JP6655423B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車室に配置されて、運転者の前方に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

従来、自動車のフロントウインドウに速度表示や簡単な道案内表示をすることができるヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display：HUD）装置が知られている。ヘッドアップディスプレイ装置を使用した場合、車の運転者は、運転中にほとんど視線を移動させることなく、各種情報を取得することができる。

例えば、下記特許文献１のＨＵＤ装置は、車両のダッシュボード上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。ＨＵＤ装置内部の表示器から出射される表示光は、反射部で反射され、曲面を有する板状のハーフミラーであるコンバイナに向かう。

コンバイナの凹面は表示光を集光する機能があり、集光した表示光の虚像をコンバイナの前遠方に形成することができる。従って、視認者（運転者）は、その虚像と前方の外景等の双方を同時に視認することができる（段落００１０，００１９〜００２１，図３）。

特開２０１５−００４９２７号公報

しかしながら、特許文献１のＨＵＤ装置は、表示器が前傾した状態で配設されているため、装置底面で一度反射してから反射部に入射する表示光が多くあると考えられる。このような場合、反射した表示光（迷光）が集中して反射部に入射し、最終的にコンバイナで反射される。そして、所望の虚像とは別の、意図しない迷光による反射像がコンバイナに投影されて、虚像が不鮮明になるおそれがある。なお、これらの意図しない反射像が投影される位置は、コンバイナの下部であることが多い。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、装置内部で反射してからミラー部に入射する表示光を減少させて、鮮明な映像（虚像）を表示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、車室に配置されて、運転者の前方に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、上面に開口を有する筐体と、前記筐体内の前記虚像の元となる画像の表示光が入射する位置に配設されて、該表示光が前記開口を通過するように反射させるミラー部と、前記筐体内に表示面を直立状態から前記ミラー部に向かって所定角度前傾して配設されて、前記表示光を出射する表示部と、前記ミラー部で反射された表示光を集光することで前記虚像を投影するコンバイナと、前記表示部から前記ミラー部の下方に出射された表示光が、該ミラー部の方向に反射することを妨げる反射妨害部と、を備え、前記反射妨害部は、前記表示部と前記ミラー部との間に設けられた底板であり、前記底板は、前記表示部側から前記ミラー部側に向かうに従って下方へ傾斜していることを特徴とする。

本発明では、表示部から虚像の元となる画像の表示光が出射され、ミラー部で反射される。そして、反射された表示光は、筐体の上面にある開口を通過してコンバイナで集光されることで、運転者の前方に虚像が現れる。

ここで、表示部からミラー部の下方に出射された表示光（例えば、表示光の光路中の底面等で反射された光）が、ミラー部に入射することを妨げる反射妨害部を備えていることにより、下方に出射された表示光が反射等によってミラー部へ局所的に入射することで虚像が不鮮明になるのを防止することができる。

また、反射妨害部として表示部とミラー部の間に底板を設けることで、底板の上側を通過した表示光はミラー部又はその周辺に入射し、底板の下側を通過した表示光はミラー部に入射しなくなる。また、底板は、筐体の底面等で反射された光がミラー部に入射しないように遮る役割もあり、底板の上側を通過した表示光により、鮮明な虚像を作ることができる。

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記ミラー部の下方に、前記表示部から出射された表示光が入射されたとき、該入射された光を散光又は吸光する被照射部を備えていることが好ましい。

この構成によれば、表示部から出射されて、ミラー部の下方に外れた表示光は、被照射部に入射する。被照射部に入射した表示光は散光（散乱）されるか、吸光（吸収）されるので、少なくとも被照射部に入射した表示光が、その後ミラー部に入射することがなくなる。これにより、ミラー部から外れた表示光が虚像に悪影響を及ぼすのを防止することができる。

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記被照射部は、前記表示部と対向する箇所がローレット形状とされ、該ローレット形状の作用によって該表示部からの入射光を散光することが好ましい。

この構成によれば、部材の形状として、一般的なローレット形状を用いることで、表示部からの入射光を散光する被照射部を容易に形成することができる。

本発明の実施形態のＨＵＤ装置の全体構成図。 フロントウインドウの視界Ｖと表示領域Ｒの例。 コンバイナを起立させた状態のＨＵＤ装置の図１のＡ−Ａ線断面図。 コンバイナが収納された状態のＨＵＤ装置の図１のＡ−Ａ線断面図。 ＨＵＤ装置の第１キャビネットの詳細を説明する図。

以下、本発明の実施形態のヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置）について説明する。

まず、図１に、ＨＵＤ装置１の全体構成図を示す。

ＨＵＤ装置１は、車室のダッシュボードに組み込まれた装置であり、その筐体は、運転者Ｄ側（前方）に位置する第１キャビネット２と、装置中央に位置する第２キャビネット３と、後述するアーム部４を支持する支持カバー５と、上記各部材の底面側に配置される底面カバー６とで構成される。

ＨＵＤ装置１が表示する映像の元となる画像を表示する表示装置７は、第２キャビネット３の下側の空間に配設される。また、後述するミラー部２ａ（図示省略）及びコンバイナ９は、それぞれ第１キャビネット２、ＨＵＤ装置１のフロントウインドウ側（後方）に位置するアーム部４に取り付けられている。

車両の運転者Ｄは、ＨＵＤ装置１の手前側に位置している。表示装置７の画像は、ミラー部２ａで反射された後にコンバイナ９で拡大され、その後方のフロントウインドウに虚像を作る。この虚像が、ＨＵＤ装置１による映像であり（以下、虚像と映像は同じものを指す）、表示装置７から運転者Ｄにとって有益な情報を出力することで、フロントウインドウの表示領域Ｒにその情報が投影される。

図２は、運転者Ｄのフロントウインドウの視界Ｖと表示領域Ｒを例示したものである。

視界Ｖの最下域は、通常、運転者Ｄが運転する車両Ｘのボンネットが見えている。従って、表示領域Ｒは、ボンネットの位置より上側となることが好ましい。詳細は後述するが、本実施形態のＨＵＤ装置１では、起立した状態のコンバイナ９の位置が高くなるように取付け構造を工夫して、表示領域Ｒの位置を高く保っている。

また、図示するように、表示領域Ｒによって前方を走る車両や建物、景色等が遮られることもない。表示領域Ｒには、主に車両Ｘの速度や簡単な道案内の表示が行われるが、その他にも、現在時刻や目的地の到着予定時刻等を表示してもよい。

次に、図３Ａ，３Ｂに、ＨＵＤ装置１の断面図を示す。

まず、図３Ａは、コンバイナ９を起立させた状態におけるＨＵＤ装置１の断面図（図１のＡ−Ａ線断面図）である。表示装置７（本発明の「表示部」）は、第２キャビネット３の下側の空間に、直立状態（底面から垂直に起立した状態）からミラー部２ａに向かって約３０°前傾させて配設されている。表示装置７は、車両の速度や進む方向を示す矢印等がドット表示できれば、蛍光表示管でも、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶等の液晶ディスプレイでも使用可能である。

第１キャビネット２には、表示装置７の表示光が入射する位置に、表示装置７とほぼ同じ角度を傾けて、ミラー部２ａが取り付けられている。例えば、表示装置７のみを直立させて配設した場合、ミラー部２ａに投影される像が歪み、最終的な表示領域Ｒの映像まで歪んでしまう。これを防止するため、ミラー部２ａ及び表示装置７をほぼ同じ角度にしている。

表示装置７から出射された表示光は、ミラー部２ａに入射して反射される。そして、反射された表示光は、ＨＵＤ装置１の筐体上面にある開口８を通過して、凹面を有するハーフミラーであるコンバイナ９の方向に進む。

ここで、第２キャビネット３の表示装置７の表示光が進む光路には、後述する被照射部２ｂの下方から延出して、表示装置７の表示面と直交する方向に傾斜させた底板３ａ（本発明の「反射妨害部」）が設けられている。仮に、この光路中に水平面を設けてしまうと、表示光が水平面に反射してミラー部２ａの局所に集中し、表示領域Ｒの映像が不鮮明になるおそれがある。これを防止するため、底板３ａが設けられている。

また、ミラー部２ａの下方には、光を散乱又は吸収する被照射部２ｂを設けている。詳細は後述するが、被照射部２ｂは、光をミラー部２ａの方向に反射しなければ、どのような構造であってもよい。例えば、被照射部２ｂに入射した表示光は散乱されることで、その後、ミラー部２ａの方向に進まなくなるので、表示領域Ｒの映像にも悪影響を及ぼさない。

表示装置７から出射された表示光は、底板３ａの上側を通過すれば、ミラー部２ａ又は被照射部２ｂに入射する。底板３ａで反射される表示光もあるが、入射角が小さいため、反射された光のほとんどは被照射部２ｂに入射することになる。すなわち、仮に底板３ａで反射されても、表示領域Ｒの映像に影響はない。

また、表示装置７から出射された表示光は、表示装置７が載置された載置部材７ａに入射することがあるが、主に底板３ａに遮られてミラー部２ａには入射しないようになっている。

アーム部４は、コンバイナ９の回動機構と連動している。図示するように、コンバイナ９は、回転軸部４’に挿通されたアーム部４に取り付けられている。なお、図３Ａは、ＨＵＤ装置１の使用時、すなわち、コンバイナ９が最も起立した起立位置である。

コンバイナ９をアーム部４の略中央に取り付けたことで、コンバイナ９の回転半径が拡大し、回転軸部４’の中心とコンバイナ９の高さ方向の中心との距離は、従来の約１．２倍となった。これにより、フロントウインドウに投影される表示領域Ｒの位置を高く保つことが可能になった。

また、表示領域Ｒの大きさは、コンバイナ９の曲率の大きさと、光学距離の長さに依存する。曲率を大きくした場合は、映像の歪みが大きくなってしまうので、ミラー部２ａとハーフミラーであるコンバイナ９により表示光を２回反射させるようにして、光学距離を長くとっている。本実施形態のＨＵＤ装置１は、表示装置７とミラー部２ａとの間の距離を短くしている分、コンバイナ９を後方に下げ、ミラー部２ａとコンバイナ９との間の距離を長くした。

このような構造とすることで、ＨＵＤ装置１は、従来のＨＵＤ装置より奥行き方向の幅を小さくすることに成功した。すなわち、本実施形態のＨＵＤ装置１は、中・小型車のダッシュボードにも搭載することができる。

また、アーム部４には、リブ４ａが設けられている。リブ４ａは、コンバイナ９の起立位置において、第２キャビネット３とアーム部４の間に隙間が生じないようにするために設けられた部材である。

また、リブ４ａは、コンバイナ９が収納位置にあるとき、表示装置７の後方付近に移動しているが（図３Ｂ参照）、コンバイナ９が起立位置に到達すると、リブ４ａの上面がほぼ水平になる。

コンバイナ９の位置を高くするため、コンバイナ９をアーム部４に取り付けたが、コンバイナ９を起立させたとき、アーム部４の収納箇所が隙間になっては、異物が進入したり、物が落下してしまう可能性がある。また、ＨＵＤ装置１の使用時にアーム部４の前方に隙間があると装置の美観が損なわれてしまうので、アーム部４にリブ４ａを設けて、その隙間（アーム部４の収納箇所）を閉塞するようにしている。

次に、図３Ｂは、コンバイナ９が収納された状態におけるＨＵＤ装置１の断面図である。図示するように、コンバイナ９を、その起立位置（図３Ａ）から徐々に前側に倒していった場合、コンバイナ９とアーム部４により開口８の全域が閉塞される。図３Ｂは、ＨＵＤ装置１の不使用時、すなわち、コンバイナ９が収納された収納位置である。

この収納位置では、ＨＵＤ装置１を使用する際にコンバイナ９を起立させ易いように、第１キャビネット２とコンバイナ９の先端部分の間に僅かな隙間があるが、第１キャビネット２の上面とコンバイナ９の裏面とにより１つの曲面を形成している。これにより、ＨＵＤ装置１の不使用時に装置全体の見栄えがよく、コンバイナ９が運転者Ｄの視界を遮ることもない。

次に、図４を参照して、ＨＵＤ装置１を構成する第１キャビネット２の詳細を説明する。

第１キャビネット２の表示装置７と向かい合う面には、ミラー部２ａが取り付けられている。表示装置７から出射された表示光は、主にミラー部２ａに入射して開口８、コンバイナ９の方向に反射されるが、ミラー部２ａに入射しない表示光もある。

例えば、光路空間にある所定の平面（底面等）に表示光が入射し、反射された場合、さらにその反射光が集中してミラー部２ａに入射して、表示領域Ｒの映像が不鮮明になることがある。そこで、このような弊害を防止するため、本実施形態の第１キャビネットには、ミラー部２ａの下方（表示装置７と対向する箇所）にローレット形状の被照射部２ｂを設けている。

ローレット形状とは、具体的には、半円柱を、その曲面側に表示光が入射するように複数個並べた構造である。被照射部２ｂに入射した表示光は、主に水平方向に逃がされるので、その後、ミラー部２ａに入射する表示光はなくなる。また、コンバイナ９の方向に進む表示光はあったとしても僅かになるので、表示領域Ｒの映像に悪影響を及ぼさない。すなわち、表示領域Ｒの映像が非常に鮮明になり、運転者Ｄが視認し易いものとすることができる。

以上のように、本実施形態のＨＵＤ装置１は、表示装置７からミラー部２ａの下方に出射された表示光がミラー部２ａに入射するのを防止する底板３ａを、表示装置７からミラー部２ａの間に設ける。これにより、装置内部で反射された表示光がミラー部に集中して虚像が不鮮明になるのを防止することができ、運転者Ｄは、表示領域Ｒに表示される各種情報を視認し易くなる。

上記実施形態は、本発明の実施形態の一例であり、これ以外にも様々な変形例が考えられる。例えば、被照射部２ｂはローレット形状に限らず、シボ加工された表面等、光を散乱する構造であればよい。また、被照射部２ｂの領域にフェルトを貼付して、吸光するようにしてもよい。

第２キャビネット３の底板３ａは、表示装置７の表示面と垂直な方向と同等の傾斜であればよい。特に、底板３ａが表示装置７側からミラー部２ａ側に向かうに従って下方へ傾斜していれば、仮に表示装置７から出射された表示光が底板３ａで反射されても、その角度は小さく、ミラー部２ａには入射しない。なお、底板３ａのような部材を特に設けず、表示光が進む光路空間として開放しておいてもよい。

表示装置として、そのものが発光しない液晶ディスプレイを使用することもできるが、併せてバックライトが必要となる。また、表示装置の傾きは、直立状態から約３０°と説明したが、これに限られず、適宜調整することができる。

１…ＨＵＤ装置、２…第１キャビネット、２ａ…ミラー部、２ｂ…被照射部、３…第２キャビネット、３ａ…底板（反射妨害部）、４…アーム部、４ａ…リブ、４’…回転軸部、５…支持カバー、６…底面カバー、７…表示装置（表示部）、７ａ…載置部材、８…開口、９…コンバイナ。

Claims (3)

1. 車室に配置されて、運転者の前方に虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   上面に開口を有する筐体と、
   前記筐体内の前記虚像の元となる画像の表示光が入射する位置に配設されて、該表示光が前記開口を通過するように反射させるミラー部と、
   前記筐体内に表示面を直立状態から前記ミラー部に向かって所定角度前傾して配設されて、前記表示光を出射する表示部と、
   前記ミラー部で反射された表示光を集光することで前記虚像を投影するコンバイナと、
   前記表示部から前記ミラー部の下方に出射された表示光が、該ミラー部の方向に反射することを妨げる反射妨害部と、を備え、
   前記反射妨害部は、前記表示部と前記ミラー部との間に設けられた底板であり、
   前記底板は、前記表示部側から前記ミラー部側に向かうに従って下方へ傾斜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. 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、
   前記ミラー部の下方に、前記表示部から出射された表示光が入射されたとき、該入射された光を散光又は吸光する被照射部を備え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。
3. 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記被照射部は、前記表示部と対向する箇所がローレット形状とされ、該ローレット形状の作用によって該表示部からの入射光を散光することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。