようにして車速、走行距離等の表示情報を視認させることができるように構成されている。また、このＨＵＤ装置は、周囲の明るさに応じて表示器の表示輝度を調整するために、背景の明るさを検知するための光センサを備えている。
特開平９−５４２７６号公報
特許文献１に係るＨＵＤ装置では、同文献の図６、図７に示すように、光センサに検出対象の光を導くための専用部品（プリズム１６、反射板１７）が必要であったため、構成が複雑になりやすかった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡潔な構成で、背景の明るさ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。
上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
表示画像を表す表示光を出射する表示器と、
前記表示器が出射した表示光が入射する凹面を有し、入射した表示光を集光して観察者に前記凹面側から前記表示画像を前方の背景と重ねて視認させるコンバイナと、
前記コンバイナの下方に位置し、到達した光の明るさを検出する光検出部と、を備え、
前記コンバイナは、その下端部に、前記コンバイナと一体である導光体を有し、
前記導光体は、上下方向において前記光検出部と向かい合う対向面を有し、前方から入射した外光を下方に向けて反射させる反射面を有し、前記反射面で反射した外光を前記対向面から出射し、
前記光検出部は、前記対向面から出射された光の明るさを検出する、
ことを特徴とする。
上記ヘッドアップディスプレイ装置は、
前記対向面の一部を下側から覆い、前記コンバイナの上方から前記導光体を通過し、下方に向かう光の光路を妨げる覆い部を備えていてもよい。
上記ヘッドアップディスプレイ装置において、
前記コンバイナの上側面を覆う遮光性のカバー部材が設けられ、前記上側面から外光が入射しないように構成されている、ようにしてもよい。
上記ヘッドアップディスプレイ装置は、
前記光検出部が検出した光の明るさに基づいて前記表示器の表示輝度を調整する調整手段を備えていてもよい。
本発明によれば、簡潔な構成で、背景の明るさ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ができる。
本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の斜視図である。 ＨＵＤ装置を図１に示す矢視Ａの方向から（前方から）見た図である。 ＨＵＤ装置の図２に示すＢ−Ｂ線概略断面図である。 図３に示すＨＵＤ装置の要部拡大図であり、主に、導光体の機能を説明するための図である。 （ａ）は、変形例１に係るＨＵＤ装置の要部拡大図である。（ｂ）は、変形例２に係るＨＵＤ装置の要部拡大図である。
本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置を、図面を参照して説明する。
ＨＵＤ装置１は、図１〜図３に示すように、ケース体１０と、表示器２０と、回路基板３０と、反射部４０と、コンバイナ５０と、コンバイナ５０と一体的に形成された導光体６０と、カバー部材７０と、を備える。
ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボード上（例えば、インストルメントパネル上方）に取り付けられる据え置き型のＨＵＤ装置として構成されている。以下の説明では、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像を視認する観察者２から見て、上方向を「上」、下方向を「下」、前方向を「前」、後ろ方向を「後」として（図１、図３等の両端矢印参照）、適宜、ＨＵＤ装置を構成する各部を説明する。
ケース体１０は、上ケース１１と、下ケース１２と、中ケース１３と、を備える。上ケース１１には第１の開口部１１０が形成されており、この上ケース１１と下ケース１２とが連結することで上側開口の箱のような形状となる。この箱形状の内部に、表示器２０、回路基板３０、及び中ケース１３が収納される。
上ケース１１は、その第１の開口部１１０よりも前方側に、コンバイナ５０が取り付けられる部分である被取付部（図示せず）を有する。例えば、ネジによって、被取付部にコンバイナ５０の下端部が取り付けられている。このようにして、上ケース１１は、コンバイナ５０を保持している。保持されたコンバイナ５０は、上ケース１１から上方に延出するような格好となる。
また、上ケース１１には、導光体６０を前方に露出させるとともに、入射した光（後述する外光Ｎ１）をケース体１０内部に通過させるための第２の開口部１１１が形成されている。
下ケース１２には、中ケース１３が載置される。下ケース１２には、図３に示すように、反射部４０の下端部に対応した形状の凹部１２１が形成されている。この凹部１２１と中ケース１３の一部（後側の内側面）とによって反射部４０は保持される（例えば、反射部４０は、その一端が凹部１２１に差し込まれ、且つ、後側の面が中ケース１３に粘着テープ等で固定されることで、保持されている）。
中ケース１３は、略筒状の部材であり、その外側面の一部（図３中右側）に表示器２０が配設されている。中ケース１３には、表示器２０の表示面を露出させる穴である出射口１３０が形成されている。なお、中ケース１３に出射口１３０を覆う透明な窓部材を設けてもよい。
表示器２０は、車速、走行距離等の表示情報を報知するための表示画像を表す表示光Ｌを出射するものであり、例えば、液晶パネルとバックライト用光源から構成される透過型液晶ディスプレイ、又は自発光型ディスプレイから構成される。
回路基板３０は、ガラス繊維を含む樹脂等からなる板状の基材に、ＣＰＵとＲＯＭ等の記憶部とを含むマイコン、グラフィックディスプレイコントローラー（ＧＤＣ）等から構成される制御部（図示せず）を実装したプリント回路板である。回路基板３０は、例えば、下ケース１２に図示しない取付部材により固定されており、表示器２０よりも前側であって上ケース１１と下ケース１２の間に位置する。回路基板３０と表示器２０とは、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）３を介して導通接続されている。ＦＰＣ３の一端部はコネクタＣを介して回路基板３０と接続されている。制御部は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の外部装置（図示せず）から通信ラインにより伝送される車両の状態情報を取得し、これに応じて表示器２０を駆動する（つまり、表示器２０に所定の表示画像を表示させる）。
また、回路基板３０には、光センサ３１、増幅回路（図示せず）、表示器２０を駆動する駆動回路（図示せず）等が実装されている。
光センサ３１は、到達した光の明るさを検出するためのものであり、後述する導光体６０の対向面６２と対向し、且つ、光センサ３１に入射する光の光軸が上下方向に沿うように配設されている（図４参照）。光センサ３１は、到達した光の明るさを示す検出信号を増幅回路に供給し、増幅回路は、光センサ３１が検出した検出信号を増幅して、前記制御部に供給する。制御部は、取得した検出信号に基づいて、駆動回路を介して、表示器２０が表示する表示画像の輝度を調整する。例えば、光センサ３１が受けた光の明るさを示す値が、閾値（予め記憶されている）よりも小さい場合は、背景が暗いと推測されるため、表示器２０の表示輝度を所定の度数だけ高くする。具体的には、例えば、表示器２０が透過型液晶ディスプレイからなる場合、バックライト用光源の輝度を高くする。
反射部４０は、表示器２０の表示側、即ち表示光Ｌの出射側に位置し、到達した表示光Ｌをコンバイナ５０に向けて反射させる。反射部４０は、例えば、アルミ蒸着された樹脂成形品からなり、表示器２０からの表示光Ｌを効率良くコンバイナ５０に反射させる曲面として構成された反射面を有する（なお、図３では、反射面を概略的に平面のように表している）。また、反射部４０は、前述のように凹部１２１と中ケース１３の一部とによって保持されることで、その反射面が表示器２０の表示側と略対向するように配置されている。表示器２０が出射した表示光Ｌは、出射口１３０を通過して反射部４０に到達する。そして、反射部４０で反射した表示光Ｌは、上ケース１１の第１の開口部１１０を通過してコンバイナ５０に向かう。
コンバイナ５０は、曲面を有する板状のハーフミラー、ホログラム素子等により構成される。前述のように、コンバイナ５０は、上ケース１１に取り付けられており、その凹面５０ａが反射部４０の反射面と略対向する。コンバイナ５０は、図３に示すように、反射部４０で反射した後に、入射する表示光Ｌの光路を変更する（コンバイナ５０としてハーフミラーを用いる場合は反射により表示光Ｌの光路を変更し、ホログラム素子を用いる場合は回折により表示光Ｌの光路を変更する）。コンバイナ５０の凹面５０ａは、表示光Ｌを集光する機能を有し、光を単純反射させる場合よりも、虚像を前遠方（例えば、コンバイナ５０より約１ｍ前方）に形成することのできる曲面として構成されている。コンバイナ５０は、その前方位置Ｆに表示画像の虚像を形成するとともに、前方からの光を透過し、これにより、ＨＵＤ装置１は、虚像と前方に実際に存在する外景等の双方を、観察者２に視認させることができる。
導光体６０は、コンバイナ５０と一体的に形成されてなり、例えば、図２に示すように、コンバイナ５０下端部の一部から下方に突出している（参考のため、図２で、コンバイナ５０の下端ＵＬを点線で表した）。導光体６０の断面形状は、図３に示すように、略三角形状に形成されている。
導光体６０は、所定の方向からの外光を光センサ３１に向けて導くものであり、反射面６１と、対向面６２とを有して形成されている。
反射面６１は、導光体６０の後側の傾斜面（例えば、前後方向に対して４５°傾斜している）であり、図４に示すように、前方から導光体６０に入射した外光Ｎ１（以下、前方からの外光には、“Ｎ１”と符号を付す。）を下方に効率良く反射させる。なお、図４は、図３に示すＨＵＤ装置１の概略断面図の要部を拡大したものであるが、図４では、断面を示すハッチングを省略した（後述の変形例に係る図５（ａ）（ｂ）も同様）。
対向面６２は、導光体６０の下面であり、上下方向において光センサ３１と対向する面である。また、対向面６２は、導光体６０が下方に導いた光を外部に出射する出射面として機能する。
上ケース１１のコンバイナ５０よりも前方の部分である前方部１１Ｆの一部は、対向面６２の一部を下側から覆う覆い部１１２となっている。上ケース１１は、覆い部１１２が、反射面６１で反射し、対向面６２から出射され、光センサ３１に向かう外光Ｎ１の光路を、妨げない部分のみ覆うように構成されている。
カバー部材７０は、コンバイナ５０の側面を覆う部材であり、遮光性の樹脂材料からなる。カバー部材７０は、コンバイナ５０の側面を保護するため（例えば、衝撃からの保護）、及び、側面（特に、光センサ３１の上方に位置する上側面）から外光がコンバイナ５０に入射しないようにするために設けられている。無論、カバー部材７０は、図２に示すように、導光体６０の部分は覆わないように構成されている。
なお、カバー部材７０を設けずに、前述の覆い部１１２によって、コンバイナ５０の上側面から入射する光を光センサ３１に極力到達させないようにすることもできる。このようにするには、反射面６１で反射して、下方に向かう外光の光路は妨げず、コンバイナ５０の上側面から入射した外光（つまり、反射面６１で反射せずに下方に向かう外光）の光路を塞ぐように、覆い部１１２を設ければよい。
ここで、どのように外光Ｎ１が、光センサ３１に到達するかを、図４を参照して説明する。
コンバイナ５０の前方からの外光Ｎ１は、導光体６０の前面から入射し、反射面６１で反射する。反射した外光Ｎ１は、導光体６０内部に導かれ下方に向かい、対向面６２から出射される。
対向面６２から出射された外光Ｎ１は、対向面６２と向かい合う光センサ３１に到達する。そして、光センサ３１は、外光Ｎ１の明るさを検出し、これに応じた制御部は、前述したように、検出結果に基づいて表示器２０の輝度を、適宜、調整する。
特に、本実施形態では、コンバイナ５０の側面にカバー部材７０を設けているため、側面（特に、光センサ３１の上方部分の上側面）から外光が入射しない。これにより、主に、前方からの外光Ｎ１をセンシングすることができる。コンバイナ５０の前方は、観察者２が表示画像を視認する際の背景方向であるため、このようにすれば、ほぼ背景の明るさと見なすことができる外光Ｎ１の明るさを効果的にセンシングできる。これにより、例えば、昼間のトンネル出口付近で車室内は暗く、表示画像の投影方向（つまり、前方であり背景方向）が明るいといった場合でも、車両がトンネルから出る前に投影方向の明るさにあわせて投影像の輝度を適切な明るさに調整することができる。
ここからは、図５（ａ）（ｂ）を参照して、変形例に係るＨＵＤ装置について説明する。なお、上記実施形態と同様な機能を有する各部については、上記実施形態と同じ符号を付し、上記実施形態と重複する説明は省略する。
（変形例１）
変形例１に係るＨＵＤ装置１０１は、図５（ａ）に示すように、前方からの外光Ｎ１だけでなく、上方からの外光Ｎ２（以下、上方からの外光には、“Ｎ２”と符号を付す。）も検出するように構成されている。
上方からの外光Ｎ２も検出させるためには、カバー部材７０を設けないか、又は、カバー部材７０のうち、少なくとも、光センサ３１の上方に位置する部分（図２に示すＢ−Ｂ線近傍の部分）を切り欠けばよい。無論、この場合には、覆い部１１２は、コンバイナ５０の上側面から入射した外光Ｎ２の光路を妨げないように設けられる。
このような構成は、例えば、車内環境により、上方向からの外光Ｎ２も検出したほうが、より背景の明るさを反映できる場合などに有効である。
（変形例２）
変形例２に係るＨＵＤ装置２０１は、図５（ｂ）に示すように、前方からの外光Ｎ１を極力検出させずに、上方からの外光Ｎ２を検出できるように構成されている。
この場合も、変形例１と同様に、カバー部材７０を設けないか、又は、カバー部材７０のうち、少なくとも、光センサ３１の上方に位置する部分を切り欠けばよい。そして、覆い部１１２は、コンバイナ５０の上側面から入射した外光Ｎ２の光路を妨げないように設けられる。また、このように、上方からの外光Ｎ２のみを検出するために、変形例２に係る導光体２６０には、上記のような反射面６１が形成されていない。
このような構成は、例えば、なんらかの要因により、上方からの外光Ｎ２が背景の明るさにとって支配的になっている場合などに有効である。
以上に説明したＨＵＤ装置１（ないしは、１０１、２０１）は、表示画像を表す表示光Ｌを出射する表示器２０と、表示器２０が出射した表示光Ｌが入射する凹面５０ａを有し、入射した表示光Ｌを集光して観察者２に凹面５０ａ側から前記表示画像を前方の背景と重ねて視認させるコンバイナ５０と、コンバイナ５０の下方に位置し、到達した光の明るさを検出する光センサ３１（光検出部の一例）と、を備え、コンバイナ５０は、その下端部に、コンバイナ５０と一体である導光体６０を有し、導光体６０は、上下方向において光センサ３１と向かい合う対向面６２を有し、入射した外光のうち前方と上方との少なくとも一方からの外光を下方に導き、下方に導いた外光を対向面６２から出射し、光センサ３１は、対向面６２から出射された光の明るさを検出する。
このように、光センサに光を導くため導光体が、コンバイナと一体的に構成されているため、ＨＵＤ装置１（ないしは、１０１、２０１）は、構成が簡潔である。また、部品点数を減らすことも可能であるため、コストの削減を図ることも可能である。
特に、ＨＵＤ装置１及び変形例１に係るＨＵＤ装置１０１では、導光体６０は、前方から入射した外光Ｎ１を下方に向けて反射させる反射面６１を有し、反射面６１で反射した外光を対向面６２から出射する。このため、前述したように、背景方向の明るさを効果的に検出可能である。
なお、本発明は上記実施形態、その変形例（変形例１、２）、及び図面によって限定されるものではない。これらに変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。
以上の説明では、導光体６０が有する反射面６１の角度が、例えば４５°である例を示したがこれに限られない。反射面６１の傾斜角を４５°からずらすことで、光センサ３１に到達する外光Ｎ１の量を調整する（抑制する）ことも可能である。
以上の説明では、表示器２０からの表示光Ｌを、反射部４０で反射させ、コンバイナ５０に到達させる例を示したが、これに限られない。表示器が表示光Ｌを直接コンバイナに向けて出射するようにＨＵＤ装置を構成してもよい。この場合、表示器とコンバイナとは略対向するように設けられ、反射部４０は、不要である。
以上の説明では、ＨＵＤ装置１（以下、ＨＵＤ装置１０１、２０１も同様）を設置する乗り物の一例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置１を船舶、航空機等のその他の乗り物の運転席付近に設置することもできる。さらには、乗り物の運転席付近に設置するものに限らず、室内に設置する卓上インテリア等に適用することも可能である。
また、以上では、ＨＵＤ装置１を据え置き型のものとして説明したが、ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボードと一体的に構成されるものであってもよい。
以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、重要でない公知の技術的事項の説明を適宜省略した。
１ …ＨＵＤ装置
２ …観察者
１０ …ケース体
１１ …上ケース
１１Ｆ…前方部
１１０…第１の開口部
１１１…第２の開口部
１１２…覆い部
１２ …下ケース
１２１…凹部
１３ …中ケース
１３０…出射口
２０ …表示器
３０ …回路基板
３１ …光センサ
４０ …反射部
５０ …コンバイナ
５０ａ…凹面
６０ …導光体
６１ …反射面
６２ …対向面
７０ …カバー部材

Claims (4)

  1. 表示画像を表す表示光を出射する表示器と、
    前記表示器が出射した表示光が入射する凹面を有し、入射した表示光を集光して観察者に前記凹面側から前記表示画像を前方の背景と重ねて視認させるコンバイナと、
    前記コンバイナの下方に位置し、到達した光の明るさを検出する光検出部と、を備え、
    前記コンバイナは、その下端部に、前記コンバイナと一体である導光体を有し、
    前記導光体は、上下方向において前記光検出部と向かい合う対向面を有し、前方から入射した外光を下方に向けて反射させる反射面を有し、前記反射面で反射した外光を前記対向面から出射し、
    前記光検出部は、前記対向面から出射された光の明るさを検出する、
    ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記対向面の一部を下側から覆い、前記コンバイナの上方から前記導光体を通過し、下方に向かう光の光路を妨げる覆い部を備える、
    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. 前記コンバイナの上側面を覆う遮光性のカバー部材が設けられ、前記上側面から外光が入射しないように構成されている、
    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. 前記光検出部が検出した光の明るさに基づいて前記表示器の表示輝度を調整する調整手段を備える、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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