JP6510578B2

JP6510578B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6510578B2
Application number: JP2017062042A
Authority: JP
Inventors: 順平市野川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP2018165061A; US10345586B2; CN108663811A; US20180284436A1

Description

本発明は、車両の結像部に画像を投影するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

特許文献１には、光路長を長くすることにより画像（虚像）を遠方に配置すると共に、省スペース化を実現するヘッドアップディスプレイ装置（Head-Up Display、以下、ＨＵＤともいう。）が示される。この装置は、表示器から出射される投影光をコンバイナで反射させ、コンバイナで反射した投影光を第１反射器で反射させ、第１反射器で反射した投影光を第２反射器で反射させ、第２反射器で反射した投影光を再度コンバイナに案内し、コンバイナで画像を結像する。

特開２００８−２９６６３５号公報

特許文献１に示されるＨＵＤは投影ユニット内の反射回数を増やすことにより光路長を長くするようにしている。しかし、反射回数を増やしたとしても投影ユニット自体が大きくない場合は光路長を大幅に長くすることはできない。一方、投影ユニットを大型化すれば光路長をある程度長くすることは可能であるが、車両内には大型の投影ユニットを設ける空間はない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、虚像を遠方に配置することができる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。

本発明は、
画像情報を含む投影光を出射する投影器と、
前記投影器から出射される前記投影光を所定の方向に反射させる複数の反射器と、
前記反射器で反射した前記投影光が示す画像を車両の乗員に視認可能に結像する結像部と、
前記投影器と前記反射器のうちの少なくとも前記投影器を収容する筐体と、
を有し、前記反射器のうちの少なくとも一部が前記筐体の外部に配置されるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記筐体の外部に配置される前記反射器は、前記車両のルーフにおけるフロントガラスの近傍に配置される
ことを特徴とする。

上記構成によれば、車室内の略最高位置にあるルーフを反射位置として利用するため、投影器から結像部までの光路を長くすることができ、虚像を遠方に配置することができるようになる。その結果、乗員が視認する実世界に対して虚像をより適切に重ねることができるようになり、乗員は実世界の情報を直感的に認識することができるようになる。特に、ルーフにおけるフロントガラス近傍には遮蔽物がないため、光路の一部として利用可能である。また、ルーフを反射位置として利用することにより、光路を長くするための反射部材の数を少なくすることができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置において、
前記筐体は車両のダッシュボードの内側に設けられてもよい。

上記構成によれば、投影器から結像部までの光路にダッシュボードからルーフまでの長い光路が含まれるため、虚像をより遠方に配置することができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置において、
複数の前記反射器は、
前記筐体に収容されて前記投影器から出射される前記投影光を反射させる第１反射器と、
前記筐体の外部に配置されて前記第１反射器で反射した前記投影光を反射させる第２反射器と、
前記筐体に収容されて前記第２反射器で反射した前記投影光を反射させる第３反射器と、を含み、
前記結像部は、前記第３反射器で反射した前記投影光を前記車両の乗員に向けて反射させることで前記画像を乗員が視認可能とするようにしてもよい。

上記構成によれば、第１反射器と第２反射器との間の距離、および、第２反射器と第３反射器との間の距離を長くすることで光路長を長くすることができ、虚像をより遠方に配置することができる。更に、複数の反射器の位置を変えることにより光路の位置を変えられるため、光路の自由度が向上する。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射器および前記第２反射器は、前記投影光を前記車両の幅方向に拡大させる凸面鏡であり、
前記第３反射器は、前記投影光を前記車両の長さ方向および／または高さ方向に拡大させる凹面鏡であってもよい。

上記構成によれば、各反射器は、１方向（車両の幅方向、長さ方向、高さ方向）に凸形状または凹形状となる鏡面であればよいため、複数方向に凸形状または凹形状となる鏡面と比較して製造が容易である。

本発明によれば、投影器から結像部までの光路を長くすることができ、虚像を遠方に配置することができるようになる。

図１は本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す模式図である。図２は車両上方から見た各反射器の配置を示す模式図である。図３Ａは第１反射器の一方向の断面図である。図３Ｂは第１反射器の他方向の断面図である。図３Ｃは第２反射器の一方向の断面図である。図３Ｄは第２反射器の他方向の断面図である。図３Ｅは第３反射器の一方向の断面図である。図３Ｆは第３反射器の他方向の断面図である。図４は本発明の他の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す模式図である。

以下、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、車両１０の長さ方向は車両１０の前後方向を含む。高さ方向は上下方向を含む。車両１０の幅方向は左右方向を含む。

［第１実施形態］
図１に示されるように、車室１２の前部と車両１０の外部との間にはフロントガラス１６が設けられる。フロントガラス１６の上端部はルーフ１８に接続される。ルーフ１８は、互いの前端が接合されるルーフパネル２０およびフロントルーフレール２２と、ルーフ１８の車室１２側に位置する内装部材２４と、を有する。内装部材２４の前部にはサンバイザ２６が取り付けられる。一方、フロントガラス１６の下部は車室１２内のダッシュボード２８と対向する。車室１２内であってフロントガラス１６の周辺にはヘッドアップディスプレイ装置１４が設けられる。

ヘッドアップディスプレイ装置１４は、ダッシュボード２８の内側に設けられるＨＵＤユニット３０と、ルーフ１８におけるフロントガラス１６の近傍に配置される第２反射器３６と、フロントガラス１６の一部である結像部５０と、を備える。

ＨＵＤユニット３０は、運転席９０（図２）の正面に配置され、樹脂製の筐体４０に収容される投影器３２と第１反射器３４と第３反射器３８とを有する。筐体４０には、内部から外部への光の通過、または、外部から内部への光の通過を許容する透明の窓４２が設けられる。

図１、図２に示されるように、本実施形態では、投影器３２から結像部５０まで投影光Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）が伝搬し、結像部５０で画像が表示される。投影光Ｐの光路上に配置される各光学機器について順に説明する。

投影器３２は、画像を表示する表示パネル４６と、表示パネル４６を照明する光源４４と、を有する。表示パネル４６は例えば液晶パネルであり、制御装置（不図示）から出力される指令に応じて画面を表示する。光源４４は例えばＬＥＤやプロジェクタである。光源４４が表示パネル４６を照明することにより、表示パネル４６に表示される画像を含む投影光Ｐ（Ｐ１）が投影器３２から出射される。

第１反射器３４は、投影器３２から出射される投影光Ｐ（Ｐ１）の光路上に配置される。第１反射器３４は、入射する投影光Ｐ（Ｐ１）を車両１０の幅方向に拡大して反射させる凸面鏡である。図３Ａに示されるように、第１反射器３４を車両１０の長さ方向および高さ方向と平行する平面で切断した断面形状を想定すると、その断面形状のうちの鏡面部分３４Ｍは直線状となる。また、図３Ｂに示されるように、第１反射器３４を車両１０の幅方向と平行する平面で切断した断面形状を想定すると、その断面形状のうちの鏡面部分３４Ｍは凸状となる。

第２反射器３６は、筐体４０の外部に配置され、且つ、第１反射器３４で反射される投影光Ｐ（Ｐ２）の光路上に配置される。本実施形態において、第２反射器３６は、フロントルーフレール２２、更に具体的にはフロントルーフレール２２の前端部に配置される。第２反射器３６は、入射する投影光Ｐ（Ｐ２）を車両１０の幅方向に拡大して反射させる凸面鏡である。図３Ｃに示されるように、第２反射器３６を車両１０の長さ方向および高さ方向と平行する平面で切断した断面形状を想定すると、その断面形状のうちの鏡面部分３６Ｍは直線状となる。また、図３Ｄに示されるように、第２反射器３６を車両１０の幅方向と平行する平面で切断した断面形状を想定すると、その断面形状のうちの鏡面部分３６Ｍは凸状となる。

第３反射器３８は、第２反射器３６で反射される投影光Ｐ（Ｐ３）の光路上に配置される。第３反射器３８は、入射する投影光Ｐ（Ｐ３）を車両１０の長さ方向および／または高さ方向に拡大して反射させる凹面鏡である。図３Ｅに示されるように、第３反射器３８を車両１０の長さ方向および高さ方向と平行する平面で切断した断面形状を想定すると、その断面形状のうちの鏡面部分３８Ｍは凹状となる。また、図３Ｆに示されるように、第３反射器３８を車両１０の幅方向と平行する平面で切断した断面形状を想定すると、その断面形状のうちの鏡面部分３８Ｍは直線状となる。

結像部５０は、第３反射器３８で反射される投影光Ｐ（Ｐ４）の光路上に配置され、入射する投影光Ｐ（Ｐ４）に含まれる画像を車両１０の乗員に視認可能に結像するフロントガラス１６である。

ヘッドアップディスプレイ装置１４によると、投影器３２から出射された投影光Ｐ（Ｐ１）は、第１反射器３４でルーフ１８の方向に反射し、窓４２を透過して、筐体４０の外部に伝搬する。その後、投影光Ｐ（Ｐ２）は、第２反射器３６でＨＵＤユニット３０の方向に反射し、窓４２を透過して、再び筐体４０の内部に伝搬する。その後、投影光Ｐ（Ｐ３）は、第３反射器３８で反射し、窓４２を透過して、結像部５０に達する。投影光Ｐ（Ｐ４）に含まれる画像が結像部５０で結像されると、運転者の目Ｅは、光路の長さに応じた遠方に虚像Ｖを認識する。

運転者の目Ｅが認識する虚像Ｖまでの距離、すなわち虚像Ｖの表示距離Ｄは、下記（１）式により表される。
表示距離Ｄ＝Ｌ＋ｍＳ・・・（１）
Ｌ：目Ｅから結像部５０までの距離＋第３反射器３８から結像部５０までの光路長
ｍ：第３反射器３８の拡大率
Ｓ：表示パネル４６から第３反射器３８までの光路長

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１４によれば、第１反射器３４から第２反射器３６に伝搬する投影光Ｐ２の光路長と、第２反射器３６から第３反射器３８に伝搬する投影光Ｐ３の光路長と、がフロントガラス１６の縦方向の長さ程度になる。このため、上記（１）式のＳが大幅に長くなり、拡大率ｍを大きくしなくても表示距離Ｄを長くすることができる。その結果、虚像Ｖを遠方に配置することができる。

［他の実施形態］
第１実施形態で使用される第１反射器３４を省略してもよい。すなわち、図４に示されるように、投影器３２から第２反射器３６に向けて投影光Ｐを直接出射するようにしてもよい。

第１反射器３４、第２反射器３６、第３反射器３８の他に反射器を設けてもよいし、光路上に他の光学機器（レンズ等）を設けてもよい。また、投影器３２に反射型液晶パネルを用いてもよい。

第２反射器３６の位置はルーフ１８とフロントガラス１６との境界の近傍であればよい。例えば、ルーフ１８近傍のフロントガラス１６に設けられていてもよい。ＨＵＤユニット３０は、助手席の正面に配置されていてもよい。

［実施形態のまとめ］
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１４は、画像情報を含む投影光Ｐを出射する投影器３２と、投影器３２から出射される投影光Ｐを所定の方向に反射させる複数の反射器（第１反射器３４、第２反射器３６、第３反射器３８）と、反射器で反射した投影光Ｐが示す画像を車両１０の乗員に視認可能に結像する結像部５０と、投影器３２と反射器のうちの少なくとも投影器３２を収容する筐体４０と、を有し、反射器のうちの少なくとも一部（第２反射器３６）が筐体４０の外部に配置される。筐体４０の外部に配置される第２反射器３６は、車両１０のルーフ１８におけるフロントガラス１６の近傍に配置される。

上記構成によれば、車室１２内の略最高位置にあるルーフ１８を反射位置として利用するため、投影器３２から結像部５０までの光路を長くすることができ、虚像Ｖを遠方に配置することができるようになる。その結果、乗員が視認する実世界に対して虚像Ｖをより適切に重ねることができるようになり、乗員は実世界の情報を直感的に認識することができるようになる。特に、ルーフ１８におけるフロントガラス１６近傍には遮蔽物がないため、光路の一部として利用可能である。また、ルーフ１８を反射位置として利用することにより、光路を長くするための反射部材の数を少なくすることができる。

筐体４０は、車両１０のダッシュボード２８の内側に設けられる。上記構成によれば、投影器３２から結像部５０までの光路にダッシュボード２８からルーフ１８までの長い光路が含まれるため、虚像Ｖをより遠方に配置することができる。

複数の反射器は、筐体４０に収容されて投影器３２から出射される投影光Ｐ１を反射させる第１反射器３４と、筐体４０の外部に配置されて第１反射器３４で反射した投影光Ｐ２を反射させる第２反射器３６と、筐体４０に収容されて第２反射器３６で反射した投影光Ｐ３を反射させる第３反射器３８と、を含む。結像部５０は、第３反射器３８で反射した投影光Ｐ４を車両１０の乗員に向けて反射させることで画像を乗員が視認可能とする。上記構成によれば、第１反射器３４と第２反射器３６との間の距離、および、第２反射器３６と第３反射器３８との間の距離を長くすることで光路長を長くすることができ、虚像Ｖをより遠方に配置することができる。更に、複数の反射器の位置を変えることにより光路の位置を変えられるため、光路の自由度が向上する。

第１反射器３４および第２反射器３６は、投影光Ｐを車両１０の幅方向に拡大させる凸面鏡である。第３反射器３８は、投影光Ｐを車両１０の長さ方向および／または高さ方向に拡大させる凹面鏡である。上記構成によれば、各反射器は、１方向（車両１０の幅方向、長さ方向、高さ方向）に凸形状または凹形状となる鏡面であればよいため、複数方向に凸形状または凹形状となる鏡面と比較して製造が容易である。

なお、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置１４は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…車両１２…車室
１４…ヘッドアップディスプレイ装置１６…フロントガラス
１８…ルーフ２８…ダッシュボード
３２…投影器３４…第１反射器（反射器）
３６…第２反射器（反射器）３８…第３反射器（反射器）
４０…筐体５０…結像部

Claims

画像情報を含む投影光を出射する投影器と、
前記投影器から出射される前記投影光を所定の方向に反射させる複数の反射器と、
前記反射器で反射した前記投影光が示す画像を車両の乗員に視認可能に結像する結像部と、
前記投影器と前記反射器のうちの少なくとも前記投影器を収容する筐体と、
を有し、前記反射器のうちの少なくとも一部が前記筐体の外部に配置されるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記筐体の外部に配置される前記反射器は、前記車両のルーフにおけるフロントガラスの近傍に配置され、
複数の前記反射器は、
前記筐体に収容されて前記投影器から出射される前記投影光を反射させる第１反射器と、
前記筐体の外部に配置されて前記第１反射器で反射した前記投影光を反射させる第２反射器と、
前記筐体に収容されて前記第２反射器で反射した前記投影光を反射させる第３反射器と、を含み、
前記結像部は、前記第３反射器で反射した前記投影光を前記車両の乗員に向けて反射させることで前記画像を乗員が視認可能とし、
前記第１反射器および前記第２反射器は、前記投影光を前記車両の幅方向に拡大させる鏡であり、
前記第３反射器は、前記投影光を前記車両の長さ方向および／または高さ方向に拡大させる鏡である
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記筐体は車両のダッシュボードの内側に設けられる
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１反射器および前記第２反射器は、凸面鏡であり、
前記第３反射器は、凹面鏡である
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。