JP6460384B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、虚像を遠方に表示させ、コンバイナを筐体内に収容可能なヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両のインストルメントパネル内に収容され、虚像を遠方に表示させるヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置とも言う）として、特許文献１に開示されたものがある。このＨＵＤ装置は、虚像を遠方に大きく表示させるために、表示光を発する表示器と、表示光が投射される被投射部材となるコンバイナとの間に、２つの反射鏡を配設している。２つの反射鏡によって、表示光の光路を折り曲げて光路長を長くし、虚像をより遠方に表示している。また、一方の反射鏡を凹面鏡として虚像を大きく表示している。

また、表示光が投射される被投影部材としてコンバイナを設けると共に、当該コンバイナを筐体内に収容可能としたＨＵＤ装置として、特許文献２に開示されたものがある。

特開昭６２−２７５８４６号公報 特開２０１４−１２５１３１号公報

しかしながら、コンバイナを筐体内に収容可能としつつ、虚像をより遠方に表示させるにあたって、コンバイナを収容する空間と、表示器が発する表示光の光路長を長くとるための表示器および反射鏡の配設空間を別途確保しなければならず、筐体が大きくなり車両のインストルメントパネル内への収容性に改善の余地があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、虚像を遠方に表示させ、コンバイナを筐体内に収容可能なヘッドアップディスプレイ装置の、車両のインストルメントパネルへの収容性を改善することを目的とする。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
表示光Ｌを発する表示器１と、
表示光Ｌを反射する反射鏡２と、
反射鏡２が反射した表示光Ｌを後方側から受けて虚像Ｖを表示するコンバイナ３と、
表示器１と反射鏡２を収容する筐体６と、
コンバイナ３を前記筐体６から突出させた突出位置から筐体６内に格納させた格納位置までの間を移動させる格納手段４と、を備え、
車両のインストルメントパネルＩＰ内に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示器１は、コンバイナ３よりも前方側且つインストルメントパネルＩＰ内のダクトＤ下方側に位置すると共に、後方側に向けて表示光Ｌを発する位置に配設され、
反射鏡２は、コンバイナ３よりも後方側に位置すると共に、コンバイナ３の背面に向けて表示光Ｌを反射する位置に配設される。

また、好ましくは、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の
格納位置にあるコンバイナ３または／および格納手段４は、コンバイナ３が筐体６から突出した突出位置にあるときの表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路上に位置する。

本発明によれば、虚像を遠方に表示させ、コンバイナを筐体内に収容可能なヘッドアップディスプレイ装置の、車両のインストルメントパネルへの収容性を改善できる。

本発明の第１実施形態に係るＨＵＤ装置を示す概略図。 同実施形態のコンバイナの突出位置と格納位置を示す概略図。 同実施形態のコンバイナの格納手段の構成を示す図。 同実施形態のコンバイナの格納手段である４節リンク機構の模式図。 本発明の第２実施形態に係るＨＵＤ装置を示す概略図。 同実施形態のコンバイナの突出位置と格納位置を示す概略図。 同実施形態のコンバイナの格納手段の構成を示す図。

本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、構成の理解を容易にするため、ＨＵＤ装置Ｈ１，Ｈ２が表示する虚像Ｖを視認する運転者の視点Ｅから見て、左右方向に沿う軸をＸ軸、上下方向に沿う軸をＹ軸、前後方向をＺ軸として、適宜、ＨＵＤ装置Ｈ１，Ｈ２の構成する各部を説明する。また、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸の各々を示す矢印が向く方向を各軸方向の＋（プラス）方向、その逆方向を−（マイナス）方向として定義する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ１は、図１に示すように、車両のインストルメントパネルＩＰに搭載され、車両情報を虚像Ｖとして表示するヘッドアップディスプレイ装置である。ＨＵＤ装置Ｈ１が表示する虚像Ｖは、図１（ａ）に示すように、車両のウィンドシールド（フロントガラス）ＷＳを介して見える車両外の風景に重畳して運転者の視点Ｅから見えるため、運転者は、車両の運転走行中に、車両のステアリングハンドルＳ周辺に設けられた計器Ｍに比べ、少ない視線移動で車両情報を視認することができる。

ＨＵＤ装置Ｈ１は、図１，図２に示すように、表示器１と、反射鏡２と、コンバイナ３と、格納手段４と、回路基板５と、筐体６と、から主に構成される。

表示器１は、車両情報を画像として構成し、当該画像を表示光Ｌとして発する。表示器１は、例えば、液晶表示器や有機ＥＬ表示器からなる。表示器１は、車両後方側（Ｚ軸の−方向）の反射鏡２に向けて表示光Ｌを発するように表示面が配置されている。

反射鏡２は、表示器１が発した表示光Ｌをコンバイナ３の背面に向けて反射する。反射鏡２は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）などの樹脂材料に、アルミニウムなどの金属を蒸着させて平面状の反射面を形成した平面鏡からなる。反射鏡２によって表示器１からコンバイナ３までの光路を折り曲げて光路距離を長くすることで、コンバイナ３から虚像が結像するまでの距離を長くすることができる。反射鏡２は、平面鏡に限らず、虚像を拡大するための凹面鏡であってもよく、また、複数の反射鏡でもよい。

コンバイナ３は、曲面を有する板状のハーフミラーやホログラム素子等から構成される。コンバイナ３は、反射鏡２が反射し、筐体６の開口６０から出射した表示光Ｌを車両の後方側（Ｚ軸の−方向）の背面から受けて、車両の前方側（Ｚ軸の＋方向）に虚像Ｖを表示する。

格納手段４は、図３に示すように、コンバイナホルダ４０と、支持体４１と、第１接続部４２と、第２接続部４３と、電動機４４と、歯車４５と、スライダ４６と、ポテンショメータ４７と、から主に構成される４節リンク機構からなる。
格納手段４は、図２および図３に示すように、コンバイナ３を筐体６の開口６１から突出させた突出位置（図２（ａ），図３（ｂ１），図３（ｂ２））と、コンバイナ３を筐体６に格納させた格納位置（図２（ｂ），図３（ａ１），図３（ａ２））と、の間を移動させる。
格納手段４は、図２および図３に示すように、コンバイナ３は、概ねＹ軸に沿って起立した突出位置と、概ねＺ軸に沿って横たわった格納位置との間を、曲線を描く軌跡で移動し、コンバイナ３が格納位置にあるときは、コンバイナ３または／およびコンバイナホルダ４０が表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路上に位置する。

コンバイナホルダ４０は、コンバイナ３の下端部を固定保持するホルダである。

支持体４１は、ギア４５と、スライダ４６と、ポテンショメータ４７と、を収容するケース体である。支持体４１は、筐体６に対して不動状態となるように筐体６の内部に固定される。

第１接続部４２は、支持体４１に回転可能に設けられていると共に、支持体４１とコンバイナホルダ４０とを連結する棒状部材である。第１接続部４２は、その一端部が、Ｘ軸と平行な軸Ｐを中心として回転可能に支持体４１の側部に取り付けられている。また、第１接続部４２は、その他端部で、Ｘ軸と平行な軸Ｑを中心としてコンバイナホルダ４０を回転可能に支持している。

第２接続部４３は、支持体４１に回転可能に設けられていると共に、支持体４１とコンバイナホルダ４０とを連結する棒状部材である。第２接続部４３は、第１接続部４２と対になるように設けられ、コンバイナ３が突出位置にあるときに、第１接続部４２よりも下方に位置する。第２接続部４３は、その一端部がＸ軸と平行な軸Ｓを中心として回転可能に支持体４１の側部に取り付けられている。また、第２接続部４３は、その他端部で、Ｘ軸と平行な軸Ｒを中心としてコンバイナホルダ４０を回転可能に支持している。

電動機４４は、例えば直流モータからなり、ギア４５が駆動軸に圧入されている。電動機４４は、回路基板５の制御下で駆動軸を回転させ、駆動軸の回転に伴ってギア４５が回転する。

ギア４５は、外周面全体が櫛歯状となる歯車であり、この櫛歯が後述するスライダ４６と噛み合う。ギア４５が回転すると、その回転動力がスライダ４６に伝達して、スライダ４６が前後方向（Ｚ軸の＋，−方向）に移動する。

スライダ４６は、支持体４１に対してスライド可能に設けられ、電動機４４の動力によって前後方向に移動する。スライダ４６は、移動に応じて第１接続部４２又は第２接続部４３と接触するピン４６ａと、後述するポテンショメータ４７の接点または接点に取り付けられたツマミと嵌合する嵌合部４６ｂを有する。

ポテンショメータ４７は、概ねＺ軸方向に沿って移動可能な接点の位置を電圧に変換するリニアポテンショメータからなる。ポテンショメータ４７は、回路基板５と電気的に接続し、スライダ４６の移動に伴って接点が移動することでスライダ４６の位置を回路基板５に電圧値として入力する。

上述した格納手段４の各構成物に基づいて、格納手段４の４節リンク機構を説明する。４節リンク機構は、固定節（固定リンク）と、固定節の両端に位置する関節（ジョイント）の一方に繋がり、駆動力が与えられる駆動節（駆動リンク）と、固定節の他方の関節に繋がり、駆動節と対向する従動節（従動リンク）と、駆動節と従動節とを結ぶ中間節（中間リンク）と、からなる機構として知られている。
上述した格納手段４の構成部品と対応させると、図４に示すように、格納用筐体４１の一部（具体的には、軸Ｐと軸Ｓの各中心とを結ぶ節）が固定節として、第１接続部４２と第２接続部４３との一方が駆動節、他方が従動節として、コンバイナホルダ４０が中間節として機能するように構成されている。このように、格納機構４は、電動機４４が適宜、一方または他方に回転することによって、スライダ４６が概ねＺ軸方向に沿って移動し、スライダ４６のピン４６ａが駆動力を第１接続部４２あるいは第２接続部４３に伝達し、コンバイナホルダ４０に固定されたコンバイナ３を、筐体６から突出した位置と、筐体６に格納された位置との一方から他方への位置へと移動できる。

回路基板５は、ＨＵＤ装置Ｈ１の全体の動作を制御するマイクロコンピュータ（制御手段）と、電動機４４を駆動するドライバ回路等が実装されたリジット基板である。マイクロコンピュータは、車内ネットワークと表示器１と電気的に接続し、車両のＥＣＵ等から各種車両情報を取得し、取得した各種車両情報を表示器１に表示光Ｌとして出力させる。
また、マイクロコンピュータは、ポテンショメータ４７と電動機４４を駆動するドライバ回路とも電気的に接続しており、コンバイナ３を筐体６から突出させた位置と、筐体６に格納させた位置との一方から他方の位置へと移動させると共に、ポテンショメータ４７からスライダ４６の位置を取得することでコンバイナ３の位置を把握する。
マイクロコンピュータは、コンバイナ３を筐体６から突出させた位置に移動させた場合においては、表示器１に表示光Ｌを出力させ、コンバイナ３を筐体６に格納させた位置に移動させた場合においては、表示器１に表示光を出力させない。

筐体６は、コンバイナ３が筐体６から突出した状態においては、表示器１と、反射鏡２と、格納手段４と、回路基板５と、を内部に収容し、格納手段４の動作によっては、コンバイナ３も内部に収容可能なケース体である。筐体６は、前述したように、表示光Ｌを出射する開口６０と、コンバイナ３を突出可能な開口６１を有する。

以上、本発明の第１実施形態の構成を説明した。

このように、本発明の第１実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ１は、表示光Ｌを発する表示器１と、表示光Ｌを反射する反射鏡２と、反射鏡２が反射した表示光Ｌを車両の後方側から受けて虚像Ｖを車両の前方側に表示するコンバイナ３と、表示器１と反射鏡２を収容し車両のインストルメントパネルＩＰ内に搭載される筐体６と、コンバイナ３を前記筐体６から突出させた突出位置から筐体６内に格納させた格納位置までの間を移動させる格納手段４と、を備える。また、表示器１は、コンバイナ３よりも車両の前方側に位置すると共に、車両の後方側に向けて表示光Ｌを発する位置に配設され、反射鏡２は、コンバイナ３よりも車両の後方側に位置すると共に、コンバイナ３の背面に向けて表示光Ｌを反射する位置に配設される。
このような構成をとることで、インストルメントパネルＩＰに搭載された計器Ｍを搭載するための空間を確保し易くなり、虚像Ｖを遠方に表示させ、コンバイナ３を筐体６内に収容可能なヘッドアップディスプレイ装置Ｈ１の、車両のインストルメントパネルＩＰへの収容性を改善できた。

また、ＨＵＤ装置Ｈ１の格納位置にあるコンバイナ３または／および格納手段４は、コンバイナ３が筐体６から突出した突出位置にあるときの表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路上に位置する。
このような構成をとることで、コンバイナ３が筐体６から突出した位置にあるときのみ利用される表示器１から反射鏡２に至る光路空間を、コンバイナ３を筐体６内に収容する空間として利用できるため、コンバイナ３を筐体６に効率的に収容でき、ヘッドアップディスプレイ装置Ｈ１の小型化に寄与する。
また、ＨＵＤ装置Ｈ１のコンバイナ３が筐体６内に位置するときに、図２（ｂ）に示すように、反射鏡２に反射して表示器１に向かう筐体６の開口６０から入射した外光（太陽光）ＳＬを、コンバイナ３または／およびコンバイナホルダ４０などからなる格納手段４が遮る位置にある。これにより、表示器１が外光ＳＬによって劣化する虞を低減できる。

なお、本発明は、以下に示す第２実施形態のように構成することもできる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ２は、図５に示すように、格納手段４の構成および表示器１の配設位置が、第１実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ１と異なっている。

表示器１は、ダクトＤの下方（Ｙ軸−方向）に位置し、車両後方側の反射鏡２に向けて表示光Ｌを発するように表示面が配置されている。

反射鏡２は、表示器１が発した表示光Ｌをコンバイナ３の背面に向けて反射する。

コンバイナ３は、後述する格納手段４によって、筐体６から突出した位置から、概ねＹ軸−方向にコンバイナ３を降下させて筐体６へ格納する位置へ移動可能に構成される。

格納手段４は、コンバイナホルダ４０と、支持体４１と、第１接続部４２と、第２接続部４３と、電動機４４と、から主に構成される。

コンバイナホルダ４０は、コンバイナ３の下端部を固定保持するホルダである。コンバイナホルダ４０の側面には、ピン４８ａ，４８ｂが配設されている。

支持体４１は、コンバイナホルダ４０と、第１接続部４２と、第２接続部４３と、電動機４４と、を固定支持し、筐体６に対して不動状態となるように筐体６の内部に固定される。
支持体４１には、コンバイナホルダ４０のピン４８ａ，４８ｂを案内する案内溝４１ａが形成してあり、２つのピン４８ａ，４８ｂが貫通して外側に突き出すように装着され、案内溝４１ａに沿って上下にコンバイナホルダ４０が昇降移動可能となっている。

第１接続部４２は、図７に示すように、後述する電動機４４の回転軸と後述する第２接続部４３とを連結する棒状部材である。第１接続部４２は、その一端部が電動機４４の回転軸に固定され、電動機４４の回転軸を中心に回転する駆動節（駆動リンク）となる。

第２接続部４３は、図７に示すように、コンバイナホルダ４０のピン４８ｂと第１接続部４２とを連結する棒状部材である。第２接続部４３は、その一端部が第１接続部４２に固定され、他端部がピン４８ｂに固定されている。第２接続部４３は、第１接続部４２の動力をピン４８ｂに伝達する従動節（従動リンク）となり、ピン４８ｂは案内溝４１ａに沿って上下に移動する。

電動機４４は、例えば直流モータからなり、第１接続部４２が駆動軸に固定されている。電動機４４は、後述する回路基板５の制御下で駆動軸を回転させ、駆動軸の回転に伴って第１接続部４２が回転する。

上述したコンバイナホルダ４０と、支持体４１と、第１接続部４２と、第２接続部４３と、電動機４４と、によって、格納手段４は、図６に示すように、コンバイナ３は、突出位置と格納位置との間を、概ねＹ軸に沿って起立したまま直線を描く軌跡で移動し、コンバイナ３が格納位置にあるときは、コンバイナ３とコンバイナホルダ４０が表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路上に位置する。

回路基板５は、ＨＵＤ装置Ｈ２の全体の動作を制御するマイクロコンピュータ（制御手段）と、電動機４４を駆動するドライバ回路等が実装されたリジット基板である。マイクロコンピュータは、車内ネットワークと表示器１と電気的に接続し、車両のＥＣＵ等から各種車両情報を取得し、取得した各種車両情報を表示器１に表示光Ｌとして出力させる。
また、マイクロコンピュータは、電動機４４を駆動するドライバ回路とも電気的に接続しており、コンバイナ３を筐体６から突出させた位置と、筐体６に格納させた位置との一方から他方の位置へと移動させる。
マイクロコンピュータは、コンバイナ３を筐体６から突出させた位置に移動させた場合においては、表示器１に表示光Ｌを出力させ、コンバイナ３を筐体６に格納させた位置に移動させた場合においては、表示器１に表示光を出力させない。

筐体６は、コンバイナ３が筐体６から突出した状態においては、表示器１と、反射鏡２と、格納手段４と、回路基板５と、を内部に収容し、格納手段４の動作によっては、コンバイナ３も内部に収容可能なケース体である。

このように、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置Ｈ１，Ｈ２は、第１実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ１の格納手段４のように、コンバイナ３を表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路に沿うように移動させるのに限らず、第２実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ２の格納手段４のように、コンバイナ３を表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路と直交するように移動させるものであってもよい。

また、第２実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ２の表示器１は、車両のインストルメントパネルＩＰ内のダクトＤ下方に配設することで、第１実施形態であるＨＵＤ装置Ｈ１に比べ表示器１から反射鏡２に至る表示光Ｌの光路長を長くとることができる。

なお、本発明は、要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに設計の変更が可能である。

本発明は、車両に搭載されるコンバイナ型ヘッドアップディスプレイ装置として好適である。

１ ：表示器
２ ：反射鏡
３ ：コンバイナ
４ ：格納手段
５ ：回路基板
６ ：筐体
ＩＰ ：インストルメントパネル
Ｌ ：表示光
Ｈ１，Ｈ２：ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）
ＳＬ ：外光（太陽光）
Ｖ ：虚像

Claims (2)

1. 表示光を発する表示器と、
   前記表示光を反射する反射鏡と、
   前記反射鏡が反射した前記表示光を後方側から受けて虚像を表示するコンバイナと、
   前記表示器と前記反射鏡を収容する筐体と、
   前記コンバイナを前記筐体から突出させた突出位置から前記筐体内に格納させた格納位置までの間を移動させる格納手段と、を備え、
   車両のインストルメントパネル内に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記表示器は、前記コンバイナよりも前方側且つ前記インストルメントパネル内のダクト下方側に位置すると共に、後方側に向けて前記表示光を発する位置に配設され、
   前記反射鏡は、前記コンバイナよりも後方側に位置すると共に、前記コンバイナの後方側に向けて前記表示光を反射する位置に配設される
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記格納位置にある前記コンバイナまたは／および前記格納手段は、前記コンバイナが前記突出位置にあるときは、前記表示器から前記反射鏡に至る前記表示光の光路上に位置せず、
   前記格納位置にある前記コンバイナまたは／および前記格納手段は、前記コンバイナが前記格納位置にあるときは、前記表示器から前記反射鏡に至る前記表示光の光路上に位置する
   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。
   
   

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