JP7635781B2

JP7635781B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP7635781B2
Application number: JP2022524406A
Authority: JP
Inventors: 宥児風間; 俊郎鶴丸
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2025-02-26
Anticipated expiration: 2041-05-12
Also published as: WO2021235284A1; JPWO2021235284A1; DE112021002886T5

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

画像を表す表示光を透光部材（例えば、車両のフロントガラス等）に向けて放射し、当該画像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置が知られている。

例えば、特許文献１には、表示光を発する表示素子と、虚像表示を行う上で不要な光（以下、「迷光」と呼ぶ。）を抑制するために表示素子から発せられた表示光の一部を遮る遮光部材と、を備えるＨＵＤ装置が記載されている。

特許第５５５６０１９号公報

特許文献１のように、迷光を抑制するために専用の遮光部材を設けるだけでは、部品点数が増加して構成が複雑化する虞がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡潔な構成で迷光を抑制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。

上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
画像を表す表示光を放射する表示部と、
前記表示部から放射された前記表示光を外部の透光部材に向けて反射させる反射部と、
前記表示部を収容する収容部、前記表示部から放射された前記表示光を通過させる通過口、及び、前記通過口から前記反射部へ至る前記表示光が表側を通過する底部を有するケースと、
前記表示部と前記通過口の間に位置する枠部、及び、前記底部の裏側に固定される板部を有する遮光部材と、を備え、
前記収容部は、前記表示部を表側から覆う覆い部を有し、
前記通過口は、前記覆い部と前記底部との間に形成され、
前記枠部は、前記通過口の縁に沿った形状をなし、
前記板部は、コードが掛けられるフック部を有し、
前記コードは、前記表示部と電気的に接続される表示用コードを含む。

本発明によれば、簡潔な構成で迷光を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の虚像表示の態様を示す模式図。同上実施形態に係るＨＵＤ装置の斜視図。同上実施形態に係るＨＵＤ装置の図２に示すＡ－Ａ線に沿う概略断面図。同上実施形態に係る表示ユニットの斜視図。同上実施形態に係るＨＵＤ装置のケースを裏側から見た図。同上実施形態に係る遮光部材及び光学素子の斜視図。同上実施形態に係る表示部及び光学素子の関係を主に説明するための模式図。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置１００は、例えば、車両１のダッシュボード２内に配設される。ＨＵＤ装置１００は、表示光Ｌをフロントガラス３（ウインドシールド）に向けて放射する。フロントガラス３で反射した表示光Ｌは、ユーザ４（主に車両１の運転者）に表示光Ｌが表す画像を虚像Ｖとして視認させる。虚像Ｖは、フロントガラス３を介して車両１の前方に表示される。これにより、ユーザ４は、前方風景に重畳して表示される虚像Ｖを視認することができる。虚像Ｖは、車両１に関する各種情報（以下、車両情報と言う。）を表示する。なお、車両情報は、車両１自体の情報のみならず、車両１の外部情報も含んでいてもよい。

ＨＵＤ装置１００は、図２又は図３に示すように、表示ユニット１０と、反射部２０と、ケース３０と、遮光部材４０と、光学素子５０と、回路基板６０と、を備える。
なお、以下では、車両１の左右、上下、及び前後方向を用いて各構成を説明する場合がある。左右方向に沿うＸ軸、上下方向に沿うＹ軸、前後方向に沿うＺ軸を各図に示した。また、ケース３０の上方を「表側」、ケース３０の下方を「裏側」と言う場合がある。

表示ユニット１０は、表示部１１と、表示部１１を保持するホルダ１２と、表示部１１を後方から照明する照明部１３と、を有する。

表示部１１は、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型の液晶パネルから構成され、前方に向く表示面１１ａに画像を表示する。表示部１１は、図３に示すように、液晶パネルを駆動するための駆動回路などが実装された表示用基板１１ｂと電気的に接続されている。表示用基板１１ｂは、表示部１１の下端部から前方に突出する格好で設けられている。

ホルダ１２は、例えば樹脂から形成され、表示部１１を保持する第１保持部１２ａと、表示用基板１１ｂを保持する第２保持部１２ｂと、を有する。第１保持部１２ａは、開口から表示面１１ａを露出させる枠状をなし、その前面に、光学素子５０を固定するための固定部１２ｃを有する。この実施形態では、固定部１２ｃは、Ｘ方向で表示面１１ａを挟んで一対あり、各々に弾性部材Ｔが貼り付けられる。弾性部材Ｔについては後述する。第２保持部１２ｂは、第１保持部１２ａの下端部から前方に突出している。これにより、第１保持部１２ａ及び第２保持部１２ｂからなるホルダ１２の断面は、図３に示すように、Ｌ字状となる。図３、図５に示すように、第２保持部１２ｂの裏側に表示用基板１１ｂが固定されている。

照明部１３は、図３に示すように、光源１３ａ、光源用基板１３ｂ、レンズ１３ｃ、筐体１３ｄ等を主要構成として有する。光源１３ａは、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）からなり、Ｚ方向に光を発する。光源用基板１３ｂは、光源１３ａが実装される基板であり、この実施形態では、主面がＸＹ平面と平行で、主面の法線がＺ軸と平行となるように設置されている。レンズ１３ｃは、例えばコンデンサレンズからなり、光源１３ａから発せられた光を集光する。筐体１３ｄは、光源用基板１３ｂ及びレンズ１３ｃを保持するとともに、光源１３ａからの光を表示部１１へと導く照明室を形成する。筐体１３ｄは、例えば、複数の部材の組み合わせにより構成されている。表示部１１は、照明部１３によって照明されることで画像を表示面１１ａに表示する。これにより、画像を表す表示光Ｌが表示部１１から放射される。

図２に示す反射部２０は、例えば、凹面鏡からなり、表示部１１からの表示光Ｌを図１に示すフロントガラス３に向けて反射させる。凹面鏡で反射した表示光Ｌにより、ユーザ４に視認される虚像Ｖは、表示部１１に表示されている画像よりも拡大されたものとなる。なお、反射部２０は、複数の鏡により構成されていてもよい。反射部２０を構成する鏡の枚数は、設計に応じて任意に変更可能である。

ケース３０は、図３に示すように、表示部１１から放射された表示光Ｌの光路を形成する光路形成室３１と、表示部１１を収容する収容部３２と、表示部１１から放射された表示光Ｌを通過させる通過口３３と、を有する。ケース３０は、例えば金属から形成され、光路形成室３１、収容部３２及び通過口３３が一体に形成されている。

光路形成室３１は、上方に開口した箱状をなし、底部３１０と、反射部２０を支持する支持部３１１と、を有する。底部３１０は、図２、図３に示すように、表側において表示部１１から反射部２０へと至る表示光Ｌを通過させる。また、底部３１０は、図５に示すように、裏側において、回路基板６０が配置される基板配置部３１０ａと、基板配置部３１０ａに隣接する隣接部３１０ｂと、を有する。隣接部３１０ｂには、遮光部材４０の後述する板部４２が設けられる。支持部３１１は、底部３１０のＸ方向における両端から上方向に立ち上がる一対の壁により構成されている。支持部３１１は、反射部２０を保持するミラーホルダ（図示せず）を介して、反射部２０を支持する。なお、反射部２０は、概ねＸ方向に沿う軸線周りに回転可能に構成されていてもよい。

収容部３２は、図３に示すように、底部３１０より上方に突出した部分を有して箱状に形成されている。収容部３２は、下方に向かって開口し、その内部において表示部１１を含む表示ユニット１０の大部分を収容する。表示ユニット１０は、収容部３２に下方から挿入されている。収容部３２は、表示ユニット１０を表側（上方）から覆う覆い部３２０と、覆い部３２０の後方端部から垂れ下がる壁部３２１と、を有する。壁部３２１は、図３に示すように、照明部１３の光源用基板１３ｂと互いに対向する。また、壁部３２１は、図２、図３に示すように、ヒートシンク３２１ａを有する。ヒートシンク３２１ａは、壁部３２１の外側に向かって設けられた複数の放熱フィンを有する。

通過口３３は、図２、図３に示すように、覆い部３２０と底部３１０の間に形成されている。通過口３３は、図２に示すように、矩形状に形成されている。

ここで、表示部１１の姿勢について図７を参照して説明する。表示部１１は、外光（図示せず）に起因する迷光の発生を抑制するために、表示面１１ａがＸＹ平面に対して傾いて設けられている。外光がＨＵＤ装置１００内に混入すると、反射部２０で反射した外光が表示部１１の表示面１１ａでさらに反射する場合がある。このように表示面１１ａで反射した外光が反射部２０へ到達するのを抑制するために、表示面１１ａは、ＸＹ平面に対して角度α傾けて設定されている。角度αは、ＨＵＤ装置１００における光学系に応じて適切な値を任意に設定可能であるが、例えば１０°～３０°の範囲内で設定することができる。また、後述の光学素子５０は、表示面１１ａと対向する対向面５０ａが、表示面１１ａに対して角度βだけ傾けて設けられている。この理由は、後述する。

遮光部材４０は、例えば樹脂により遮光性を有して形成され、図３、図６等に示すように、枠部４１と、板部４２と、を有する。

枠部４１は、図２に示すように、通過口３３の縁に沿った額縁状をなす。枠部４１は、前述のように表示部１１を傾けて配置することにより、表示部１１と通過口３３の間に生じる隙間を埋めるように、表示部１１と通過口３３の間に位置する。枠部４１は、ケース３０の底部３１０と上面が面一となる平板部４１ａを有する。図３に示すように、平板部４１ａの裏側（下方）に、ホルダ１２の第２保持部１２ｂが位置する。

また、枠部４１は、図６に示すように、その開口端部にＺ方向に向かって突起する複数の突起部Ｐを有する。突起部Ｐは、円柱状をなし、この実施形態では三角形の各頂点に相当する箇所に設けられ、計３つある。３つの突起部Ｐは、光学素子５０の一方の面（前述の対向面５０ａの反対面）に当接する。３つの突起部Ｐにより、光学素子５０は、枠部４１に対して位置決めされる。

板部４２は、ケース３０の底部３１０の裏側に固定される板状の部分である。具体的に、板部４２は、図３に示すように、枠部４１の平板部４１ａと段状部４１ｂを介して連結され、底部３１０の裏側へ至っている。板部４２は、底部３１０の隣接部３１０ｂに固定される。

また、板部４２には、底部３１０の裏側に配られたコードが掛けられるフック部が形成されている。具体的に、板部４２は、図５に示すように、表示用コードＣ１が掛けられる第１フック部Ｈ１と、光源用コードＣ２が掛けられる第２フック部Ｈ２と、を有する。ここで、表示用コードＣ１は、表示部１１と回路基板６０とを電気的に接続するＦＦＣ（Flexible Flat Cable）からなる。また、光源用コードＣ２は、光源用基板１３ｂと回路基板６０とを電気的に接続するリード線からなる。この実施形態では、第１フック部Ｈ１が１つ設けられ、第２フック部Ｈ２が複数設けられているが、第１フック部Ｈ１及び第２フック部Ｈ２の数、配置、形状は、コードの配設態様に応じて任意である。

光学素子５０は、表示部１１から反射部２０へ向かう表示光Ｌを透過させる公知の光学部材であり、板状をなす。光学素子５０は、図３に示すように、表示部１１の通過口３３側に位置する。光学素子５０は、例えば、反射防止のために設けられ、λ／４板（１／４波長板とも呼ばれる。）等の位相差板から構成されている。なお、光学素子５０は、ＡＲ（Anti?Reflection）フィルム又はＡＲ膜を有する透明板材、ホットミラーなどであってもよい。

光学素子５０は、図３に示すように、対向面５０ａが表示部１１の表示面１１ａに対して傾いた姿勢で、ホルダ１２と遮光部材４０の枠部４１とに挟持される。具体的に、光学素子５０は、図４に示すように、ホルダ１２の固定部１２ｃに貼り付けられた弾性部材Ｔを介して、ホルダ１２に固定されている（図４では光学素子５０を省略）。弾性部材Ｔは、板状をなし、例えば、弾性を有する両面テープから構成されている。弾性部材Ｔを介してホルダ１２に固定された光学素子５０は、対向面５０ａの反対面が枠部４１に設けられた３つの突起部Ｐ（図６参照）によってＺ方向に押圧される。このようにして、光学素子５０は、ホルダ１２と枠部４１とに挟持される。

ここで、表示部１１に対する光学素子５０の傾きについて、図７を参照して説明する。表示面１１ａに対する対向面５０ａの角度βは、表示部１１から放射される表示光Ｌのうち、対向面５０ａで反射した後に表示面１１ａでさらに反射した光である二次反射光Ｌｓが反射部２０に到達しない角度に設定されている。角度βは、ＨＵＤ装置１００における光学系に応じて適切な値を任意に設定可能であるが、例えば５°～１５°の範囲内で設定することができる。

回路基板６０は、図５に示すように、底部３１０の基板配置部３１０ａに配置され、固定されている。回路基板６０は、各種回路が形成され、マイクロコンピュータからなる制御部が実装されたプリント回路板である。回路基板６０は、表示用基板１１ｂ及び表示用コードＣ１を介して、表示部１１と電気的に接続されている。また、回路基板６０は、光源用コードＣ２を介して、光源用基板１３ｂと電気的に接続されている。回路基板６０に実装された制御部は、ＨＵＤ装置１００の全体動作を制御するものであり、表示部１１の表示動作を制御するとともに、光源１３ａの発光動作を制御する。制御部は、車両１の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）などのシステムと通信を行い、車両情報を示す画像を表示部１１に表示させる。

ケース３０の上方には、図示しないカバーガラスが設けられた上カバーが取り付けられる。反射部２０で反射した表示光Ｌは、カバーガラスを透過して、フロントガラス３へ向かう。また、ケース３０の下方には、回路基板６０等を下方から覆う、図示しない下カバーが取り付けられる。

（１）以上に説明したＨＵＤ装置１００は、画像を表す表示光Ｌを放射する表示部１１と、表示部１１から放射された表示光Ｌをフロントガラス３（外部の透光部材の一例）に向けて反射させる反射部２０と、ケース３０と、遮光部材４０と、を備える。ケース３０は、表示部１１を収容する収容部３２、表示部１１から放射された表示光Ｌを通過させる通過口３３、及び、通過口３３から反射部２０へ至る表示光Ｌが表側を通過する底部３１０を有する。遮光部材４０は、表示部１１と通過口３３の間に位置する枠部４１、及び、底部３１０の裏側に固定される板部４２を有する。収容部３２は、表示部１１を表側から覆う覆い部３２０を有し、通過口３３は、覆い部３２０と底部３１０との間に形成されている。また、枠部４１は、通過口３３の縁に沿った形状をなす。板部４２は、コード（表示用コードＣ１、光源用コードＣ２）が掛けられるフック部（第１フック部Ｈ１、第２フックＨ２）を有する。そして、コードは、表示部１１と電気的に接続される表示用コードＣ１を含む。
以上の構成によれば、表示部１１と通過口３３との間から、表示光Ｌが漏れ出すこと及び外光が入り込むことを抑制できるため、迷光を抑制できる。また、遮光部材４０にコードを掛けるフック部を設け、遮光部材４０に複数の機能を持たせるようにしたから、部品点数を削減することができ、構成を簡潔にすることができる。

（２）また、ＨＵＤ装置１００は、底部３１０の裏側に設けられ、表示用コードＣ１によって前記表示部１１と電気的に接続される回路基板６０を備える。
この構成によれば、ケース３０の裏側に位置する回路基板６０へ至る表示用コードＣ１を、ケース３０の裏側に位置するフック部に掛けて整理することができるため、ケース３０の裏側における部品の組み付けが容易である。

（３）また、ＨＵＤ装置１００は、収容部３２内に位置し、表示部１１を保持するホルダ１２と、表示部１１と通過口３３の間に位置し、表示光Ｌが透過する光学素子５０と、を備える。光学素子５０は、表示部１１と対向する対向面５０ａが、表示部１１の表示面１１ａに対して傾いた姿勢で、ホルダ１２と枠部４１とに挟持される。
この構成によれば、遮光部材４０にさらに機能を持たせることができるため、部品点数を削減することができる。また、傾いた光学素子５０により、二次反射光Ｌｓが迷光となることを抑制することができる。

（４）二次反射光Ｌｓが迷光となることを抑制するに当たっては、表示面１１ａに対する対向面５０ａの角度は、表示部１１から放射される表示光Ｌのうち、対向面５０ａで反射した後に表示面１１ａでさらに反射した光である二次反射光Ｌｓが反射部２０に到達しない角度であることが好ましい。

（５）また、迷光をより効果的に低減する観点からは、枠部４１は、光学素子５０と通過口３３との間に生じる隙間を埋める形状を有していることが好ましい。

（６）光学素子５０は、ホルダ１２に弾性部材Ｔを介して固定されている。
この構成により、光学素子５０の緩衝性を高めることができる。

（７）また、枠部４１は、光学素子５０に向かって突起する複数の突起部Ｐを有し、光学素子５０は、複数の突起部Ｐに押された状態でホルダ１２と枠部４１とに挟持されている。
この構成により、光学素子５０を枠部４１に対し、ほぼ点接触の状態で良好に位置決めすることができる。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

第１フック部Ｈ１と第２フック部Ｈ２の少なくともいずれかに掛けられるコードには、リード線、ＦＦＣだけに限られず、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）が含まれていてもよい。

弾性部材Ｔは、ホルダ１２に固定することができれば、弾性を有する両面テープに限られず任意である。例えば、弾性部材Ｔは、接着等によりホルダ１２に固定される、発泡ウレタン等のスポンジ材、ゴムを含むエラストマー等であってもよい。

以上では、表示ユニット１０の表示部１１が液晶パネルからなる例を示したが、表示部１１及び表示ユニット１０の構成は限定されるものでなく任意である。例えば、表示部１１は、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）から構成されていてもよい。また、表示ユニット１０は、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）と、ＤＭＤによる反射光を受けて画像を表示する透過型スクリーンからなる表示部１１と、を備えて構成されていてもよい。この場合、透過型スクリーンを表示面１１ａと考えることができる。

ＨＵＤ装置１００をユーザ４に向けて反射する透光部材は、車両１のフロントガラス３に限定されず、板状のハーフミラー、ホログラム素子等により構成されるコンバイナであってもよい。

ＨＵＤ装置１００が搭載される車両１の種類は限定されず、自動四輪車や、自動二輪車など様々な車両に適用可能である。また、ＨＵＤ装置１００は、航空機、船舶、スノーモービル等、車両１以外の乗り物に搭載されてもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
１０…表示ユニット
１１…表示部、１１ａ…表示面、１１ｂ…表示用基板
１２…ホルダ、１２ａ…第１保持部、１２ｂ…第２保持部
１２ｃ…固定部、Ｔ…弾性部材
１３…照明部、１３ａ…光源、１３ｂ…光源用基板、１３ｃ…レンズ、１３ｄ…筐体
２０…反射部
３０…ケース
３１…光路形成室
３１０…底部、３１０ａ…基板配置部、３１０ｂ…隣接部、３１１…支持部
３２…収容部、３２０…覆い部、３２１…壁部、３２１ａ…ヒートシンク
３３…通過口
４０…遮光部材
４１…枠部、４１ａ…平板部、４１ｂ…段状部、Ｐ…突起部
４２…板部
Ｈ１…第１フック部、Ｈ２…第２フック部
Ｃ１…表示用コード、Ｃ２…光源用コード
５０…光学素子、５０ａ…対向面
６０…回路基板
１…車両、２…ダッシュボード、３…フロントガラス、４…ユーザ
Ｌ…表示光、Ｖ…虚像、Ｌｓ…二次反射光

Claims

画像を表す表示光を放射する表示部と、
前記表示部から放射された前記表示光を外部の透光部材に向けて反射させる反射部と、
前記表示部を収容する収容部、前記表示部から放射された前記表示光を通過させる通過口、及び、前記通過口から前記反射部へ至る前記表示光が表側を通過する底部を有するケースと、
前記表示部と前記通過口の間に位置する枠部、及び、前記底部の裏側に固定される板部を有する遮光部材と、を備え、
前記収容部は、前記表示部を表側から覆う覆い部を有し、
前記通過口は、前記覆い部と前記底部との間に形成され、
前記枠部は、前記通過口の縁に沿った形状をなし、
前記板部は、コードが掛けられるフック部を有し、
前記コードは、前記表示部と電気的に接続される表示用コードを含む、
ヘッドアップディスプレイ装置。
前記底部の裏側に設けられ、前記表示用コードによって前記表示部と電気的に接続される回路基板を備える、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記収容部内に位置し、前記表示部を保持するホルダと、
前記表示部と前記通過口の間に位置し、前記表示光が透過する光学素子と、を備え、
前記光学素子は、前記表示部と対向する対向面が、前記表示部の前記画像が表示される表示面に対して傾いた姿勢で、前記ホルダと前記枠部とに挟持される、
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。
前記表示面に対する前記対向面の角度は、前記表示部から放射される前記表示光のうち、前記対向面で反射した後に前記表示面でさらに反射した光である二次反射光が前記反射部に到達しない角度である、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記枠部は、前記光学素子と前記通過口との間に生じる隙間を埋める形状を有する、
請求項３又は４に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記光学素子は、前記ホルダに弾性部材を介して固定されている、
請求項３乃至５のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記枠部は、前記光学素子に向かって突起する複数の突起部を有し、
前記光学素子は、前記複数の突起部に押された状態で前記ホルダと前記枠部とに挟持されている、
請求項３乃至６のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。