JP7359157B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。

ヘッドアップディスプレイは、車両に搭載され、運転者に運転に必要な情報をフロントガラス等の透過反射部を介して虚像表示する。これにより、ヘッドアップディスプレイは、車両前方の景色と重ね合わせて情報を表示することができ、運転者は、運転中に大きな視線移動を行うことなく、必要な情報を把握することができる。

従来、平面鏡、凹面鏡等のリレー光学系以外で表示光が意図せず反射し、視認者に視認される虚像の表示品位が低下することを防止するために、ケース内に反射低減層を設けることが知られている（例えば特許文献１参照。）。

特開２０１５－６４３９６号公報

反射低減層は、低反射率を有する物質の塗布、貼り付け、印刷等により形成される。しかし、これら方法で反射低減層を設けることは、製造工程及び製造コストの増加に繋がっていた。また、反射低減層は、反射を低減することを目的とするため、夜間等周囲が暗い環境下においては、意図しないわずかな反射が視認者に視認される虞があった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、虚像の表示品位を向上させることができるヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

本発明に係るヘッドアップディスプレイは、上述した課題を解決するために、表示光を出力する表示装置と、前記表示装置から出力された表示光を反射する平面鏡と、前記平面鏡で反射した表示光を反射する凹面鏡と、前記平面鏡で反射した表示光の光路が形成される内部空間を有し、前記光路に面する第１底面とそれ以外の第２底面とを有するケースと、を備え、前記第１底面は、前記平面鏡で反射した表示光を少なくとも前記凹面鏡以外の方向に反射させる反射構造を有する。
前記反射構造は、凸条部が所定のピッチで複数並んだ構造である。
前記反射構造は、前記反射構造に入射する前記平面鏡で反射した表示光の入射角をθ、前記凸条部の高さをｈ、前記ピッチをｐと定義したとき、ｐ＝ｈ／tanθを満たす。

本発明に係るヘッドアップディスプレイにおいては、虚像の表示品位を向上させることができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイの一実施形態であり、全体構成を説明する外観斜視図。 上ケース及び透光カバーを外した状態のヘッドアップディスプレイの俯瞰図。 遮蔽壁の作用を説明するための説明図であり、遮蔽壁が光軸の垂線に対して平行である場合を示す。 遮蔽壁の作用を説明するための説明図であり、遮蔽壁が光軸の垂線に対して傾きを有する場合を示す。 図２のIV－IV線に沿う断面図。

本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るヘッドアップディスプレイは、例えば自動車等の車両に搭載される。

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイの一実施形態であり、全体構成を説明する外観斜視図である。

図２は、上ケース１１及び透光カバー１８を外した状態のヘッドアップディスプレイ１の俯瞰図である。

ヘッドアップディスプレイ１（ＨＵＤ１）は、自動車のインストルメントパネル内に配置される。ＨＵＤ１は、表示装置３と、平面鏡４と、凹面鏡５と、ケース６と、制御基板（図示せず）と、を主に有する。ＨＵＤ１は、表示装置３が表示した表示画像を表す表示光Ｌ１を、リレー光学系を構成する平面鏡４と凹面鏡５とで反射させ、透過反射部の一例である自動車のフロントガラスに照射する。視認者（主に運転者）は、車両前方の実景と重ねて表示画像の虚像を視認することができる。

表示装置３は、表示光Ｌ１を出力する。表示装置３は、例えばＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶表示装置である。表示装置３は、プロジェクタと表示面を構成するスクリーンとを備えるものであってもよい。

平面鏡４は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着等により基材の表面に形成された反射膜とを有する。平面鏡４は、表示装置３から出力された表示光Ｌ１を凹面鏡５に向けて反射する。

凹面鏡５は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着等の手段により基材の表面に形成された反射膜とを有する。凹面鏡５は、平面鏡４で反射された表示光Ｌ１をフロントガラスに向けて反射させる。凹面鏡５は、拡大鏡としての機能を有し、表示画像を拡大してフロントガラスへ反射する。これにより、視認者は、表示画像が拡大された虚像を視認する。凹面鏡５は、アクチュエータ８により回転軸周りに回転する。アクチュエータ８は、凹面鏡５を回転させることで凹面鏡５の角度を調整し、表示光Ｌ１の照射位置を調整したり、外光が凹面鏡５で反射し表示装置３に向かわないように調整したりする。

ケース６は、例えば黒色の遮光性を有する合成樹脂から形成される上ケース１１と、下ケース１２と、を有する。ケース６は、上ケース１１及び下ケース１２を組み合わせることで、表示装置３と、平面鏡４と、凹面鏡５とを収容する内部空間１３を有する。

下ケース１２は、表示装置３、平面鏡４、凹面鏡５、及び制御基板を主に取り付けるための構造を有する。また、下ケース１２（ケース）は、平面鏡４で反射した表示光Ｌ１の光路であり、内部空間１３に形成される光路に面する第１底面１５とそれ以外の第２底面１６と、を有する。なお、図２においては、第１底面１５は点線ｄで囲まれた面である。

下ケース１２は、第１底面１５に設けられた反射構造３０と、第２底面１６に設けられた遮蔽壁２０と、を有する。反射構造３０及び遮蔽壁２０の詳細については、後述する。

上ケース１１は、開口部１７を有する。開口部１７は、フロントガラスに対向する部分に設けられる。開口部１７は、透光性を有する透光カバー１８に覆われる。

制御基板は、表示装置３等の動作を制御する制御部が実装されたプリント回路板である。制御部は、例えば、記憶装置及び演算装置を有するマイクロコンピュータを有する。制御部は、車内ネットワークや各種センサから取得した各種車両情報に基づいて、記憶装置が予め記憶した動作プログラムに従い演算装置が適宜演算することにより、表示装置３に表示画像を表示させる。制御基板は、下ケース１２の内部空間１３外に固定される。

次に、下ケース１２の遮蔽壁２０の詳細について説明する。

遮蔽壁２０は、表示装置３と平面鏡４との間の第２底面１６上に設けられる。遮蔽壁２０は、表示装置３の表示画面から出射される表示光Ｌ１を遮ることなく、表示装置３の前面側を取り囲む。これにより、遮蔽壁２０は、表示装置３がＨＵＤ１の外部から視認されることを防止する。遮蔽壁２０は、表示装置３から出力された表示光Ｌ１の光軸に対する垂線に対して傾きを有する壁面２１を有する。

壁面２１は、遮蔽壁２０の平面鏡４側の表面であり、平面鏡４が意図せず表示装置３側に反射した光（表示光Ｌ１や外光）を再び平面鏡４側に反射しないような方向であって、第１底面１５上の平面鏡４で反射した表示光Ｌ１の光路が位置する領域側に反射しないような方向に傾きを有する。すなわち、壁面２１は、下ケース１２の側面１９の方向に面するような傾きを有する。傾きは、例えば０．１度～５度程度である。

ここで、図３、図４は、遮蔽壁２０の作用を説明するための説明図である。図３は、遮蔽壁２０が光軸Ａの垂線に対して平行である場合を示す。図４は、遮蔽壁２０が光軸Ａの垂線に対して傾きを有する場合を示す。

例えば、透光カバー１８を透過した外光Ｌ２が凹面鏡５で反射し平面鏡４に向うと、平面鏡４はこの外光Ｌ２を更に表示装置３側に反射してしまう。平面鏡４と表示装置３との間には遮蔽壁２０があるため、遮蔽壁２０は外光Ｌ２を更に反射する。

このとき、図３に示すように、遮蔽壁２０（壁面２１）が光軸Ａの垂線に対して平行である場合（光軸Ａに対して垂直である場合）、壁面２１は光軸Ａに沿って進む外光Ｌ２を再び光軸Ａに沿って反射する。よって、反射光Ｌ３は再び平面鏡４に進む。反射光Ｌ３は、平面鏡４、凹面鏡５、及びフロントガラスで順次反射されてしまい、視認者に意図しない虚像を視認させてしまうことになる。

一方、図４に示すように、遮蔽壁２０（壁面２１）が光軸Ａの垂線に対して傾きを有する場合、壁面２１は外光Ｌ２を下ケース１２の側面１９側や上ケース１１側に反射する。このため、反射光Ｌ３は、平面鏡４側に進むことがない。よって、反射光Ｌ３が表示光Ｌ１の光路側に侵入し、意図しない虚像を視認させることがない。

次に、下ケース１２の反射構造３０に詳細について説明する。
図５は、図２のIV－IV線に沿う断面図である。

反射構造３０は、凹状底面３１と、複数の凸条部３２と、反射面３３と、を有する。反射構造３０は、例えば下ケース１２を射出成形により形成する際に一体に形成されるのが好ましい。反射構造３０は、図２に示すように、第１底面１５の少なくとも一部に設けられればよく、第１底面１５の全面に設けられる必要はない。反射構造３０は、例えば、シミュレーション等により平面鏡４で反射した表示光Ｌ１が侵入しやすい領域に設けられればよい。

凹状底面３１は、第１底面１５において、一段低くなった（－Ｚ方向に凹んだ）面である。凸条部３２は、凹状底面３１から突出した、表示光Ｌ１の光軸に対して略垂直方向に延びた畝（線状の凸部）である。凸条部３２の先端部は、反射構造３０が設けられていない下ケース１２の底面と同一面上にある。すなわち、凹状底面３１は凸条部３２を突出させるために第１底面１５から凹んだ部分であり、凸条部３２は下ケース１２の底面からは突出しない。反射面３３は、凸条部３２の頂部に形成された傾斜面である。反射面３３は、例えば４５度の傾斜を有する。反射面３３（反射構造）は、平面鏡４で反射し、第１底面１５に進む表示光Ｌ４を、少なくとも凹面鏡５以外の方向に反射させる。凹面鏡５以外の方向は、例えば、上ケース１１側や、下ケース１２側（側面１９側）等、凹面鏡５及び平面鏡４の方向以外であってＨＵＤ１から適切に出射する表示光Ｌ１に干渉しない方向であればいずれの方向であってもよい。

凸条部３２及び反射面３３のピッチｐは、シミュレーション等で得られた第１底面１５に侵入する表示光Ｌ４の入射角θ、及び諸条件から設計された凸条部３２の高さｈによって決定される。すなわち、ピッチｐ＝高さｈ／tanθを満たすようにピッチｐを決定することで、凹状底面３１に進む表示光Ｌ４を凹状底面３１で反射させず、反射面３３で反射させることができる。

なお、図５においては、凸条部３２の全高さｈに亘って反射面３３が形成されているが、凸条部３２の高さｈの頂部側の一部に形成されていてもよい。

このようなＨＵＤ１は、第１底面１５に反射構造３０を有する。これにより、ＨＵＤ１は、第１底面１５に意図せず進む表示光Ｌ４を凹面鏡５側に反射することを低減することができる。例えば、低反射率を有する物質で反射低減層を設ける場合に比べて、ＨＵＤ１（下ケース１２）の製造が容易である上、反射率を低減させるのではなくそもそも表示光Ｌ４自体を凹面鏡５に進ませない。このため、ＨＵＤ１は、意図しない光をフロントガラスまで到達させ、虚像が形成されてしまうことを低減できる。故に、ＨＵＤ１は、視認者に視認される虚像の表示品位を向上させることができる。

また、ＨＵＤ１は遮蔽壁２０を有するため、反射構造３０との相乗効果でより一層虚像の表示品位を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、凸条部及び反射面は、第１底面上に設けられていてもよい。すなわち、凹状底面を形成することは必須ではない。

１ ヘッドアップディスプレイ
３ 表示装置
４ 平面鏡
５ 凹面鏡
６ ケース
８ アクチュエータ
１１ 上ケース
１２ 下ケース
１３ 内部空間
１５ 第１底面
１６ 第２底面
１７ 開口部
１８ 透光カバー
１９ 側面
２０ 遮蔽壁
２１ 壁面
３０ 反射構造
３１ 凹状底面
３２ 凸条部
３３ 反射面
Ａ 光軸
Ｌ 表示光
Ｌ１、Ｌ４ 表示光
Ｌ２ 外光
Ｌ３ 反射光
ｄ 点線
ｈ 高さ
ｐ ピッチ
θ 入射角

Claims (4)

1. 表示光を出力する表示装置と、
   前記表示装置から出力された表示光を反射する平面鏡と、
   前記平面鏡で反射した表示光を反射する凹面鏡と、
   前記平面鏡で反射した表示光の光路が形成される内部空間を有し、前記光路に面する第１底面とそれ以外の第２底面とを有するケースと、を備え、
   前記第１底面は、前記平面鏡で反射した表示光を少なくとも前記凹面鏡以外の方向に反射させる反射構造を有し、
   前記反射構造は、凸条部が所定のピッチで複数並んだ構造であり、
   前記反射構造は、前記反射構造に入射する前記平面鏡で反射した表示光の入射角をθ、前記凸条部の高さをｈ、前記ピッチをｐと定義したとき、
   ｐ＝ｈ／tanθを満たすヘッドアップディスプレイ。
2. 前記第１底面は、前記平面鏡から前記凹面鏡に至る光路に面する、
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記凸条部は、前記第１底面から凹んだ凹状底面に形成される、請求項２記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記表示装置と前記平面鏡との間の前記第２底面上に設けられる遮蔽壁であって、前記表示装置から出力された表示光の光軸に対する垂線に対して０．１度～５度の傾きを有する壁面を有する遮蔽壁を更に備える、請求項１記載のヘッドアップディスプレイ。
   

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