JP6692180B2 - 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、コンバイナの位置が調整できないので、その位置が低い場合、映像が投影される位置もフロントウインドウの低い位置となり、運転者にとって視認し難いという問題があった。また、コンバイナが起立した状態で固定されているため、ＨＵＤ装置を使用していない時にもコンバイナが運転者の視界に入ってしまうという点で不便であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、不使用時にはコンバイナの収納が可能であって、使用時にはフロントウインドウの比較的高い位置に映像（虚像）を投影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、前記筐体内に設けられて、前記虚像の元となる画像の表示光を出射する表示部と、前記筐体内の前記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、回転軸を中心に前記筐体から起立して、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起立位置と、前記筐体内に収納されて、前記開口を閉塞する収納位置との間を変位するコンバイナと、前記回転軸と前記コンバイナとの間に接続されて、該コンバイナの回転半径を拡大する中継部材と、を備え、前記回転軸は、前記表示部に対して前記ミラー部が位置する側と反対側の領域に位置し、前記中継部材は前記回転軸に挿通され、前記起立位置に対応する起立状態と前記収納位置に対応する収納状態とに、当該回転軸を中心に切替え可能に構成され、前記中継部材の前記収納状態における収納箇所は、前記回転軸と前記表示部との間に設けられ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、コンバイナは、その回転半径を拡大する中継部材に接続されているので、虚像を投影する起立位置において、比較的高い位置に虚像を投影することが可能で、運転者にとって視認し易い表示とすることができる。また、コンバイナの収納位置では、コンバイナが筐体内に収納されるので、ＨＵＤ装置を使用していない時にコンバイナが運転者の視界に入ることもない。さらに、中継部材は、回転軸に取り付けられているので、当該回転軸と表示部との間の領域を利用することで、当該中継部材を収納することができる。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記コンバイナが前記収納位置にあるとき、前記中継部材が該コンバイナと共に前記筐体内に収納されて前記開口を閉塞し、前記コンバイナが前記起立位置にあるとき、前記中継部材に設けられたリブが前記筐体における該中継部材の収納箇所を閉塞することが好ましい。

この構成によれば、コンバイナの収納位置では、中継部材がコンバイナと共に筐体内に収納されて開口を閉塞する。一方、コンバイナの起立位置では、中継部材が収納されていた収納箇所が開口状になっていると、異物が進入したり、物が落下することがある。従って、このときは、中継部材に設けられたリブにより筐体における中継部材の収納箇所を閉塞する。これにより、ＨＵＤ装置の使用時に、異物の進入等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、前記コンバイナが前記収納位置にあるとき、前記コンバイナが前記ミラー部と前記表示部との間に形成された開口を閉塞し、前記中継部材が前記中継部材の収納箇所を閉塞することが好ましい。

この構成によれば、コンバイナの収納位置では、コンバイナがミラー部と表示部との間に形成された開口を閉塞する。また、中継部材の収納箇所（開口の一部）については、コンバイナの起立位置ではリブにより該収納箇所が閉塞されるが、コンバイナの収納位置では中継部材により該収納箇所を閉塞することができる。

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と表示領域の例。 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装置のアーム部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。

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。

また、ミラー部２ａの下方（表示装置７と対向する箇所）には、光を散乱又は吸収する被照射部２ｂを設けている。本実施形態の被照射部２ｂ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ローレット形状である。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。

被照射部２ｂは、光をミラー部２ａの方向に反射しないものであれば、どのような構造であってもよい。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。

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（本発明の「中継部材」）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。詳細は後述するが、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設けられた部材である。

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を構成するアーム部４の詳細を説明する。

アーム部４の回転軸部４’は、ＨＵＤ装置１を起動したときモータの駆動により時計回りに回転し、コンバイナ９の起立位置で静止する。アーム部４は、回転軸部４’の回転軸中心から放射方向に延出しており、回転軸部４’とコンバイナ９とを中継している。

また、アーム部４には、リブ４ａが設けられている。コンバイナ９が収納位置にあるとき、リブ４ａは表示装置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。

以上のように、本実施形態のＨＵＤ装置１は、コンバイナ９が、ミラー部２ａで反射された表示光を集光することで表示領域Ｒに虚像を投影する起立位置と、筐体内に収納されて、開口８を閉塞する収納位置との間を変位させることができる。コンバイナ９は、その回転半径を拡大するアーム部４に取り付けられているので、起立位置においてコンバイナ９の位置を高く保ち、表示領域Ｒをフロントウインドウの高い位置に表示することができる。これにより、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、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、４…アーム部（中継部材）、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、
   前記筐体内に設けられて、前記虚像の元となる画像の表示光を出射する表示部と、
   前記筐体内の前記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、
   回転軸を中心に前記筐体から起立して、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起立位置と、前記筐体内に収納されて、前記開口を閉塞する収納位置との間を変位するコンバイナと、
   前記回転軸と前記コンバイナとの間に接続されて、該コンバイナの回転半径を拡大する中継部材と、を備え、
   前記回転軸は、前記表示部に対して前記ミラー部が位置する側と反対側の領域に位置し、
   前記中継部材は前記回転軸に挿通され、前記起立位置に対応する起立状態と前記収納位置に対応する収納状態とに、当該回転軸を中心に切替え可能に構成され、
   前記中継部材の前記収納状態における収納箇所は、前記回転軸と前記表示部との間に設けられ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、
   前記コンバイナが前記収納位置にあるとき、前記中継部材が該コンバイナと共に前記筐体内に収納されて前記開口を閉塞し、
   前記コンバイナが前記起立位置にあるとき、前記中継部材に設けられたリブが前記筐体における該中継部材の収納箇所を閉塞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. 請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記コンバイナが前記収納位置にあるとき、前記コンバイナが前記ミラー部と前記表示部との間に形成された開口を閉塞し、前記中継部材が前記中継部材の収納箇所を閉塞することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。