JPWO2018142471A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両に搭載し、フロントガラス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、虚像に対応する映像光を生成して出射する映像表示装置と、映像表示装置から出射された映像光を反射してフロントガラスへ投射する反射ミラー（５）と、を備える。反射ミラー（５）の反射面は、基板の表面に反射膜を形成した構造であって、映像光が入射しない無効エリア（５２）には反射膜が形成されていない構造とした。これにより、反射ミラーのエッジ（５０）付近等からの反射光により発生する迷光を、マスキング材を用いることなく容易に防止することができる。

Description

本発明は、車両等に搭載し各種映像情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

近年、映像を現実空間に重ねて表示する技術の１つとして、車両のフロントガラスに各種情報を表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と略す）が実用化されている。例えば表示する映像情報として運転者向けの情報を提供することで、車両の運転操作を支援することができる。

ＨＵＤ装置の基本構成は、映像表示装置で光学的に生成した映像をフロントガラスに投射し、反射した映像光が運転者の眼に入射し、運転者はその虚像をフロントガラスの前方に視認する構成である。映像投射用の光学部品には反射ミラーが含まれるが、光反射率を上げるため、ガラス等の基板材の表面に金属膜を形成した表面反射ミラーが用いられる。

例えば特許文献１には、ガラスの表面に形成する光反射層として、下地層（ＴｉＯｘ）、中間層（ＡｌＯｙ）、反射層（Ａｌ）、及び透明保護層を積層形成する構成が記載されている。

特開平６−５１１１０号公報

ＨＵＤ装置において、映像表示装置で生成された映像は、反射ミラーにより反射されて虚像となって表示される構成であるが、反射ミラーのエッジ付近で反射された光は迷光となり、虚像の周囲に出現して妨害光となる問題がある。特に反射ミラーがプラスチックの凹面ミラーの場合は、成型体のパーティングラインに突起（バリ）が存在すると、バリに金属膜が形成され、このバリで反射された光が迷光となり、虚像に対する妨害光となる。

上記した迷光の発生を抑えるには、例えば反射ミラーのエッジ付近やパーティングライン付近をマスキング材で覆い、エッジ付近やパーティングライン付近での反射光の発生をなくすことが考えられる。しかしその場合には、反射ミラーに新たにマスキング材を取り付ける必要があり、部品点数と組立工程が増加する。また、反射ミラーが凹面ミラーの場合には、凹面形状に沿ってマスキング材を加工せねばならず、加工工程が増加する。なお、反射ミラーのエッジ付近を丸めるアール加工も考えられるが、本願発明者の検討では迷光防止の効果は小さかった。

本発明の目的は、マスキング材を用いることなく、容易に迷光の発生を防止できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

本発明は、車両に搭載し、フロントガラス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おいて、前記虚像に対応する映像光を生成して出射する映像表示装置と、前記映像表示装置から出射された前記映像光を反射して前記フロントガラスへ投射する反射ミラーと、を備え、前記反射ミラーの反射面は、基板の表面に反射膜を形成した構造であって、前記映像光が入射しない無効エリアには前記反射膜が形成されていない構造とした。

本発明によれば、マスキング材を用いることなく、容易に迷光の発生を防止できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。

ＨＵＤ装置の全体構成を示す図。 フロントガラスに表示される虚像と迷光を模式的に示す図。 凹面反射ミラーの形状を示す図（エッジに起因する迷光対策）。 凹面反射ミラーの形状を示す図（バリに起因する迷光対策）。 図４の凹面反射ミラーの変形例を示す図。 反射膜の構成例を示す図。

以下、本発明によるヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）の実施例を図面を用いて説明する。

図１は、ＨＵＤ装置の全体構成を示す図である。ＨＵＤ装置１はケース１０に収納されて、車両のダッシュボードの内部に搭載される。ＨＵＤ装置１内の映像表示装置２は、ＬＥＤなどの光源と液晶パネルなどの映像表示素子を有し、表示する映像を生成する。

映像表示装置２から出射された映像光８ａ（実線で示す）は、レンズ３で拡大され、２つの反射ミラー４、５で反射され、車両のフロントガラス６（ウィンドシールドともいう）に向けて投射される。第１の反射ミラー４は平面反射ミラーで反射方向が固定されており、第２のミラー５は凹面反射ミラーでミラー駆動部５ａにより反射方向が可変となっている。２つの反射ミラー４、５は基板の表面に反射膜（アルミ金属膜等を含む）を形成した構造であるが、平面反射ミラー４では平面状のガラス基板に反射膜を形成しているのに対し、凹面反射ミラー５では凹面状（自由曲面形状、光軸非対称の形状を含む）に射出成型したプラスチック成型体の表面に反射膜を形成している。なお、本実施例においては、凹面反射ミラー５はプラスチック成型体を用いたものを説明するが、ガラス成型体でも良い。

凹面反射ミラー５から出射した映像光８ａは、フロントガラス６にて反射され運転者の視点７に入射して網膜上に結像することで、映像を視認することができる。このとき運転者は、フロントガラス６の前方に存在する虚像８を見ていることになる。

ここで映像表示装置２からは、映像光８ａの周辺に周辺光９ａ（破線で示す）も出射される。この周辺光９ａは平面反射ミラー４や凹面反射ミラー５のエッジ付近で反射され、同様にフロントガラス６に投射される。この周辺光９ａは映像信号のない白色光であるが、反射ミラー４，５のエッジ付近で散乱されるため均一な白色光ではなくなり、スジ状の輝線（または暗線）となって運転者に視認されることになる。以下この輝線を「迷光」と呼ぶ。迷光が発生すると、ＨＵＤ装置１の表示映像の品質を低下させるだけでなく、運転者が視認する虚像８に対する妨害光となる。なお、周辺光９ａは映像表示装置２から出射された自発光であるが、ＨＵＤ装置１の外部から入射した光（外光）がエッジ付近で反射されることでも、迷光が発生することになる。

図２は、フロントガラスに表示される虚像と迷光を模式的に示す図である。運転者から見たフロントガラス６には、虚像８として、例えば前方の道路状況や走行速度の情報が表示されている。この虚像８の周囲に、図１で示した周辺光９ａによる迷光９が表示される。すなわち、周辺光９ａのうち反射ミラー４，５のエッジ付近で反射された光は、虚像８の周囲に迷光９となって出現する。特に凹面反射ミラー５については、プラスチック成型体には金型の分割位置（パーティングライン）に沿って突起（バリ）が存在するので、バリ付近で反射した光も同様に迷光９となって出現する。

ここでは迷光９のパターンを単純化して示しているが、反射ミラー４，５のエッジ形状やバリの形状によって様々なパターンとなる。すなわち、エッジの鋭さ、バリのサイズに応じて、スジ状の輝線の太さや明るさ、また輝線の本数は様々に発生する。エッジの鋭さに関しては、本願発明者の検討では、エッジ付近を丸めるアール加工を施しても迷光は依然として発生している。

上記した迷光を抑えるためには、反射ミラーのエッジ付近やパーティングライン付近をマスキング材で覆い、エッジ付近やパーティングライン付近での反射光の発生をなくすことが考えられる。マスキング材として、エッジに治具を取り付ける、黒色の植毛紙を張り付ける、低反射塗料を塗る等が考えられる。しかしながら、新たにマスキング材を取り付ける必要があること、凹面反射ミラーの場合には、マスキング材を凹面加工せねばならないなど、課題がある。そこで本実施例では、迷光を簡単に抑えるために次の対策を講じた。以下、反射ミラーが凹面反射ミラーの場合について、エッジに起因する迷光対策と、バリに起因する迷光対策を具体的に説明する。

図３は、エッジに起因する迷光対策を施した凹面反射ミラー５の形状を示す図である。（ａ）は反射面側から見た正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上面図である。凹面反射ミラー５の反射面は、水平方向（Ｈ方向）及び垂直方向（Ｖ方向）に凹面形状となっている。反射面において点線で囲まれた領域は、凹面反射ミラー５に映像光８ａが入射する有効エリア５１であり、表面に反射膜が形成されている。有効エリア５１の外側は映像光８ａが入射しない領域で、無効エリア５２と呼ぶことにする。凹面反射ミラー５のエッジ５０は全てこの無効エリア５２に含まれるが、映像光以外の８ａ以外の周辺光９ａが入射しエッジ５０付近で反射されることで迷光９が発生することになる。

そこで本実施例では、凹面反射ミラー５のエッジ５０付近での反射をなくすため、無効エリア５２には反射膜を形成しない構造とした。そのため、反射膜の形成工程において、無効エリア５２を覆う治具、例えばスパッタリング成膜時のマスキング治具を使用する。これにより、凹面反射ミラー５のエッジ５０付近には反射膜が形成されていないので、周辺光９ａが入射してもその反射光は発生せず、迷光の発生を抑えることができる。

このように、凹面反射ミラー５のエッジ５０付近の無効エリア５２に反射膜を形成しない構造とすれば、凹面反射ミラー５のＨＵＤ装置１への実装において、マスキング材等を新たに取り付ける必要がなく、容易に迷光の発生を防止することができる。

図４は、バリに起因する迷光対策を施した凹面反射ミラー５の形状を示す図である。（ａ）は反射面側から見た斜視図、（ｂ）は部分拡大図、（ｃ）は反射膜の成膜時の状態を示す図である。凹面反射ミラー５の凹面状基板は射出成型によるプラスチック成型体であるが、射出成型後の成型体取り出し時に金型分割位置（パーティングライン５３）に沿って表面に突起（バリ５３ａ）が存在する。この例では（ｂ）で示すように、凹面反射ミラー５の側面において、エッジ５０のラインとほぼ平行にパーティングライン５３（バリ５３ａ）が存在している。このバリ５３ａに反射膜が形成され、これに周辺光９ａが入射することで、その反射光が同様に迷光となる。この対策として、パーティングライン５３に生じたバリ５３ａを機械的に除去することも考えられるが、新たな微細加工が必要になる。

そこで本実施例では、（ｃ）の反射膜の成膜時には、パーティングライン５３（バリ５３ａ）を覆うようなマスキング治具１１を使用して、反射膜の形成を行う。これによってパーティングライン５３近傍への反射膜の成膜をなくし、バリ５３ａからの反射光をなくして迷光の発生を抑えるようにした。なお、マスキング冶具１１の形状は、エッジ５０とバリ５３ａの両方を同時に覆うものであることが望ましく、エッジとバリに起因する迷光対策を同時に実現することができる。

図５は、バリに起因する迷光対策として、図４の凹面反射ミラー５の形状の変形例を示す図である。図４（ｃ）の成膜時には、ターゲット材の粒子が凹面反射ミラー５とマスキング冶具１１との間隙に回り込み、パーティングライン５３（バリ５３ａ）に成膜される可能性がある。その対策として、図５（ｂ）のように、凹面反射ミラー５のエッジ５０からパーティングライン５３にかけて段差部（切欠き）５５を形成した構造にする。段差部５５の形状は、パーティングライン５３の位置やバリ５３ａの大きさ、金型の設計に合わせて、数ｍｍ程度だけＬ字状に切り欠いた形状とする。なお、段差部５５の底面と壁面は傾斜面としてもよい。

図５（ｃ）は成膜時に使用するマスキング冶具１１の例であり、凹面反射ミラー５に設けた段差部５５（切欠き）の形状に合わせて段差部１２（突起部）を設けている。これにより、ターゲット材の粒子の回り込みをなくし、パーティングライン５３（バリ５３ａ）に反射膜が成膜されるのを確実に防止することができる。

図６は、本実施例における反射膜の構成例を示す図である。プラスチック基板に対し、下地層（ＮｂまたはＳｉ）、第１層（Ａｌ、主反射層）、第２層（ＳｉＯ_２）、第３層（ＮｂＯｘ）の順に積層形成することで、Ａｌの増反射膜としている。成膜装置にはスパッタリング装置を使用し、マスキング冶具１１にはメタル材を使用した。ここに示した材料は一例であり、用途に応じて適宜変更することができる。

また、第２層（ＳｉＯ_２）と第３層（ＮｂＯｘ）は透明保護膜であり、凹面反射ミラー５のエッジ５０やパーティングライン５３（バリ５３ａ）に成膜されても迷光発生の原因とはならない。よって、第２層と第３層については、マスキング冶具１１なしで成膜してもよい。

以上述べた実施例は、プラスチック成型体に反射膜を形成する凹面反射ミラー５の場合であったが、ガラス基板に反射膜を形成する平面反射ミラー４の場合にも適用できる。その場合、エッジに起因する迷光対策に同様に効果があることは言うまでもない。

１：ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置。

２：映像表示装置、
３：レンズ、
４：平面反射ミラー、
５：凹面反射ミラー、
６：フロントガラス、
８：虚像、
８ａ：映像光、
９：迷光、
９ａ：周辺光、
１１：マスキング冶具、
１２：段差部、
５０：エッジ、
５１：有効エリア、
５２：無効エリア、
５３：パーティングライン、
５３ａ：バリ、
５５：段差部。

Claims (4)

1. 車両に搭載し、フロントガラス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おいて、
   前記虚像に対応する映像光を生成して出射する映像表示装置と、
   前記映像表示装置から出射された前記映像光を反射して前記フロントガラスへ投射する反射ミラーと、を備え、
   前記反射ミラーの反射面は、基板の表面に反射膜を形成した構造であって、前記映像光が入射しない無効エリアには前記反射膜が形成されていない構造とした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、
   前記無効エリアには、前記反射ミラーの反射面のエッジが含まれ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、
   前記反射ミラーは、プラスチック成型体である凹面状の基板に前記反射膜を形成した凹面反射ミラーであって、前記プラスチック成型体のパーティングライン近傍には前記反射膜が形成されていない構造としたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
4. 請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記凹面反射ミラーは反射面の側面に前記パーティングラインを有するとき、
   前記反射面のエッジから前記パーティングラインにかけて段差部が形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。

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