JP7145699B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

いわゆるヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」ともいう）とは、車両に関連した情報を光学像としてコンバイナやフロントガラス等に投影し、その虚像を通じてドライバに情報を伝える装置をいう。そうしたＨＵＤ装置においては、光学像に対応した表示光を出射するべく、モジュール化された表示器を用いるのが通例である。

例えば特許文献１には、光源（バックライトユニット）から発生された照明光を透過させることにより、光学像に対応した表示光を発する表示素子（液晶表示素子）と、この表示素子を収容する収容部（支持体、ケース部材）と、を備えた表示器が開示されている。この特許文献１に記載されているような表示素子は、これを制御するための制御基板に対して電気的に接続されることになる。

例えば特許文献２には、ＨＵＤ装置の一例として、表示光を出射する表示器と、これを制御するための制御基板（回路基板）と、表示器から延びて制御基板に接続されるフレキシブル基板（ＦＰＣ）と、を備えた構成が開示されている。

特開２０１３－１７４８５５号公報 特開２０１８－０３０５２２号公報

一般的なＨＵＤ装置は、表示器等を収容するための筐体を備えているところ、そうした筐体の上面には、表示器から出射される表示光を透過させる必要がある。そこで、前記特許文献２に記載されているような制御基板は、表示光を透過させる際に邪魔とならないように、筐体の下側、特に、その下面に沿って配置されるのが通例である。

この場合、表示素子から延びるフレキシブル基板は、前記特許文献１に記載されているような収容部から下方向に繰り出された後、制御基板に接続されることになる。このフレキシブル基板は、重力に従って垂下するものの、車両の内燃機関が始動すると、絶え間ない振動に曝されることになる。そのような環境下では、フレキシブル基板が振動して暴れてしまい、異音を招く可能性があることに、本願発明者らは気付いた。

ここに開示する技術は、かかる点になされたものであり、その目的とするところは、表示素子および制御基板をフレキシブル基板によって接続して成るＨＵＤ装置において、異音の発生を抑制することにある。

本開示は、車両に関連した情報を光学像として投影するヘッドアップディスプレイ装置に係る。このヘッドアップディスプレイ装置は、光源から発せられた照明光を透過させることにより、前記光学像に対応した表示光を発する表示素子と、前記表示素子を収容する収容部と、前記収容部の外部かつ下方に配置され、前記表示素子を制御する制御基板と、前記表示素子から延び、前記制御基板に接続されるフレキシブル基板と、を備え、前記収容部には、前記フレキシブル基板を下方に向かって繰り出す開口部と、前記フレキシブル基板のうち、前記開口部から繰り出された部位を前記制御基板に導く板状のガイド部材と、が設けられる。

そして、前記ガイド部材は、前記フレキシブル基板を載置しつつ下方へと導く載置部と、前記制御基板に向かって開口し、かつ前記フレキシブル基板が挿通される挿通部と、を有する。

この構成によれば、収容部から繰り出されたフレキシブル基板は、載置部の上に載置されながら、下方に向かって導かれる。そうして導かれたフレキシブル基板は、挿通部に挿通されることにより、制御基板に向かって導かれることになる。

よって、フレキシブル基板は、載置部および挿通部の双方によって支持されることになるから、振動を抑止し、異音を抑制することができる。また、挿通部を制御基板に向けて開口させたことで、これに挿通させたフレキシブル基板を制御基板に導く上で有利になる。

また、前記載置部には貫通孔が設けられ、前記貫通孔は、該貫通孔を通じて、前記載置部に載置されている前記フレキシブル基板を視認可能に構成されている、としてもよい。

一般に、表示素子およびフレキシブル基板は、表面と裏面とを区別する必要がある。

前記の構成によれば、貫通孔からフレキシブル基板を視認することで、フレキシブル基板および表示素子が正常に配置されているか否かを判断することが可能となる。これにより、表示素子の誤組み付けを防ぐことができる。

また、前記載置部は、前記制御基板から離間するように、斜め下方に向かって延び、前記ガイド部材は、前記載置部の下端から連続し、かつ、前記制御基板に向かって折り返して延びる折返部をさらに有し、前記挿通部は、前記折返部に設けられている、としてもよい。

この構成によれば、ガイド部材は、制御基板から離れるように延びた後、折り返して制御基板に向かって延びることになる。このように、制御基板から一旦、離間するようにガイド部材を延ばすことにより、制御基板から接離する方向において、ガイド部材をコンパクトに構成することができる。

以上説明したように、前記のヘッドアップディスプレイ装置によれば、異音の発生を抑制することができる。

図１は、車両の内装を例示する図である。 図２は、ヘッドアップディスプレイ装置の概要を例示するための図である。 図３は、ヘッドアップディスプレイ装置の外観を例示する斜視図である。 図４は、ヘッドアップディスプレイ装置からアッパーケースを取り外した状態を例示する分解斜視図である。 図５は、ヘッドアップディスプレイ装置の内部構成を例示する平面図である。 図６は、ヘッドアップディスプレイ装置の内部構成を例示する断面図である。 図７は、表示器の外観を例示する斜視図である。 図８は、表示器の構成を例示する分解斜視図である。 図９は、表示器の内部構成を例示する断面図である。 図１０は、表示素子周辺の構成を後面側から見て例示する斜視図である。 図１１は、ホルダ及びガイド部材を後面側から見て例示する斜視図である。 図１２は、ガイド部材の構成を例示する側面図である。 図１３は、フレキシブル基板の取付手順について説明する図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。

また、以下の説明では、ヘッドアップディスプレイ装置を単に「ＨＵＤ装置」という。

＜ＨＵＤ装置の概要＞
図１は、車両Ｖの内装を例示する図であり、図２は、ＨＵＤ装置１の概要を説明するための図である。図１～図２に示すように、ＨＵＤ装置１は、車両ＶのダッシュボードＰの上面に埋め込まれるようにして設けられ、車速やカーナビゲーション情報など、車両Ｖに関連した情報を光学像としてウインドシールドＷに投影する。ウインドシールドＷに投影された光学像は、このウインドシールドＷによって反射され、ドライバは、その反射光に対応した虚像Ｄを通じて、ＨＵＤ装置１から投影された光学像、ひいては、その光学像が示す情報を視認することができる（図２の矢印を参照）。

＜ＨＵＤ装置の主要構成＞
以下、ＨＵＤ装置１の主要構成について説明をする。

図３はＨＵＤ装置１の外観を例示する斜視図であり、図４はＨＵＤ装置１からアッパーケース１０１を取り外した状態を例示する分解斜視図である。また、図５はＨＵＤ装置１の内部構成を例示する平面図であり、図６はＨＵＤ装置１の内部構成を例示する断面図である。

なお、図３～図６において、「前」とは車両前後方向における「前」を示し、「後」とは車両前後方向における「後」を示す。また、「右」及び「左」は、それぞれ、車両前後方向に垂直な方向として定義されている。

図３～図６に示すように、ＨＵＤ装置１は、主たる構成要素として、光学像に対応した表示光を発する表示器２と、この表示光を反射するミラーユニット３，４と、車両Ｖ周辺の照度を検出するセンサユニット５と、を備えている。

ここで、ミラーユニット３，４は、表示器２から発せられた表示光を反射する第１ミラーユニット３と、第１ミラーユニット３により反射された表示光をさらに反射する第２ミラーユニット４と、を有している。ＨＵＤ装置１から同装置１の外部に投影される光学像は、第２ミラーユニット４により反射された表示光を結像することにより得られる。

また、ＨＵＤ装置１は、表示器２、ミラーユニット３，４、及び、センサユニット５を収容する筐体１０をさらに備えており、筐体１０内に各部品を収容することで、ＨＵＤ装置１自体のユニット化を実現している。

筐体１０は、前後方向の寸法に比して、左右方向の寸法が長い箱状に構成されており、ミラーユニット３，４、特に第２ミラーユニット４による反射光を透過させるアッパーケース１０１と、このアッパーケース１０１により閉塞されるロアーケース１０２と、を有している。空気中の埃などから隔離するために、筐体１０内の空間は、気密状に密閉されている。

詳しくは、アッパーケース１０１は、主な構成要素として、第２ミラーユニット４による反射光を透過可能な薄板状のカバーグラス１０１ａと、カバーグラス１０１ａの周囲を囲う樹脂製のケース本体１０１ｂと、を有している。カバーグラス１０１ａとケース本体１０１ｂとの接続部は、不図示のシール部材によって密閉されている。なお、カバーグラス１０１ａには、外界の自然光を透過させることもでき、そうして透過させた自然光を通じて、センサユニット５が照度を検出するようになっている。

また、ロアーケース１０２は、上側が開口した浅箱状に構成されており、その内底面には、前述の表示器２と、第１ミラーユニット３と、第２ミラーユニット４とが取り付けられている。

なお、図６に示すように、ロアーケース１０２の下部には、リアカバー１０３が取り付けられている。ロアーケース１０２とリアカバー１０３とによって区画されるスペースには、ＰＣＢ配線板にＣＰＵ等を実装して成る制御基板１０３ａが収容されている。この制御基板１０３ａは、少なくとも、表示器２およびセンサユニット５に接続されている。

＜表示器の詳細＞
続いて、ＨＵＤ装置１の構成要素のうち、特に、表示器２について詳細に説明をする。

図７は表示器２の外観を例示する斜視図であり、図８は、表示器２の構成を例示する分解斜視図であり、図９は表示器２の内部構成を例示する断面図である。

なお、図７～図９における前後左右の向きは、図３～図６における前後左右の向きとは異なる。具体的に、図７～図９において、「前」とは表示器２の正面に向かう方向を指し、「後」とは表示器２の背面に向かう方向を指す。また、「右」及び「左」は、それぞれ、表示器２の背面から正面に向かう方向に垂直な方向として定義されている。図１０以降の図面についても同様である。

図７～図９に示すように、表示器２は、光源としてのバックライトユニット２１と、バックライトユニット２１から発せられた照明光を拡散する拡散板２４と、この拡散板２４により拡散された照明光を透過させることにより、所望の光学像に対応した表示光を発する表示素子２５と、表示素子２５から発せられた表示光を透過させるホットミラー２８と、を備えている。

表示器２はまた、拡散板２４、表示素子２５およびホットミラー２８を収容する収容部２０と、表示素子２５およびホットミラー２８の側縁を包囲する弾性部材２７と、表示素子２５から延び、制御基板６に接続されるフレキシブル基板２６と、をさらに備えている
このうち、収容部２０は、表示素子２５の背面側に配置され、バックライトユニット２１から発せられた照明光を通過させるように開口したスペーサ２２と、表示素子２５の前面側に配置され、表示素子２５から発せられた表示光を通過させるように開口したホルダ２３と、を有している。

図９等に示すように、収容部２０の外部かつ下方には、前述の制御基板６が配置されている。そのため、制御基板６と表示素子２５を接続するためには、フレキシブル基板２６を収容部２０から繰り出すとともに、制御基板６へと案内する必要がある。

そこで、本実施形態に係る収容部２０には、フレキシブル基板２６を下方に向かって繰り出すための開口部２０ａと、フレキシブル基板２６のうち、開口部２０ａから繰り出された部位を制御基板６に導くための板状のガイド部材２９と、が設けられている。

また、表示器２の背面側には、主にバックライトユニット２１を冷却するためのヒートシンク７が取り付けられている。ヒートシンク７の背面は、ＨＵＤ装置１の筐体１０から外部に露出しており、筐体１０外の空気との間で熱交換をするようになっている。

以下、表示器２の各構成要素について、順番に説明をする。

－バックライトユニット２１－
図９に示すように、バックライトユニット２１は、ＬＥＤ等の発光素子が配置された発光基板２１ｂと、発光基板２１ｂから発せられた照明光を透過させるコンデンサレンズ２１ｃ及びレンチキュラーレンズ２１ｄと、を備えている。

バックライトユニット２１はまた、発光基板２１ｂとコンデンサレンズ２１ｃを収容するライトボックス２１ａをさらに備えている。このライトボックス２１ａの前面は開口しており、その開口部にレンチキュラーレンズ２１ｄが載置されている。

よって、発光基板２１ｂから発せられた照明光は、コンデンサレンズ２１ｃとレンチキュラーレンズ２１ｄを順番に通過して、スペーサ２２に至る。スペーサ２２に至った照明光は、スペーサ２２に設けた開口を通過して拡散板２４に至る。

本実施形態に係る拡散板２４は、スペーサ２２に固定されるよう構成されている。そのため、拡散板２４とスペーサ２２とを略一体的な部材として取り扱うことができ、表示器２の組立性が向上している。

－スペーサ２２－
図８～図９に示すように、スペーサ２２は、表示素子２５を背面側から押圧することにより、バックライトユニット２１と表示素子２５との間の相対的な位置関係を調整するスペーサとして機能する一方で、拡散板２４を背面側から支持する台座としても機能する。

詳細は省略するが、スペーサ２２は、中空の四角錘台状に形成されており、その四角錘台の上底には開口部２２０ａが設けられている。この開口部２２０ａを介して、バックライトユニット２１から発せられた照明光を拡散板２４まで導くことができる。

－拡散板２４－
図８に示すように、拡散板２４はシート状に形成されており、バックライトユニット２１から発せられた照明光を拡散して均一にすることができる。本実施形態に係る拡散板２４は、スペーサ２２の上底に固定することができる。

発光基板２１ｂから発せられ、スペーサ２２の開口部２２０ａを通過して拡散板２４に至った照明光は、拡散板２４により拡散された上で、前方に向かって伝搬する。そうして伝搬した照明光は、表示素子２５に至る。

－表示素子２５－
図１０は、表示素子２５周辺の構成を後面側から見て示す斜視図である。

表示素子２５は、例えばＴＦＴ液晶素子から成り、スペーサ２２の開口部２２０ａ、及び、拡散板２４における拡散板本体２４１と同様に、左右方向に横長の矩形状に構成されている（図８及び図１０を参照）。表示素子２５には種々の情報を表示することができ、表示素子２５の後面から照明光を透過させることで、表示素子２５の前面から表示光を出射することができる。表示素子２５における表示内容は、制御基板６からフレキシブル基板２６を介して入力される信号に基づいて制御される。

－フレキシブル基板２６－
フレキシブル基板２６は、いわゆるＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）であり、表示素子２５の下端から延びている。フレキシブル基板２６の後面には、種々の回路２６ａが実装されている。また、フレキシブル基板２６の下端部には、制御基板６に接続するための端子２６ｂが設けられている。

制御基板６において生成された制御信号は、フレキシブル基板２６を介して表示素子２５に入力され、表示素子２５の表示内容が制御される。そうして制御された表示内容は、表示素子２５から出射される表示光に反映される。この表示光は、ホットミラー２８に至る。

－ホットミラー２８－
ホットミラー２８は、スペーサ２２の開口部２２０ａ、拡散板２４、及び、表示素子２５と同様に、左右方向に横長の矩形状に構成されている（図８等を参照）。ホットミラー２８は、赤外線を反射させる一方、可視光を透過させるように構成されている。ホットミラー２８を用いることで、例えば、赤外線に起因した熱を抑制することが可能となる。

また、図９に示すように、表示素子２５、及び、ホットミラー２８は、表示器２を組み立てたときに、収容部２０を構成するホルダ２３によって取り囲まれるようになっている。このとき、ホルダ２３と表示素子２５との間には、弾性部材２７が介在することになる。

－弾性部材２７－
弾性部材２７は、ゴム等の弾性を有する素材から成る矩形枠状に形成されており、表示素子２５から発せられた表示光を通過させてホットミラー２８へ導くように開口している。

図９に示すように、ホットミラー２８の周縁部は、弾性部材２７とホルダ２３とによって挟み込まれることになり、表示素子２５の周縁部は、弾性部材２７とスペーサ２２とによって挟み込まれることになる。ホルダ２３は、弾性部材２７を介して表示素子２５およびホットミラー２８に接触し、これを支持することができる。

－ホルダ２３－
図１１は、ホルダ２３及びガイド部材２９を後面側から見て例示する斜視図である。

図７～図１１等に示すように、ホルダ２３は、表示素子２５およびホットミラー２８の側方および前方に配置されており、スペーサ２２とともに、拡散板２４、表示素子２５、及び、ホットミラー２８の収容空間を構成している。具体的に、ホルダ２３の前面には開口部２３ａが設けられており、ホットミラー２８を透過した表示光を表示器２の外部に出射させることができる。

また、ホルダ２３の下面には切欠２３ｂが設けられている。この切欠２３ｂは、スペーサ２２の前面とともに、前述の開口部２０ａを構成する。すなわち、切欠２３ｂを介してフレキシブル基板２６を下方に繰り出すことができる。前述のガイド部材２９は、切欠２３ｂの前縁から斜め下方に向かって延びており、ホルダ２３に対して一体的に設けられている。

－ガイド部材２９－
図１２はガイド部材２９の構成を例示する側面図であり、図１３はフレキシブル基板２６の取付手順について説明する図である。

図１２に示すように、ガイド部材２９は、前後方向において制御基板６から離間するように、斜め下方に向かって延びる載置部２９１と、載置部２９１の下端から連続し、かつ、前後方向において制御基板６に近接するように、この制御基板６に向かって折り返して延びる折返部２９２と、を有している。

具体的に、載置部２９１は、開口部２０ａの前縁から斜め下後方に向かって延びる板状の部材であり、左右方向においてはフレキシブル基板２６の寸法よりも若干幅広に形成されている。

図１３に示すように、開口部２０ａから繰り出されたフレキシブル基板２６は、下方向に作用する重力（図１３の矢印Ａ１を参照）に従って、載置部２９１の上に載置される。これにより、載置部２９１は、フレキシブル基板２６のうち、回路２６ａ周辺の部位を下方から支持することができる。また、載置部２９１が延びる方向を考慮すると、載置部２９１は、フレキシブル基板２６を載置しつつも、このフレキシブル基板２６を下方へと導くことになる。

また、載置部２９１の中央部には、この載置部２９１を前後方向に貫通する貫通孔２９ｂが設けられている。この貫通孔２９ｂを通じて、載置部２９１に載置されているフレキシブル基板２６を前側から視認することができる。なお、フレキシブル基板２６が正しく配置された場合は、図１３に示すように、回路２６ａは視認されない。対して、仮に、フレキシブル基板２６が表裏逆に配置された場合は、回路２６ａが視認されるようになっている。

一方、折返部２９２は、載置部２９１の下端から略前方に向かって延びており、その前端には挿通部２９ａが設けられている。挿通部２９ａは、制御基板６に向かって開口しており、フレキシブル基板２６を挿通することができるように構成されている。

図１３に示すように、フレキシブル基板２６の先端を挿通部２９ａに挿通して前方に繰り出すと、フレキシブル基板２６のうち挿通部２９ａ周辺の部位は、この挿通部２９ａによって下方から支持される。このとき、矢印Ａ２に沿ってフレキシブル基板２６を引き出すことで、ガイド部材２９に対するフレキシブル基板２６の緩みを抑制し、同基板２６と載置部２９１とをより密着させることが可能となる。

なお、図９等に示すように、ガイド部材２９の上端（つまり、載置部２９１の上端）は、表示素子２５の直下方に位置している。一方、ガイド部材２９の下端（実質的に、折返部２９２の下端）は、収容部２０、特にスペーサ２２の直下方に位置している。

－表示器２から生じ得る異音について－
図６等に示すように、制御基板６を筐体１０の下面に沿って配置した場合、表示素子２５から延びるフレキシブル基板２６は、収容部２０から下方向に繰り出されて制御基板６に接続されることになる。このフレキシブル基板２６は、車両Ｖの内燃機関が始動すると、絶え間ない振動に曝されることになる。そのような環境下では、フレキシブル基板２６が振動して暴れてしまい、異音を招く可能性があることに、本願発明者らは気付いた。

対して、図１３に示すように、本実施形態に係る表示器２を用いた場合、収容部２０から繰り出されたフレキシブル基板２６は、載置部２９１の上に載置されながら、下方に向かって導かれる。そうして導かれたフレキシブル基板２６は、挿通部２９ａに挿通されることにより、制御基板６に向かって導かれることになる。

よって、フレキシブル基板は、載置部２９１および挿通部２９ａの双方によって下方から支持されることになるから、振動を抑止し、異音を抑制することができる。また、挿通部２９ａを制御基板６に向けて開口させたことで、これに挿通させたフレキシブル基板２６を制御基板６に導く上で有利になる。

また、図１３に示すように、貫通孔２９ｂからフレキシブル基板２６を視認することできるため、フレキシブル基板２６、ひいては表示素子２５が表裏を誤ることなく正常に配置されているか否かを判断することが可能となる。仮に、貫通孔２９ｂを通じてフレキシブル基板２６を覗き込んだときに、その回路２６ａが目視されたときには、フレキシブル基板２６、ひいては表示素子２５の表裏が逆になっているものと認められる。こうして、表示素子２５の誤組み付けを防ぐことができる。

また、図１３に示すように、ガイド部材２９は、制御基板６から離れるように延びた後、折り返して制御基板６に向かって延びるようになっている。このように、制御基板６から一旦、離間させるように延ばすことで、制御基板から接離する方向（前後方向）において、ガイド部材２９をコンパクトに構成することができる。

Ｖ 車両
１ ＨＵＤ装置
２ 表示器
２０ バックライトユニット（光源）
２０ａ 開口部
２５ 表示素子
２６ フレキシブル基板
２９ ガイド部材
２９１ 載置部
２９２ 折返部
２９ａ 挿通部
２９ｂ 貫通孔
６ 制御基板

Claims (3)

1. 車両に関連した情報を光学像として投影するヘッドアップディスプレイ装置であって、
   光源から発せられた照明光を透過させることにより、前記光学像に対応した表示光を発する表示素子と、
   前記表示素子を収容する収容部と、
   前記収容部の外部かつ下方に配置され、前記表示素子を制御する制御基板と、
   前記表示素子から延び、前記制御基板に接続されるフレキシブル基板と、を備え、
   前記収容部には、
   前記フレキシブル基板を下方に向かって繰り出す開口部と、
   前記フレキシブル基板のうち、前記開口部から繰り出された部位を前記制御基板に導く板状のガイド部材と、が設けられ、
   前記ガイド部材は、
   前記フレキシブル基板を載置しつつ下方へと導く載置部と、
   前記制御基板に向かって開口し、かつ前記フレキシブル基板が挿通される挿通部と、を有する
   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に記載されたヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記載置部には貫通孔が設けられ、
   前記貫通孔は、該貫通孔を通じて、前記載置部に載置されている前記フレキシブル基板を視認可能に構成されている
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
3. 請求項１又は２に記載されたヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記載置部は、前記制御基板から離間するように、斜め下方に向かって延び、
   前記ガイド部材は、前記載置部の下端から連続し、かつ、前記制御基板に向かって折り返して延びる折返部をさらに有し、
   前記挿通部は、前記折返部に設けられている
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。

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