JP6335524B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、車両に搭載されて用いられるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と称する場合がある。）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

ＨＵＤ装置では、例えば、表示器から投射された表示光が反射部材等を介してウインドシールドに導かれ、当該ウインドシールドで反射した表示光を運転者が視認する。ＨＵＤ装置では、ウインドシールドよりも進行方向前方の位置に（すなわち、運転者の視認方向における後方に。）虚像として表示像が結像されるので、表示像の視認のために必要な運転者の焦点調節が僅かで済むという利点がある。また、ＨＵＤ装置によれば、ウインドシールドを通じて視認する車両前方の景色と、進行方向前方に結像された表示像とを重畳して視認できるので、通常の表示パネルを用いた表示とは異なる新規な態様で情報を呈示できる。なお、表示光の反射面としては、ウインドシールドの代わりにコンバイナと呼ばれる光学部材（ハーフミラー）が用いられる場合もある。

特開２０１２−２０３０９０号公報

特許文献１の図１に示されているＨＵＤ装置は、表示器、凹面鏡（光学部材）、凹レンズ（光学部材）、フロントガラス、操作スイッチ、及び制御装置を備えている。これらのうち、表示器、凹面鏡、凹レンズ、及び制御装置は、インストルメントパネル（以下、インパネと称する場合がある。）の内部に画成された空間に収容されている。

しかしながら、このような構成では、これら各部材がインパネ内部に配置された構造体や機能部品（例えば、メータユニットや空調配管等。）に干渉することを避けるように設計する必要があり、搭載要件を満たすことが難しい場合があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、搭載性を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にある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、下記の点を特徴としている。
（１） インストルメントパネルの内部に配置され、表示光を投射する表示器と、
前記表示器から投射された前記表示光を反射し、該表示光をウインドシールドに導く光学部材と、
を備え、前記光学部材により前記ウインドシールドに導かれ、前記ウインドシールドで反射された前記表示光が、運転者のアイポイントに直接導かれるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記光学部材は、複数のミラーで構成され、
前記表示器から投射された前記表示光が、前記複数のミラーのうち第１のミラーで反射し、さらに、前記複数のミラーのうち第２のミラーで反射して前記ウインドシールドに導かれ、
前記第１のミラーは、その少なくとも一部が前記インストルメントパネルの外部に位置している。

上記（１）のヘッドアップディスプレイ装置によれば、光学部材の少なくとも一部がインパネの外部に位置しているので、光学部材の全体をインパネ内部に収容する場合と比較して、インパネ内部に配置される部分を減らすことができる。したがって、上記（１）のヘッドアップディスプレイによれば、インパネ内部に配置される構造体や機能部品との干渉の発生を抑制でき、搭載性を向上できる。
ところで、近年では、従来よりも広い視野角の表示が可能なヘッドアップディスプレイ装置が求められている。これに対応して視野角を広げるために、従来よりも大型の（換言すれば、反射面又は透過面が縦横方向に大きい。）光学部材が用いられる場合がある。このような大型の光学部材をインパネ内部に配置する場合、当該光学部材とインパネ内部に配置される構造体や機能部品との干渉を避けることが更に難しくなるという更なる課題がある。
この点、上記（１）のヘッドアップディスプレイ装置によれば、光学部材の少なくとも一部がインパネの外部に位置しているので、大型の光学部材を用いる場合であっても、当該光学部材とインパネ内部に配置される構造体や機能部品との干渉の発生を抑制でき、搭載性を向上できる。

（２） インストルメントパネルの内部に配置され、表示光を投射する表示器と、
前記表示器から投射された前記表示光を反射し、該表示光をウインドシールドに導く光学部材と、
を備え、前記光学部材により前記ウインドシールドに導かれ、前記ウインドシールドで反射された前記表示光が、運転者のアイポイントに直接導かれるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記光学部材は、複数のミラーで構成され、
前記表示器から投射された前記表示光が、前記複数のミラーのうち第１のミラーで反射し、さらに、前記複数のミラーのうち第２のミラーで反射して前記ウインドシールドに導かれ、
前記第１のミラーは、その少なくとも一部が前記インストルメントパネルの外部に位置しており、
前記表示器が、ある波長帯域の光を投射する表示器であり、
前記光学部材が、前記ある波長帯域の光のみを反射する。

ところで、ヘッドアップディスプレイ装置では、表示器からウインドシールド又はコンバイナに至るまでの光路とは逆の経路を経て、ウインドシールド又はコンバイナを透過した太陽光が表示器に集光される場合がある。太陽光が集光されると、温度上昇によって表示器及びその周辺に配置された要素に悪影響が及ぶおそれがある。
これに対して、上記（２）のヘッドアップディスプレイ装置によれば、光学部材が表示器から投射される波長帯域の光のみを反射するので、太陽光が表示器に到達することを抑制でき、表示器等に悪影響が及ぶことを防止できる。
また、上記（２）のヘッドアップディスプレイ装置では、光学部材が所定の波長帯域以外の光を透過するので、外来光のほとんどが当該光学部材を透過する。このため、運転者は、光学部材におけるインパネ外部に露出した部分を通じて外景を視認することができる。すなわち、単に光学部材の一部をインパネ外部に露出すると当該光学部材が位置する箇所においては運転者が外景を視認することができないが、上記（２）のヘッドアップディスプレイ装置では光学部材を通じて外景を視認できるので視界を狭めることがない。この結果、意匠性を高めることができる。また、光学部材における反射率が向上されるので、表示効率を向上できる。

（３） 上記（１）又は（２）のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記光学部材に赤外線を透過する処理が施されている。

上記（３）のヘッドアップディスプレイ装置によれば、光学部材に赤外線を透過する処理が施されているので、太陽光に含まれる赤外線が表示器に到達することを抑制でき、表示器等に悪影響が及ぶことを防止できる。
（４） 上記（２）のヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記表示器として、所定の狭波長帯域の光を投射するレーザー投射型の表示器が使用され、
前記第１のミラーが、前記狭波長帯域の光のみを反射し他の波長帯域の光を通過するバンドストップフィルタとして構成される。

本発明によれば、搭載性を向上したヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。

以上、本発明について簡潔に説明した。さらに、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、実施形態に係るＨＵＤ装置の構成及びその配置を模式的に示す側面図である。 図２は、第１非球面ミラー及び第２非球面ミラーの保持構造を示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１及び図２を参照して説明する。

実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と称する場合がある。）１は、一般的な車両に搭載されて用いられる。図１では車両内部を示しており、ウインドシールド５１にて外部と隔てられた車室８１に運転者Ｕが搭乗している状態を想定している。運転者Ｕの前方には、ハンドル８３等が設けられるインストルメントパネル（以下、インパネと称する場合がある。）６１が配置されている。

ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、表示器１１と、第１非球面ミラー２１と、第２非球面ミラー３１と、を主要な構成として備えている。表示器１１及び第２非球面ミラー３１は、インパネ６１の内部に配置されている。第１非球面ミラー２１は、その全体がインパネ６１の外部に露出するように配置されている。なお、ＨＵＤ装置１は、実際には、従来のＨＵＤ装置と同様に表示器１１の制御を司る制御装置や操作スイッチ等を他の構成として備えているが、図１では説明の簡略化のために省略して示している。

ＨＵＤ装置１では、概略的には、従来のＨＵＤ装置と同様に、表示器１１から投射された表示光が反射部材である第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１を介してウインドシールド５１に導かれ、当該ウインドシールド５１で反射した表示光を運転者ＵがアイポイントＥで視認する。ＨＵＤ装置１では、ウインドシールド５１よりも進行方向前方の位置に（すなわち、視認方向における後方に。）虚像として表示像が結像される。図１では、当該虚像を符号Ｉで示している。また、ウインドシールド５１は、車両前方側から入射する光を透過するので、運転者はウインドシールド５１を通じて車両前方の景色を視認することもできる。すなわち、運転者は、車両前方の景色と進行方向前方に結像された表示像とを重畳して視認できる。

表示器１１は、例えば液晶表示ユニットであり、図示しない制御装置からの指示に従って運転者に視認させるための表示像を含む表示光を第１非球面ミラー２１に向けて投射する。

第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、例えば凹面鏡であり、表示器１１から投射された表示光を反射及び拡大し、該表示光をウインドシールド５１に導く光学部材である。換言すれば、第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、反射部材である。より具体的には、第１非球面ミラー２１が表示器１１からの表示光を第２非球面ミラー３１に向けて反射し、第２非球面ミラー３１が第１非球面ミラー２１からの反射光をウインドシールド５１に向けて反射する。第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、光路変更作用、及び表示像の拡大作用を有する他、各種の光学的な不具合を除去するためにも用いられる。例えば、第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、表示像の歪みを除去する機能や、両眼視差を除去する機能を付加するために用いられる。

第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、本実施形態ではガラス製であり、図２に示すように、その裏面側が樹脂製のホルダ２３、３３に収容されることにより保持されている。この樹脂製のホルダ２３、３３は、インパネ６１に対して保持されている。第２非球面ミラー３１は、その反射面が上方（ウインドシールド５１側）を向くように、且つインパネ６１の上面に沿うように配置されており、運転者Ｕから視認されない位置に配置されている。第１非球面ミラー２１は、その反射面が下方（第２非球面ミラー３１側）を向くように配置されている。

また、第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、従来のものよりも大型に（換言すれば、主面が縦横方向に大きい。）形成されている。これは、ＨＵＤ装置１では従来よりも広視野角の像を表示するからである。

なお、第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１の材質は任意であり、インパネ６１に対する固定方法も限定されない。例えば、両ミラーは樹脂製であってもよい。また、ホルダ２３、３３のように全体を覆う構成ではなく、両ミラーから延びる係止部によって基端側のみでインパネ６１に対して固定される構成としてもよいし、接着やピン止め等により固定される構成としてもよい。

また、第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１は、従来のものよりも大型に（換言すれば、主面が縦横方向に大きい。）形成されている。これは、ＨＵＤ装置１では従来よりも広視野角の像を表示するからである。

このような大型の光学部材をインパネ６１内部に配置しようとすると、当該光学部材とインパネ６１内部に配置される構造体や機能部品との干渉を避けることが難しい。
この点、ＨＵＤ装置１によれば、第１非球面ミラー２１の全体がインパネ６１の外部に位置しているので、大型の光学部材を用いる場合であっても、光学部材とインパネ６１内部に配置される構造体や機能部品との干渉の発生を抑制でき、省スペース化を実現して搭載性を向上できる。

（第１変形例）
まず、第１変形例が課題とする点について説明する。ＨＵＤ装置１では、表示器１１からウインドシールド５１に至るまでの光路とは逆の経路を経て、ウインドシールド５１を透過した太陽光が表示器１１に集光される場合がある。太陽光が集光されると、温度上昇によって表示器１１及びその周辺に配置された要素に悪影響が及ぶおそれがある。

このため、第１変形例に係るＨＵＤ装置では、表示器１１として所定の狭波長帯域の光を投射するレーザー投射型の表示器を用い、第１非球面ミラー２１を当該狭波長帯域の光のみを反射するバンドストップフィルターとして構成する。レーザー投射型の表示器は、ＲＧＢの各狭波長帯域の表示光によるフルカラー表示を実現する。第１非球面ミラー２１は、当該狭波長帯域の光のみを反射する。したがって、太陽光が表示器１１に到達することを抑制でき、表示器１１等に悪影響が及ぶことを防止できる。

また、第１変形例に係るＨＵＤ装置では、図２に示したホルダ２２を透明材料により形成する、又はホルダ２２を用いず第１非球面ミラー２１の基端部側のみを保持する。これにより、第１非球面ミラー２１が狭波長帯域以外の光を透過する第１変形例に係るＨＵＤ装置では、外来光のほとんどが当該第１非球面ミラー２１を透過する。このため、運転者は、第１非球面ミラー２１を通じて外景を視認することができる。この結果、意匠性を高めることができる。

（第２変形例）
第２変形例も、第１変形例と同様に、太陽光により表示器１１等に悪影響が及ぶことを防止することを目的としている。
第２変形例に係るＨＵＤ装置では、第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１の少なくとも一方に、赤外線透過処理が施されている。赤外線透過処理は、例えば光学薄膜によるＩＲカットフィルタを形成することにより施されている。これにより、太陽光に含まれる赤外線が表示器１１に到達することを抑制でき、表示器１１等に悪影響が及ぶことを防止できる。

なお、本発明の技術的範囲は、上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態は、本発明の技術的範囲内で種々の変形や改良等を伴うことができる。

例えば、本実施形態では、第１非球面ミラー２１の全体がインパネ６１の外部に位置しているとして説明したが、搭載性の向上のためには、第１非球面ミラー２１の少なくとも一部がインパネ６１の外部に位置していればよい。また、第２非球面ミラー３１についても、その少なくとも一部がインパネ６１の外部に位置している構成であっても構わない。

また、本実施形態では、共に反射部材である第１非球面ミラー２１及び第２非球面ミラー３１を用いた構成に適用した例を説明したが、上述した特許文献１に開示されたＨＵＤ装置のように透過型の光学部材（例えば、特許文献１の図１、平凹レンズ１５を参照されたい。）を用いた構成に適用し、透過型の光学部材の少なくとも一部をインパネ６１の外部に配置する構成としても構わない。また、単一の光学部材を用いる構成であっても構わないし、３つ以上の光学部材を用いる構成であっても構わない。

また、本実施形態では、ウインドシールド５１で反射した表示光を運転者Ｕが視認する例を説明したが、ウインドシールド５１の代わりにコンバイナ（図示せず。）を用いる構成としても構わない。

以下では、実施形態に係るＨＵＤ装置について纏める。
（１） 実施形態に係るＨＵＤ装置１は、インストルメントパネル６１の内部に配置され、表示光を投射する表示器１１と、前記表示器１１から投射された前記表示光を反射又は透過し、該表示光をウインドシールド５１又はコンバイナに導く光学部材（第１非球面ミラー２１）と、を備える。前記光学部材は、その少なくとも一部が前記インストルメントパネル６１の外部に位置している。
（２） 第１変形例に係るＨＵＤ装置では、前記表示器１１が、ある波長帯域の光を投射する表示器であり、前記光学部材（第１非球面ミラー２１）が、前記波長帯域の光のみを反射する。
（３） 第２変形例に係るＨＵＤ装置では、前記光学部材に赤外線を透過する処理が施されている。

１：ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
１１：表示器
２１：第１非球面ミラー（光学部材）
３１：第２非球面ミラー
５１：ウインドシールド
６１：インストルメントパネル
Ｕ：運転者

Claims (4)

1. インストルメントパネルの内部に配置され、表示光を投射する表示器と、
   前記表示器から投射された前記表示光を反射し、該表示光をウインドシールドに導く光学部材と、
   を備え、前記光学部材により前記ウインドシールドに導かれ、前記ウインドシールドで反射された前記表示光が、運転者のアイポイントに直接導かれるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記光学部材は、複数のミラーで構成され、
   前記表示器から投射された前記表示光が、前記複数のミラーのうち第１のミラーで反射し、さらに、前記複数のミラーのうち第２のミラーで反射して前記ウインドシールドに導かれ、
   前記第１のミラーは、その少なくとも一部が前記インストルメントパネルの外部に位置している、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. インストルメントパネルの内部に配置され、表示光を投射する表示器と、
   前記表示器から投射された前記表示光を反射し、該表示光をウインドシールドに導く光学部材と、
   を備え、前記光学部材により前記ウインドシールドに導かれ、前記ウインドシールドで反射された前記表示光が、運転者のアイポイントに直接導かれるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記光学部材は、複数のミラーで構成され、
   前記表示器から投射された前記表示光が、前記複数のミラーのうち第１のミラーで反射し、さらに、前記複数のミラーのうち第２のミラーで反射して前記ウインドシールドに導かれ、
   前記第１のミラーは、その少なくとも一部が前記インストルメントパネルの外部に位置しており、
   前記表示器が、ある波長帯域の光を投射する表示器であり、
   前記光学部材が、前記ある波長帯域の光のみを反射する、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記光学部材に赤外線を透過する処理が施されている、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記表示器として、所定の狭波長帯域の光を投射するレーザー投射型の表示器が使用され、
   前記第１のミラーが、前記狭波長帯域の光のみを反射し他の波長帯域の光を通過するバンドストップフィルタとして構成された、
   ことを特徴とする請求項２のヘッドアップディスプレイ装置。

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