JP7000960B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本開示は、防塵シートを有するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車載用のヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）装置の筐体には、表示光を通過する開口部が設けられており、その開口部は防塵シートによって覆われている。
下記特許文献１では、防塵シートで反射した外来光が、ウィンドシールドを経由してアイレンジに到達することを抑制するために、防塵シートを湾曲させることで、ＨＵＤ装置を支持する車両部位（以下、ベゼル）の壁面に、外来光の反射光を集光させる技術が開示されている。なお、ここでのベゼルは、インストルメントパネル（以下、インパネ）の上面からＨＵＤ装置が保持される位置までの奥行きを形成する壁面である。

特開２０１６－３０４６１号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、特許文献１に記載の従来技術では、以下の課題が見出された。
即ち、防塵シートは、平板状のシートを弾性変形によって湾曲させているため、元の形状に戻ろうとする反発力が発生する。その結果、筐体の開口縁部に固定される防塵シートの周縁部から離れるほど、即ち、防塵シートの中央付近ほど、防塵シートの反発力を拘束することができず、筐体に固定された防塵シートの形状は、設計された湾曲面より、凹面側に浮き上がる。この問題は、防塵シートの曲率を大きくするほど、より顕著なものとなる。

例えば、車両におけるＨＵＤ装置の収納スペースの削減するために、よりインパネの上面に近い位置にＨＵＤ装置を配置することが考えられる。この場合、ベゼル、即ち、防塵シートからの反射光を受ける面が小さくなるため、反射光がより狭い範囲に収束するように、防塵シートの曲率を大きくする必要があった。

本開示の１つの局面は、設計の狙い面に沿って防塵シートを湾曲させる技術を提供することにある。

本開示の一態様によるヘッドアップディスプレイ装置は、筐体（２）と、防塵シート（３）と、を備える。
筐体は、表示用の光信号を通過させる開口部（２ａ）を有する。防塵シートは、平板状に形成され、対向する２つの辺を特定辺として、二つの特定辺を接近させて湾曲した形状に弾性変形させた状態で、開口部に取り付けられる。そして、二つの特定辺が取り付けられる開口部の二つの縁部（２１，２２）のうち少なくとも一方の縁部は、湾曲した防塵シートが元の形状に戻ろうとする反発力が作用する方向とは反対方向に湾曲した補正形状を有する。

このような構成によれば、特定辺が固定される開口部の縁部が補正形状を有することにより、防塵シートの反発力によりより発生する防塵シートの湾曲形状のずれを抑制すること、即ち、防塵シートの湾曲形状を設計で狙った形状に精度よく合わせることができる。その結果、防塵シートからの反射光がアイレンジに到達することでドライバ前方の視認性を低下させてしまうことを抑制できる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

ヘッドアップディスプレイ装置の斜視図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の取付状態、及び作用を示す説明図である。 湾曲した防塵シートの作用を示す説明図である。 筐体と防塵シートの概略構成を示す模式図である。 防塵シートの湾曲形状により発生する反発力の作用を示す説明図である。 筐体上面の前縁部におけるシート取付面の形状、およびシート取付面の形状の設計に用いるパラメータを示す説明図である。 防塵シートを筐体に固定するピンの構成及び使用状態を示す説明図である。 筐体に固定された防塵シートの形状を説明する模式図である。 第２実施形態のヘッドアップディスプレイ装置において、前縁部のシート取付面の形状の設計に用いるパラメータを示す説明図である。 第３実施形態のヘッドアップディスプレイ装置における前縁部のシート取付面での防塵シートの固定構造を示す説明図である。 第４実施形態のヘッドアップディスプレイ装置における前縁部のシート取付面での防塵シートの固定構造を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１及び図２に示すヘッドアップディスプレイ（以下、ＨＵＤ）装置１は、車両に搭載され、車両の前方に位置するウィンドシールドまたはコンバイナーを被投影部材７として表示光を投影することにより、表示光が示す情報を、車両の前景に重畳された虚像Ｖとしてドライバに認識させる装置である。ＨＵＤは、Head-Up Displayの略である。なお、本実施形態では、被投影部材７がウィンドシールドである場合について説明する。

ＨＵＤ装置１は、車両前方のウィンドシールド７の下方、車両の前席正面に設けられたインストルメントパネル（以下、インパネ）８の内部に設けられる。そして、ＨＵＤ装置１から投射された表示光は、ウィンドシールド７に反射してドライバの視線、すなわちアイレンジＥＲに向かう。これによりドライバは、表示光が表す情報を車両の前景に重畳された虚像Ｖとして認識する。なお、アイレンジＥＲは、ドライバの目の位置を統計的に示した分布の範囲である。

インパネ８は、その上面にＨＵＤ装置１からの表示光を通過させるインパネ開口部８ａを有する。インパネ開口部８ａから下方に向けて壁部８１が形成され、壁部８１の先端と接する位置にＨＵＤ装置１は設置される。なお、壁部８１における車両前方側の壁面を遮光面８１ａという。遮光面８１ａは、インパネ８の上面から車両前方の下方に向けて傾斜して設けられる。

ＨＵＤ装置１は、筐体２と、防塵シート３とを備える。
筐体２は、表示ユニットを収納する収納空間を形成する。筐体２は、車両に設置された状態で、インパネ開口部８ａを介してウィンドシールド７と対向する上面（以下、筐体上面）に、収納空間と外部空間とを連通させる筐体開口部２ａを有する。以下では、筐体２の上面の開口縁部のうち、車両に設置した状態で車両の前方側に位置する部位を前縁部２１、車両の後方側に位置する部位を後縁部２２、前縁部２１と後縁部２２の間に位置する部位を側縁部２３，２４という。

筐体２の収納空間に収納される表示ユニットは、図示を省略するが、表示部と光学系を有する。表示部は、画像を表示する液晶パネル等で構成され、虚像を形成するための表示光を放射する。光学系は、反射鏡およびレンズを含む複数の光学部品を有し、表示部から照射された表示光が、筐体開口部２ａを介して外部に投射されるように表示光を導く。

防塵シート３は、可視光を透過する樹脂材料で形成された平板状のシート材である。防塵シート３は、筐体開口部２ａの全体を覆うように筐体２の上面の前縁部２１，後縁部２２，側縁部２３，２４に取り付けられる。

ここで、防塵シート３が取り付けられる筐体２の上面の形状について説明する。以下では、ＨＵＤ装置１を車両に設置した状態で、車両の前後方向をＸ軸方向、車両の幅方向をＹ軸方向、車両の高さ方向をＺ軸方向という。

筐体２の上面は、側縁部２３，２４が下方（即ち、筐体２の収納空間）に向かって凹んだ湾曲形状を有する。この湾曲形状を側縁形状という。つまり、筐体２の上面に取り付けられる防塵シート３のＸ－Ｚ断面形状も、この側縁形状に沿って湾曲した形状を有する。

防塵シート３のＸ－Ｚ断面形状は、図３に示すように、防塵シート３に入射する特定外来光の反射光が、すべて遮光面８１ａに向かうような形状に設計される。ここで特定外来光とは、アイレンジＥＲに向かう表示光の経路、特に、ウィンドシールド７と防塵シート３との間の経路に沿って防塵シート３入射される外来光をいう。つまり、例えば、ウィンドシールド７を介して上方から防塵シート３に入射する特定外来光は、防塵シート３で反射しても遮光面８１ａに向かうため、この反射光がアイレンジＥＲに到達することはなく、ドライバに視認されることはない。また、特定外来光以外の外来光は、防塵シート３で反射しても、その反射光は、アイレンジＥＲ外に向かうため、この反射光もドライバに視認されることはない。つまり、遮光面８１ａの位置から防塵シート３に向かう角度で入射される外来光の反射光のみが、アイレンジＥＲに至る経路に向かうが、そのような角度で入射する外来光は、遮光面８１ａを含むインパネ８によって遮断されるため、防塵シート３からの反射光が、ドライバに視認されることがない。

なお、図３は、遮光面８１ａにおけるインパネ８の上面からＨＵＤ装置１までの奥行きがＡ，Ｂであり、Ａ＞Ｂの場合を示す。図３からわかるように、奥行きを狭くするほど、インパネ８内でのＨＵＤ装置１の設置スペースを削減できるが、防塵シート３の湾曲形状の曲率を大きく設定する必要がある。

反射光が遮光面８１ａに集光されるような防塵シート３の形状、ひいては筐体２の上面の形状は、図４に示すように、Ｘ軸に沿って、概ね後縁部２２から前縁部２１に近づくほど曲率が大きくなるように、連続的に曲率が変化するように構成される。また、防塵シート３は、筐体２の上面に取り付けられた状態では、前縁部２１及び後縁部２２に取り付けられる二つの辺を特定辺として、この二つの特定辺を互いに接近させることで形成される湾曲した形状を有する。なお、防塵シート３において特定辺以外の二つの辺を側辺という。

防塵シート３は、平板状のシートを弾性変形させることで湾曲させるため、防塵シート３には、元の形状に戻ろうとする反発力が発生する。この反発力は、防塵シート３が筐体２に固定される周縁部では十分に押さえることができるが、周縁部から遠ざかるほど、即ち、防塵シート３の中心付近ほど、反発力を押さえる力が弱まる。その結果、図５に示すように、防塵シート３のＸ－Ｚ断面形状は、側縁部２３，２４付近では、図５中の破線で示すように設計で狙った形状（即ち、側縁形状）が実現される。しかし、防塵シート３のＸ－Ｚ断面形状は、側縁部２３，２４から離れるほど、図５中の実線で示すように、側縁形状より浮き上がった形状、即ち、湾曲の曲率がより小さい形状となる。そして、側縁形状からの防塵シート３の浮き量は、Ｘ－Ｚ断面内では、湾曲形状の曲率が最大となる位置に近づくほど大きくなり、Ｙ－Ｚ断面内では、防塵シート３の中心に近づくほど大きくなる。また、防塵シート３の反発力、ひいては側縁形状からの浮き量は、防塵シート３を大きく湾曲させるほど大きくなる。

この反発力による防塵シート３の浮きを抑制するために、前縁部２１のシート取付面２１ａは、図６に示すように、湾曲した凹部を有する。このシート取付面２１ａの凹部の形状（以下、補正形状）は、例えば、以下のようにして設定される。

シート取付面２１ａの補正形状での最大へこみ量βは（１）式に従って設定され、また、補正形状は、防塵シート３のＹ－Ｚ断面形状を上下反対にした相似形状に設定される。
β＝α×Ｋ （１）
αは、シート取付面２１ａを平面にした場合に、防塵シート３の浮き量が最も大きくなる部位での浮き量である。Ｋは、補正係数であり、浮き量αを取得したＹ－Ｚ断面で、防塵シート３を平面形状とするために必要な最大へこみ量βを実験またはシミュレーションによって求め、その結果を用いて予め算出された値を用いる。

後縁部２２のシート取付面は、平面に形成される。但し、後縁部２２のシート取付面にも、前縁部２１と同様の凹部が形成されてもよい。
図１に戻り、防塵シート３は、複数のピン４を用いて筐体開口部２ａを覆うように固定される。複数のピン４は、少なくとも、前縁部２１のシート取付面２１ａに形成された凹部のＹ軸方向の両端付近、同じくシート取付面２１ａに形成された凹部のへこみ量が最大となる部位付近、側縁部２３，２４の後縁部２２側端付近、及び側縁部２３，２４において側縁形状の曲率が最も大きくなる部位（或いは浮き量が最大となる部位）付近のそれぞれにて防塵シート３の特定辺および側辺を固定する。

ピン４は、図７に示すように、円板状の本体４１と、本体の第１の面に突設された取手部４２と、本体の第２の面に突設された複数の脚部４３とを有する。複数の脚部４３は、その先端に、互いに外方向を向くように突設された係合爪４４を有する。

ピン４は、複数の脚部４３を、弾性変形させた状態で筐体２の上面に形成された孔に挿入し、孔を通過した脚部４３が元の形状に戻ることで係合爪４４を孔の裏面側に係合させることで固定される、いわゆるスナップフィット構造を有する。

筐体２の上面に固定された防塵シート３は、図８に示すように、Ｘ－Ｚ断面が湾曲形状を有すると共に、前縁部２１に固定される特定辺も、Ｙ－Ｚ断面が湾曲形状を有する。
［１－２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

（１ａ）ＨＵＤ装置１によれば、前縁部２１のシート取付面２１ａの補正形状により、湾曲した状態で筐体２に取り付けられた防塵シート３の反発力によって発生する湾曲形状のずれを抑制することができる。つまり、防塵シート３のＸ－Ｚ断面の湾曲形状を設計で狙った形状に精度よく合わせることができ、その結果、防塵シート３からの反射光によって、ドライバ前方の視認性が低下することを抑制できる。

（１ｂ）ＨＵＤ装置１によれば、防塵シート３のＸ－Ｚ断面の湾曲形状の曲率を大きくしても、シート取付面２１ａの補正形状を適宜設定することにより、Ｘ－Ｚ断面の形状を狙った形状に合わせることができる。従って、ＨＵＤ装置１を、よりインパネ８の上面近くに設置することができ、インパネ８内のスペースの利用効率を向上させることができる。

［２．第２実施形態］
［２－１．第１実施形態との相違点］
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、前縁部２１のシート取付面２１ａにおける凹部の形状（即ち、補正形状）が、１箇所の浮き量αだけを用いて設計されている。これに対し、第２実施形態では、シート取付面２１ａの補正形状が複数個所の浮き量α１～α３を用いて設計される点で、第１実施形態と相違する。

図９に示すように、第１実施形態と同様に、防塵シート３のＸ－Ｚ断面において浮き量が最も大きくなる点を通るＹ－Ｚ断面において、複数点Ｐ１～Ｐ３について、シート取付面２１ａが平面である場合の防塵シート３の浮き量α１～α３を計測する。

各点Ｐ１～Ｐ３に対応したへこみ量β１～β３を、（２）～（４）式を用いて算出する。
β１＝α１×Ｋ１ （２）
β２＝α２×Ｋ２ （３）
β３＝α３×Ｋ３ （４）
Ｋ１～Ｋ３は、補正係数であり、浮き量α１～α３を取得したＹ－Ｚ断面で、防塵シート３を平面形状とするために必要なへこみ量β１～β３を実験またはシミュレーションによって求め、その結果を用いて予め算出された値を用いる。

そして、シート取付面２１ａの補正形状は、Ｐ１～Ｐ３及びβ１～β３にて決まる３点を通る滑らかな曲線を求めることで設定する。
なお、浮き量を計測する地点の数、ひいてはへこみ量を算出する地点の数は、３点に限るものではなく、２点でもよいし、４点以上であってもよい。各地点の配置は、均等間隔でもよいし、不均等な間隔でもよいし、左右対称でもよいし、左右で非対称であってもよい。

［２－２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２ａ）シート取付面２１ａの補正形状を、複数点Ｐ１～Ｐ３で測定した浮き量α１～α３に基づいて決定するため、防塵シート３のＸ－Ｚ断面の湾曲形状を設計で狙った形状により精度よく合わせることができる。

［３．第３実施形態］
［３－１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、筐体２の前縁部２１での防塵シート３の固定にピン４を用いている。これに対し、第３実施形態では、前縁部２１については、ピン４の代わりにシート取付面２１ａとの間に防塵シート３を挟みこむことで固定する挟持部材５を用いる点で、第１実施形態と相違する。

挟持部材５は、図１０に示すように、平板状の部材であり、シート取付面２１ａに当接させる当接面５ａに、シート取付面２１ａの凹部の湾曲形状に対して、相補的な形状を有する凸部が設けられる。

前縁部２１で防塵シート３を固定する場合、シート取付面２１ａに搭置された防塵シート３を、挟持部材５を用いて、シート取付面２１ａの凹部と当接面５ａの凸部とをかみ合わせた状態では挟み込んで固定する。筐体２に対する挟持部材５の固定には、接着剤を用いてもよいし、第１実施形態と同様のピンを用いてもよい。

［３－２．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（３ａ）前縁部２１に固定される防塵シート３の特定辺の形状を、設計で狙った形状に、より確実に保持できるため、防塵シート３のＸ－Ｚ断面の湾曲形状を、設計で狙った形状により精度よく合わせることができる。

［４．第４実施形態］
［４－１．第１実施形態との相違点］
第３実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

前述した第１実施形態では、筐体２の前縁部２１での防塵シート３の固定にピン４を用いている。これに対し、第４実施形態では、防塵シート３の端部が差し込まれる保持部材６を用いる点で、第１実施形態と相違する。

保持部材６は、図１１に示すように、平板状の部材であり、防塵シート３の厚さと略同じ溝幅を有した差込溝６ａを有する。差込溝６ａは、第１実施形態および第２実施形態で説明したシート取付面２１ａの補正形状と同様の形状を有する。

保持部材６は、シート取付面２１ａに予め固定されていてもよいし、差込溝６ａに防塵シート３を差し込んだ後、シート取付面２１ａに固定されてもよい。また、差込溝６ａに差し込まれた防塵シート３が、差込溝６ａから脱落しないように固定するために、接着剤を用いたり、差込溝６ａ内の防塵シート３を含めて保持部材６を挿通するピン等を用いたりしてもよい。

［４－２．効果］
以上詳述した第４実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）（１ｂ）及び第３実施形態の効果（３ａ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（４ａ）差込溝６ａに防塵シート３を差し込むだけで、前縁部２１に固定される防塵シート３の特定辺の形状を所望の補正形状に保持できるため、防塵シート３の取り付け作業を簡略化できる。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（５ａ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（５ｂ）上述したＨＵＤ装置の他、当該ＨＵＤ装置を構成要素とするシステム、防塵シートの固定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…ヘッドアップディスプレイ装置、２…筐体、２ａ…筐体開口部、３…防塵シート、４…ピン、５…挟持部材、５ａ…当接面、６…保持部材、６ａ…差込溝、７…ウィンドシールド、８…インパネ、８ａ…インパネ開口部、２１…前縁部、２１ａ…シート取付面、２２…後縁部、２３，２４…側縁部、８１…壁部、８１ａ…遮光面。

Claims (7)

1. 表示用の光信号を通過させる開口部（２ａ）を有する筐体（２）と、
   平板状に形成され、対向する２つの辺を特定辺として、前記二つの特定辺を接近させて湾曲した形状に弾性変形させた状態で、前記開口部に取り付けられる防塵シート（３）と、
   を備え、
   前記二つの特定辺が取り付けられる前記開口部の二つの縁部（２１，２２）のうち少なくとも一方の縁部は、湾曲した前記防塵シートが元の形状に戻ろうとする反発力が作用する方向とは反対方向に湾曲した補正形状を有する
   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であって、
   前記開口部に固定された前記防塵シートは、前記二つの特定辺のうちの一つである第１特定辺から、他の一つである第２特定辺に向けて曲率が変化する形状を有する
   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であって、
   前記防塵シートにおいて前記二つの特定辺とは異なる２つの辺を側辺とし、前記二つの側辺が取り付けられる前記開口部の二つの縁部を側縁部（２３，２４）として、
   前記防塵シートは、少なくとも、前記二つの側縁部のそれぞれにおいて曲率が最も大きくなる地点にて前記筐体に固定される
   ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 請求項２または請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記二つの縁部のうち、前記防塵シートにおいて曲率が最も大きい部位により近い側の特定辺が取り付けられる第１縁部（２１）が前記補正形状を有する
   ヘッドアップディスプレイ装置
5. 請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記第１縁部では、前記補正形状の少なくとも中心にて、前記防塵シートが固定される
   ヘッドアップディスプレイ装置。
6. 請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記第１縁部では、前記第１縁部の補正形状に対して相補的な形状を有する挟持部材（５）を用いて、前記防塵シートの前記特定辺を挟持することで前記防塵シートが固定される
   ヘッドアップディスプレイ装置。
7. 請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記第１縁部では、前記防塵シートの前記特定辺が差し込まれる差込溝（６ａ）を有した保持部材（６）を用いて、前記防塵シートが固定され、
   前記差込溝は、差し込まれた前記防塵シートの端部を前記補正形状に保持する形状を有する
   ヘッドアップディスプレイ装置。

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