WO2024071226A1 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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WO2024071226A1
WO2024071226A1 PCT/JP2023/035223 JP2023035223W WO2024071226A1 WO 2024071226 A1 WO2024071226 A1 WO 2024071226A1 JP 2023035223 W JP2023035223 W JP 2023035223W WO 2024071226 A1 WO2024071226 A1 WO 2024071226A1
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WO
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display
transparent cover
light
display device
opening
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PCT/JP2023/035223
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English (en)
French (fr)
Inventor
直久 村田
朋宏 宮澤
Original Assignee
矢崎総業株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K35/00—Instruments specially adapted for vehicles; Arrangement of instruments in or on vehicles
    • B60K35/20—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor
    • B60K35/21—Output arrangements, i.e. from vehicle to user, associated with vehicle functions or specially adapted therefor using visual output, e.g. blinking lights or matrix displays
    • B60K35/23—Head-up displays [HUD]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/01—Head-up displays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/64—Constructional details of receivers, e.g. cabinets or dust covers

Definitions

  • the present invention relates to a head-up display device.
  • Patent Document 1 describes a vehicle head-up display that displays a virtual image through the vehicle's front windshield.
  • This vehicle head-up display includes a housing that is disposed on the vehicle's instrument panel and has an opening that emits image light of an image, a display that is housed in the housing and emits image light of the image, a magnifying mirror that is housed in the housing and magnifies and reflects an image that is directly incident from the display, and a lens that closes the opening of the housing and magnifies the image that is incident from the magnifying mirror and outputs it to the front windshield.
  • the present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a head-up display device that can properly display a virtual image.
  • the head-up display device of the present invention comprises a display unit that is provided in a vehicle and displays a virtual image by reflecting display light emitted toward a light-transmitting reflective member toward the eye point by the reflective member, and a housing having an opening facing the reflective member and in which the display unit is assembled, the display unit comprising a display device housed inside the housing and emitting the display light, a reflecting mirror housed inside the housing and reflecting enlarged display light, which is an enlarged version of the display light emitted from the display device, toward the reflective member via the opening, and a reflecting mirror that closes the opening and reflects the enlarged display light toward the reflective member via the opening.
  • the opening has a light-shielding back part erected on the side opposite the eye point of the opening
  • the transparent cover is configured to include a curved part formed in a curved shape
  • the curved part has a first surface part located on the reflection mirror side and a second surface part located on the opposite side of the reflection mirror side and focuses external light on the back part
  • the vertical thickness of the first surface part and the second surface part is formed so that it becomes thicker from the back part side toward the eye point side in the range toward the eye point side from the lowest point of the transparent cover in the vertical direction.
  • the head-up display device can focus external light reflected by the second surface onto the back cover. Furthermore, the head-up display device is formed so that the thickness of the transparent cover increases from the back cover side toward the eye point side, so that the reflectance of external light reflected by the first surface and the second surface can be relatively reduced. This allows the head-up display device to relatively reduce the brightness of external light reflected inside the transparent cover, so that even if external light reflected inside the transparent cover reaches the eye point, the external light can be prevented from being viewed as a ghost. This allows the head-up display device to properly display a virtual image.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a head-up display device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of a transparent cover according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between reflection of external light and an iris according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of reflection of external light according to a comparative example.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of reflection of external light according to the embodiment.
  • the head-up display device 1 is provided in a vehicle, and displays a virtual image S by reflecting display light L1 emitted toward a light-transmitting windshield WS toward an eye point EP by the windshield WS.
  • the windshield WS is an example of a reflecting member, and is a member formed in a plate shape from transparent glass, and is provided in front of the driver's seat to block wind.
  • the head-up display device 1 may be an AR-HUD device that matches and superimposes a virtual image S on an object in front of the vehicle (e.g., a person, a sign, another vehicle, etc.), or may be a HUD device that displays a virtual image S without matching the virtual image S with an object in front of the vehicle.
  • an AR-HUD device that matches and superimposes a virtual image S on an object in front of the vehicle (e.g., a person, a sign, another vehicle, etc.)
  • HUD device that displays a virtual image S without matching the virtual image S with an object in front of the vehicle.
  • the direction along the width of the vehicle is referred to as the first direction X
  • the direction along the overall length of the vehicle is referred to as the second direction Y
  • the direction along the up-down direction of the vehicle is referred to as the third direction Z.
  • the second direction Y can also be said to be a direction along the straight-line direction in which the vehicle travels straight.
  • the third direction Z can also be said to be a direction along the vertical direction.
  • the first direction X, second direction Y, and third direction Z intersect with each other and are typically perpendicular to each other.
  • the first direction X and second direction Y can also be said to be directions along a horizontal plane perpendicular to the vertical direction.
  • the head-up display device 1 includes a housing 10 and a display unit 20.
  • the housing 10 is installed in the vehicle and has the display unit 20 attached to it.
  • the housing 10 is formed in a box shape, and houses the display 21 and the reflecting mirror 22 of the display unit 20, which will be described later, inside the housing 10.
  • the housing 10 has an opening 11 that connects the inside to the outside.
  • the opening 11 is provided opposite the windshield WS, and is a portion that is capable of transmitting light.
  • the display unit 20 displays a virtual image S by reflecting the display light L1 emitted toward the windshield WS toward the eye point EP from the windshield WS.
  • the display unit 20 includes a display 21, a reflecting mirror 22, and a transparent cover 23.
  • the display 21 emits display light L1 including an image and is housed inside the housing 10.
  • the display 21 includes, for example, a display and a backlight.
  • the display forms an image and is, for example, a TFT-LCD (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display).
  • the backlight irradiates light onto the back of the display and is, for example, a plurality of LEDs (light-emitting diodes).
  • the display 21 emits display light L1 including an image from the display toward the reflecting mirror 22 by irradiating the display with light from the backlight.
  • the display 21 emits the display light L1 directly to the reflecting mirror 22, for example, without passing through another mirror. In other words, no optical components are interposed between the display 21 and the reflecting mirror 22.
  • the display 21 has an emission part (e.g., a display) that emits the display light L1 housed inside the housing 10, and a part of the display 21 other than the emission part (e.g., a backlight) is exposed to the outside of the housing 10.
  • an emission part e.g., a display
  • a part of the display 21 other than the emission part e.g., a backlight
  • the reflecting mirror 22 totally reflects light and is housed inside the housing 10.
  • the reflecting mirror 22 has a reflecting surface 221 formed in a concave shape and an aspherical surface.
  • the reflecting surface 221 is disposed opposite the display 21 and opposite the transparent cover 23.
  • the reflecting mirror 22 magnifies the display light L1 (image) emitted from the display 21 by the reflecting surface 221, and reflects the magnified display light L2 toward the windshield WS through the opening 11 (transparent cover 23) of the housing 10.
  • the reflecting mirror 22 magnifies the display light L1 emitted directly from the display 21 without passing through another mirror by the reflecting surface 221, and reflects the magnified display light L2 toward the windshield WS through the opening 11 (transparent cover 23) of the housing 10.
  • the transparent cover 23 is a cover that closes the opening 11 of the housing 10 and transmits light.
  • the transparent cover 23 is formed in a curved plate shape from transparent resin and closes the opening 11.
  • the transparent cover 23 has a curved portion 230 that is curved toward the inside of the housing 2.
  • the curved portion 230 is formed in a concave shape toward the inside of the housing 2.
  • the curved portion 230 has an outer surface portion 231 as the second surface portion and an inner surface portion 232 as the first surface portion.
  • the outer surface portion 231 is located on the opposite side to the reflecting mirror 22 and is a surface portion curved toward the inside of the housing 2. That is, the outer surface portion 231 is a surface portion provided on the window shield WS side.
  • the outer surface portion 231 reflects external light toward the back cover portion F.
  • the back cover portion F blocks light and is erected on the opposite side of the eye point EP side of the opening 11. That is, the back cover portion F is a wall portion extending along the third direction Z on the opposite side of the eye point EP side of the transparent cover 23.
  • the back cover portion F is provided at a slight incline toward the transparent cover 23 side.
  • the outer surface portion 231 is formed in a shape that reflects external light incident from outside the housing 2 toward the back cover portion F.
  • the XZ cross section of the outer surface portion 231 cut along the first direction X and the third direction Z is formed in a straight line without being curved.
  • the outer surface portion 231 is formed in a curved YZ cross section cut along the second direction Y and the third direction Z, and is formed in a curved shape with a curvature that allows external light to be reflected toward the back part F.
  • the outer surface portion 231 reflects external light incident from the outside of the housing 2 toward the back part F. For example, as shown in FIG.
  • the outer surface portion 231 reflects external light P1a and P1b reflected by the windshield WS toward the transparent cover 23 side from the upper end side of the iris EL in the third direction Z toward the windshield WS toward the back part F.
  • the outer surface portion 231 reflects external light P2a and P2b reflected by the windshield WS toward the transparent cover 23 side from the lower end side of the iris EL in the third direction Z toward the windshield WS toward the back part F.
  • the iris EL is a predetermined spatial area, and is an area that is assumed in advance as an area where the driver's eyes are distributed.
  • the inner surface portion 232 is located on the reflecting mirror 22 side and is a surface portion formed by curving toward the inside of the housing 2. In other words, the inner surface portion 232 is a surface portion provided on the opposite side to the window shield WS side.
  • the inner surface portion 232 has a free-form surface 232a.
  • the free-form surface 232a is a curved surface that cannot be expressed by a simple mathematical formula such as a sphere or a cylinder.
  • the free-form surface 232a is, for example, a curved surface expressed by setting multiple intersections and curvatures in space and interpolating each intersection point with a high-order polynomial.
  • the free-form surface 232a is formed in a shape that corrects the aberration of the virtual image S caused by optical members including the window shield WS.
  • the free-form surface 232a is formed in a shape that corrects the aberration of the virtual image S caused by the shape of the window shield WS, for example.
  • the transparent cover 23 performs aberration correction on the magnified display light L2 reflected by the reflecting mirror 22 by the free-form surface 232a.
  • the transparent cover 23 then emits the corrected magnified display light L2, which has been subjected to aberration correction by the free-form surface 232a, toward the window shield WS.
  • the corrected magnified display light L2 emitted toward the window shield WS is reflected by the window shield WS toward the eye point EP and is guided to the eye point EP.
  • the transparent cover 90 according to the comparative example is formed so that the thickness in the third direction Z of the inner surface portion 92 and the outer surface portion 91 becomes thinner from the back portion F side toward the eye point EP side in the range toward the eye point EP side of the lowest point Q1 of the transparent cover 90 in the third direction Z of the transparent cover 90. Therefore, in the transparent cover 90 according to the comparative example, when the external light P3 enters the transparent cover 90 and propagates inside the transparent cover 90, the angle of incidence of the external light P3 becomes relatively large.
  • the transparent cover 90 has a high reflectance of the external light P3, which makes it easy for the external light P3 to be reflected and propagated many times, and therefore makes it easy for the external light P3 to go in the direction of the reflection mirror 22.
  • the external light P3 reflected inside the transparent cover 90 and then transmitted through the transparent cover 90 and emitted toward the reflection mirror 22 tends to be reflected toward the position of the opening 11 at the upper end side of the reflection mirror 22 in the third direction Z.
  • the external light P3 is reflected inside the transparent cover 23 and then directed to the eye point EP, creating a problem of ghosting caused by the external light P3.
  • the transparent cover 23 is formed such that the thickness D (see FIG. 2) of the inner surface portion 232 and the outer surface portion 231 in the third direction Z becomes thicker from the end portion F side toward the eye point EP side in the range on the eye point EP side of the lowest point Q2 of the transparent cover 23 in the third direction Z of the transparent cover 23. That is, in the YZ cross section cut along the second direction Y and the third direction Z, the transparent cover 23 is formed such that the distance in the third direction Z between the inner surface portion 232 and the outer surface portion 231 becomes gradually wider from the end portion F side toward the eye point EP side in the range on the eye point EP side of the lowest point Q2 of the transparent cover 23.
  • the lowest point Q2 of the transparent cover 23 in the third direction Z is below the end portion F in the third direction Z. That is, the lowest point Q2 of the transparent cover 23 overlaps with the end portion F when viewed from the third direction Z.
  • the angle of incidence of the external light P4 is smaller than that of the comparative example. Therefore, in the head-up display device 1, the reflectance of the external light P4 is reduced, which makes it difficult for the external light P4 to propagate, and therefore the external light P4 is less likely to travel in the direction of the reflecting mirror 22.
  • the head-up display device 1 since the angle of incidence of the external light P4 is small in the head-up display device 1, the external light P4 that passes through the transparent cover 23 and is emitted toward the reflecting mirror 22 tends to be reflected at the lower end side of the third direction Z of the reflecting mirror 22 toward a position different from the position of the opening 11 (for example, the display 21 side). As a result, the head-up display device 1 can suppress the external light P4 from being guided to the eye point EP after being reflected inside the transparent cover 23, and can suppress the occurrence of ghosts due to the external light P4.
  • the head-up display device 1 can reduce the brightness of the external light P4 relatively because the external light P4 is reflected by the inner surface portion 232 and the outer surface portion 231 with a reflectance lower than that of the external light P3 in the comparative example, and therefore, even if the external light P4 is guided to the eye point EP, the occurrence of ghosts due to the external light P4 can be suppressed.
  • the head-up display device 1 includes a display unit 20 and a housing 10.
  • the display unit 20 is provided in a vehicle and displays a virtual image S by reflecting the display light L1 emitted toward the light-transmitting windshield WS toward the eye point EP by the windshield WS.
  • the housing 10 has an opening 11 facing the windshield WS, and the display unit 20 is attached to the opening 11.
  • the display unit 20 includes a display 21, a reflecting mirror 22, and a transparent cover 23.
  • the display 21 is housed inside the housing 10 and emits display light L1.
  • the reflecting mirror 22 is housed inside the housing 10 and reflects the enlarged display light L2, which is an enlarged version of the display light L1 emitted from the display 21, toward the windshield WS via the opening 11.
  • the transparent cover 23 closes the opening 11 and transmits the enlarged display light L2 reflected by the reflecting mirror 22.
  • the opening 11 has a light-shielding back part F erected on the side opposite the eye point EP of the opening 11.
  • the transparent cover 23 described above includes a curved part 230 formed in a curved shape.
  • the curved part 230 has an inner side part 232 located on the reflection mirror 22 side, and an outer side part 231 located on the opposite side of the reflection mirror 22 side and focusing external light on the back part F.
  • the thickness D in the third direction Z between the inner side part 232 and the outer side part 231 is formed so that it becomes thicker from the back part F side toward the eye point EP side in the range on the eye point EP side of the lowest point Q2 of the transparent cover 23 in the third direction Z.
  • the head-up display device 1 can focus the external light reflected by the outer surface portion 231 onto the facing portion F. Furthermore, in the head-up display device 1, the thickness D of the transparent cover 23 is formed so that it becomes thicker from the facing portion F side toward the eye point EP side, so that the reflectance of the external light reflected by the inner surface portion 232 and the outer surface portion 231 can be relatively reduced. As a result, the head-up display device 1 can relatively reduce the luminance of the external light P4 reflected inside the transparent cover 23, so that even if the external light P4 reflected inside the transparent cover 23 reaches the eye point EP, the external light P4 can be prevented from being viewed as a ghost. This allows the head-up display device 1 to properly display the virtual image S.
  • the inner surface portion 232 is formed with a free-form surface 232a that performs aberration correction on the magnified display light L2 reflected by the reflecting mirror 22.
  • the head-up display device 1 can correct the aberration of the virtual image S caused by optical members including the window shield WS, etc., by the free-form surface 232a of the transparent cover 23.
  • the head-up display device 1 can improve the accuracy of the aberration correction and the magnification rate by dividing the roles by mainly assigning the aberration correction function to the transparent cover 23 and mainly assigning the magnification function to the reflecting mirror 22.
  • the head-up display device 1 can be easily manufactured because the parameter coefficients can be reduced by dividing the roles, and thus the tolerance can be reduced.
  • the transparent cover 23 that closes the opening 11 of the housing 10 also serves the function of aberration correction, thereby suppressing an increase in the number of parts and suppressing an increase in the size of the optical system. As a result, the head-up display device 1 can properly display the virtual image S.
  • the display 21 directly emits display light L1 to the reflecting mirror 22.
  • the reflecting mirror 22 reflects the magnified display light L2, which is an enlarged version of the display light L1 directly emitted from the display 21, to the windshield WS via the transparent cover 23.
  • the head-up display device 1 can be made smaller because the display 21 directly emits the display light L1 to the reflecting mirror 22 without passing through another mirror.
  • the reflecting mirror 22 may be configured to reflect the external light P4, which is reflected by the inner surface portion 232 and the outer surface portion 231 of the transparent cover 23 and then passes through the transparent cover 23 and is emitted toward the reflecting mirror 22, to a position different from the position of the opening 11.
  • the reflecting mirror 22 cannot reflect the external light P4 to a position different from the position of the opening 11 and reflects the external light P4 toward the opening 11, the luminance of the external light P4 can be relatively reduced as described above, so that even if the external light P4 reaches the eye point EP, the external light P4 can be prevented from being viewed as a ghost.
  • the head-up display device 1 can further prevent the external light P4 from being viewed as a ghost.
  • the display 21 directly emits the display light L1 to the reflecting mirror 22 without passing through another mirror
  • the free-form surface 232a is formed on the reflective mirror 22 side of the transparent cover 23, but this is not limiting and the surface may be formed on the opposite side of the transparent cover 23 from the reflective mirror 22 side.
  • the transparent cover 23 may have a function of magnifying the magnified display light L2 (image) in addition to the function of correcting the aberration of the virtual image S by the free-form surface 232a.
  • the transparent cover 23 magnifies the magnified display light L2 (image) at a magnification rate smaller than that of the reflecting mirror 22.
  • the transparent cover 23 magnifies the magnified display light L2 (image) at a magnification rate of about 1/10 of that of the reflecting mirror 22.
  • the reflecting mirror 22 may have a function of correcting the aberration of the virtual image S in addition to the function of magnifying the display light L1 (image) by the reflecting surface 221.
  • the reflecting mirror 22 corrects the aberration of the virtual image S with an aberration correction amount smaller than that of the transparent cover 23.
  • the reflecting mirror 22 corrects the aberration of the virtual image S with an aberration correction amount that is about 1/10 of the aberration correction amount of the transparent cover 23.
  • the reflective member is a windshield WS, but it is not limited to this and may be, for example, a combiner.
  • the transparent cover 23 may have an outer surface portion 231 and an inner surface portion 232 in a Fresnel lens shape.

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Abstract

ヘッドアップディスプレイ装置において、透明カバー（２３）は、開口部（１１）を閉塞し、かつ、反射ミラー（２２）により反射された拡大表示光を透過する。開口部（１１）は、光を遮蔽する見返し部（Ｆ）が、当該開口部（１１）のアイポイント（ＥＰ）側とは反対側に立設されている。透明カバー（２３）は、湾曲状に形成された湾曲部（２３０）を含んで構成される。湾曲部（２３０）は、反射ミラー（２２）側に位置する内側面部（２３２）、及び、反射ミラー（２２）側とは反対側に位置し外光を見返し部（Ｆ）に集光する外側面部（２３１）を有する。そして、内側面部（２３２）と外側面部（２３１）との第３方向（Ｚ）の厚みは、透明カバー（２３）の第３方向（Ｚ）の最下点（Ｑ２）よりもアイポイント（ＥＰ）側の範囲において、見返し部（Ｆ）側からアイポイント（ＥＰ）側に向けて厚くなるように形成されている。

Description

ヘッドアップディスプレイ装置
　本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
　従来、ヘッドアップディスプレイ装置として、例えば、特許文献１には、車両のフロントウィンドシールドを介して虚像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイが記載されている。この車両用ヘッドアップディスプレイは、車両のインストルメントパネルに配置されると共に、画像の画像光を射出する開口部を有するハウジングと、ハウジングに収納されると共に画像の画像光を射出する表示器と、ハウジングに収納されると共に、表示器から直接入射される画像を拡大して反射する拡大鏡と、ハウジングの開口部を閉塞し、拡大鏡から入射された画像を拡大してフロントウィンドシールドに出力するレンズとを備える。
特開２００６－９１１０４号公報
　ところで、上述の特許文献１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、例えば、レンズで反射した外光が乗員のアイポイントに届くことを抑制することが望まれている。
　そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、虚像を適正に表示することが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。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、車両に設けられ、光を透過可能な反射部材に向けて出射した表示光を当該反射部材でアイポイント側に向けて反射させることで虚像を表示する表示ユニットと、前記反射部材と対向する開口部を有し前記表示ユニットが組み付けられる筐体と、を備え、前記表示ユニットは、前記筐体の内部に収容され前記表示光を出射する表示器と、前記筐体の内部に収容され、前記表示器から出射された前記表示光を拡大した拡大表示光を、前記開口部を介して前記反射部材に向けて反射する反射ミラーと、前記開口部を閉塞し、かつ、前記反射ミラーにより反射された前記拡大表示光を透過する透明カバーと、を含んで構成され、前記開口部は、光を遮蔽する見返し部が、当該開口部の前記アイポイント側とは反対側に立設されており、前記透明カバーは、湾曲状に形成された湾曲部を含んで構成され、前記湾曲部は、前記反射ミラー側に位置する第１面部、及び、前記反射ミラー側とは反対側に位置し外光を前記見返し部に集光する第２面部を有し、前記第１面部と前記第２面部との鉛直方向の厚みは、前記透明カバーの前記鉛直方向の最下点よりも前記アイポイント側の範囲において、前記見返し部側から前記アイポイント側に向けて厚くなるように形成されていることを特徴とする。
　本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、第２面部で反射した外光を見返し部に集光することができる。また、ヘッドアップディスプレイ装置は、透明カバーの厚みが、見返し部側からアイポイント側に向けて厚くなるように形成されているので、第１面部と第２面部とで反射する外光の反射率を相対的に小さくすることができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置は、透明カバーの内部で反射された外光の輝度を相対的に小さくすることができるので、仮に透明カバーの内部で反射した外光がアイポイントに届いたとしても、当該外光がゴーストとして視認されることを抑制できる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置は、虚像を適正に表示することができる。
図１は、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成例を示す模式図である。 図２は、実施形態に係る透明カバーの構成例を示す斜視図である。 図３は、実施形態に係る外光の反射とアイリプスとの関係を示す模式図である。 図４は、比較例に係る外光の反射例を示す模式図である。 図５は、実施形態に係る外光の反射例を示す模式図である。
　本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
〔実施形態〕
　図面を参照しながら実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１について説明する。ヘッドアップディスプレイ装置１は、車両に設けられ、光を透過可能なウィンドウシールドＷＳに向けて出射した表示光Ｌ１を当該ウィンドウシールドＷＳでアイポイントＥＰ側に向けて反射させることで虚像Ｓを表示するものである。ここで、ウィンドウシールドＷＳは、反射部材の一例であり、透明なガラスにより板状に形成された部材であり、運転席の前方に設けられ、風を遮るものである。ヘッドアップディスプレイ装置１は、車両の前方の対象物（例えば、人物、標識、他車両等）に虚像Ｓを合わせて重畳表示するＡＲ－ＨＵＤ装置であってもよいし、また、車両の前方の対象物に虚像Ｓを合わせずに虚像Ｓを表示するＨＵＤ装置であってもよい。以下、ヘッドアップディスプレイ装置１について詳細に説明する。
　ここで、車両の車幅方向に沿った方向を第１方向Ｘと称し、車両の全長方向に沿った方向を第２方向Ｙと称し、車両の上下方向に沿った方向を第３方向Ｚと称する。第２方向Ｙは、車両が直進する直進方向に沿った方向ともいえる。第３方向Ｚは、鉛直方向に沿った方向ともいえる。第１方向Ｘ、第２方向Ｙ、及び、第３方向Ｚは、互いに交差し、典型的には、互いに直交する。なお、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙは、鉛直方向に直交する水平面に沿った方向ともいえる。
　ヘッドアップディスプレイ装置１は、図１に示すように、筐体１０と、表示ユニット２０とを備える。
　筐体１０は、車両に設けられ表示ユニット２０が組み付けられるものである。筐体１０は、箱形状に形成され、後述する表示ユニット２０の表示器２１及び反射ミラー２２を当該筐体１０の内部に収容する。筐体１０は、内部と外部とを連通する開口部１１を有する。開口部１１は、ウィンドウシールドＷＳと対向して設けられ、光を透過可能な部位である。
　表示ユニット２０は、ウィンドウシールドＷＳに向けて出射した表示光Ｌ１を当該ウィンドウシールドＷＳでアイポイントＥＰ側に向けて反射させることで虚像Ｓを表示するものである。表示ユニット２０は、表示器２１と、反射ミラー２２と、透明カバー２３とを含んで構成される。
　表示器２１は、画像を含む表示光Ｌ１を出射するものであり、筐体１０の内部に収容される。表示器２１は、例えば、ディスプレイと、バックライトとを含んで構成される。ディスプレイは、画像を形成するものであり、例えば、ＴＦＴ－ＬＣＤ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ-Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ）等によって構成される。バックライトは、ディスプレイの背面に光を照射するものであり、例えば、複数のＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ-ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ）等によって構成される。表示器２１は、バックライトによりディスプレイに光を照射することで、ディスプレイから画像を含む表示光Ｌ１を反射ミラー２２に向けて出射する。表示器２１は、例えば、他のミラーを介さずに、反射ミラー２２に表示光Ｌ１を直接出射する。すなわち、表示器２１と反射ミラー２２との間には、光学部品が介在していない。
　なお、この例では、表示器２１は、当該表示器２１の一部が筐体１０の内部に収容され、表示器２１の他の部分が筐体１０の外部に露出している。具体的には、表示器２１は、表示光Ｌ１を出射する出射部（例えば、ディスプレイ）が筐体１０の内部に収容され、表示器２１の出射部以外の部分（例えば、バックライト）が筐体１０の外部に露出している。
　反射ミラー２２は、光を全反射するものであり、筐体１０の内部に収容されている。反射ミラー２２は、凹形状かつ非球面に形成された反射面２２１を有する。反射面２２１は、表示器２１に対向して配置され、かつ、透明カバー２３に対向して配置されている。反射ミラー２２は、反射面２２１によって、表示器２１から出射された表示光Ｌ１（画像）を拡大し、当該拡大した拡大表示光Ｌ２を、筐体１０の開口部１１（透明カバー２３）を介してウィンドウシールドＷＳに向けて反射する。具体的には、反射ミラー２２は、反射面２２１によって、表示器２１から他のミラーを介さずに直接出射された表示光Ｌ１を拡大し、当該拡大した拡大表示光Ｌ２を、筐体１０の開口部１１（透明カバー２３）を介してウィンドウシールドＷＳに向けて反射する。
　透明カバー２３は、筐体１０の開口部１１を閉塞しかつ光を透過するカバーである。透明カバー２３は、透明な樹脂によって湾曲した板状に形成され、開口部１１を閉塞している。透明カバー２３は、筐体２の内部に向けて湾曲状に形成された湾曲部２３０を有する。すなわち、湾曲部２３０は、筐体２の内部に向けて凹形状に形成されている。湾曲部２３０は、図２に示すように、第２面部としての外側面部２３１と、第１面部としての内側面部２３２とを有する。
　外側面部２３１は、反射ミラー２２側とは反対側に位置し、筐体２の内部に向けて湾曲して形成された面部である。すなわち、外側面部２３１は、ウィンドウシールドＷＳ側に設けられた面部である。外側面部２３１は、外光を見返し部Ｆに向けて反射する。ここで、見返し部Ｆは、光を遮蔽するものであり、開口部１１のアイポイントＥＰ側とは反対側に立設されている。すなわち、見返し部Ｆは、透明カバー２３のアイポイントＥＰ側とは反対側に、第３方向Ｚに沿って延在して設けられた壁部である。この例では、見返し部Ｆは、透明カバー２３側に若干傾斜して設けられている。外側面部２３１は、筐体２の外部から入射する外光を見返し部Ｆに向けて反射する形状に形成されている。具体的には、外側面部２３１は、第１方向Ｘ及び第３方向Ｚに沿って切断したＸＺ断面が、湾曲せずに直線状に形成されている。また、外側面部２３１は、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに沿って切断したＹＺ断面が、湾曲状に形成され、外光を見返し部Ｆに向けて反射可能な曲率で湾曲状に形成されている。外側面部２３１は、筐体２の外部から入射する外光を見返し部Ｆに向けて反射する。外側面部２３１は、例えば、図３に示すように、アイリプスＥＬの第３方向Ｚの上端側からウィンドウシールドＷＳに向かい、当該ウィンドウシールドＷＳで透明カバー２３側に反射された外光Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを見返し部Ｆに向けて反射する。また、外側面部２３１は、アイリプスＥＬの第３方向Ｚの下端側からウィンドウシールドＷＳに向かい、当該ウィンドウシールドＷＳで透明カバー２３側に反射された外光Ｐ２ａ、Ｐ２ｂを見返し部Ｆに向けて反射する。なお、アイリプスＥＬは、予め定められた空間領域であり、運転者の目の位置が分布する領域として予め想定された領域である。
　内側面部２３２は、反射ミラー２２側に位置し、筐体２の内部に向けて湾曲して形成された面部である。すなわち、内側面部２３２は、ウィンドウシールドＷＳ側とは反対側に設けられた面部である。内側面部２３２は、自由曲面２３２ａを有する。自由曲面２３２ａは、球体や円柱等のように単純な数式では表わすことができない曲面ある。自由曲面２３２ａは、例えば、空間に交点と曲率を複数設定し、高次多項式でそれぞれの交点を補間して表現された曲面である。自由曲面２３２ａは、ウィンドウシールドＷＳ等を含む光学部材によって生じる虚像Ｓの収差を補正する形状に形成されている。自由曲面２３２ａは、例えば、ウィンドウシールドＷＳの形状によって生じる虚像Ｓの収差を補正する形状に形成されている。透明カバー２３は、自由曲面２３２ａによって、反射ミラー２２により反射された拡大表示光Ｌ２に対して収差補正を行う。そして、透明カバー２３は、自由曲面２３２ａによって収差補正を行った補正後の拡大表示光Ｌ２を、ウィンドウシールドＷＳに向けて出射する。ウィンドウシールドＷＳに向けて出射された補正後の拡大表示光Ｌ２は、ウィンドウシールドＷＳでアイポイントＥＰ側に向けて反射され、アイポイントＥＰに導かれる。
　ここで、比較例に係る透明カバー９０は、図４に示すように、内側面部９２と外側面部９１との第３方向Ｚの厚みは、透明カバー９０の第３方向Ｚの最下点Ｑ１よりもアイポイントＥＰ側の範囲において、見返し部Ｆ側からアイポイントＥＰ側に向けて薄くなるように形成されている。このため、比較例に係る透明カバー９０は、外光Ｐ３が透明カバー９０に入射して当該透明カバー９０の内部を伝搬した際に、外光Ｐ３の入射角が相対的に大きくなる。従って、透明カバー９０は、外光Ｐ３の反射率が大きくなり、これにより何度も反射して伝搬しやすいため、反射ミラー２２の方向に外光Ｐ３が行きやすくなる。これにより、比較例では、透明カバー９０の内部で反射した後、当該透明カバー９０を透過して反射ミラー２２に向けて出射された外光Ｐ３が、当該反射ミラー２２の第３方向Ｚの上端側で、開口部１１の位置に向けて反射される傾向にある。これにより、比較例では、外光Ｐ３が透明カバー２３の内部で反射した後にアイポイントＥＰに導かれ、外光Ｐ３によるゴーストが生じる問題がある。
　これに対して、実施形態に係る透明カバー２３は、図５に示すように、内側面部２３２と外側面部２３１との第３方向Ｚの厚みＤ（図２参照）は、透明カバー２３の第３方向Ｚの最下点Ｑ２よりもアイポイントＥＰ側の範囲において、見返し部Ｆ側からアイポイントＥＰ側に向けて厚くなるように形成されている。すなわち、透明カバー２３は、第２方向Ｙ及び第３方向Ｚに沿って切断したＹＺ断面において、内側面部２３２と外側面部２３１との第３方向Ｚの間隔は、透明カバー２３の最下点Ｑ２よりもアイポイントＥＰ側の範囲において、見返し部Ｆ側からアイポイントＥＰ側に向けて徐々に広くなるように形成されている。なお、この例では、透明カバー２３の第３方向Ｚの最下点Ｑ２は、見返し部Ｆの第３方向Ｚの下側に入り込んでいる。すなわち、透明カバー２３の最下点Ｑ２は、第３方向Ｚから視た場合、見返し部Ｆと重なっている。
　この構成により、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、図５に示すように、外光Ｐ４が透明カバー２３に入射して当該透明カバー２３の内部を伝搬した際に、外光Ｐ４の入射角が比較例よりも小さくなる。従って、ヘッドアップディスプレイ装置１は、外光Ｐ４の反射率が小さくなり、これにより伝搬し難くなるため、反射ミラー２２の方向に外光Ｐ４が行き難くなる。また、ヘッドアップディスプレイ装置１は、外光Ｐ４の入射角が小さいので、透明カバー２３を透過して反射ミラー２２に向けて出射された外光Ｐ４が、当該反射ミラー２２の第３方向Ｚの下端側で、開口部１１の位置とは異なる位置（例えば、表示器２１側）に向けて反射される傾向にある。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１は、外光Ｐ４が透明カバー２３の内部で反射した後にアイポイントＥＰに導かれることを抑制することができ、外光Ｐ４によるゴーストが生じることを抑制できる。また、ヘッドアップディスプレイ装置１は、透明カバー２３の内部で反射した後、当該透明カバー２３を透過して反射ミラー２２に向けて出射された外光Ｐ４が、当該反射ミラー２２の第３方向Ｚの上端側で、開口部１１に向けて反射される場合も考えられる。この場合、ヘッドアップディスプレイ装置１は、当該外光Ｐ４が、比較例の外光Ｐ３よりも小さい反射率で内側面部２３２と外側面部２３１とで反射しているので外光Ｐ４の輝度を相対的に小さくすることができ、これにより、仮に外光Ｐ４がアイポイントＥＰに導かれた場合でも、外光Ｐ４によるゴーストが生じることを抑制できる。
　以上のように、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、表示ユニット２０と、筐体１０とを備える。表示ユニット２０は、車両に設けられ、光を透過可能なウィンドウシールドＷＳに向けて出射した表示光Ｌ１を当該ウィンドウシールドＷＳでアイポイントＥＰ側に向けて反射させることで虚像Ｓを表示する。筐体１０は、ウィンドウシールドＷＳと対向する開口部１１を有し、表示ユニット２０が組み付けられる。上述の表示ユニット２０は、表示器２１と、反射ミラー２２と、透明カバー２３とを含んで構成される。表示器２１は、筐体１０の内部に収容され表示光Ｌ１を出射する。反射ミラー２２は、筐体１０の内部に収容され、表示器２１から出射された表示光Ｌ１を拡大した拡大表示光Ｌ２を、開口部１１を介してウィンドウシールドＷＳに向けて反射する。透明カバー２３は、開口部１１を閉塞し、かつ、反射ミラー２２により反射された拡大表示光Ｌ２を透過する。開口部１１は、光を遮蔽する見返し部Ｆが、当該開口部１１のアイポイントＥＰ側とは反対側に立設されている。上述の透明カバー２３は、湾曲状に形成された湾曲部２３０を含んで構成される。湾曲部２３０は、反射ミラー２２側に位置する内側面部２３２、及び、反射ミラー２２側とは反対側に位置し外光を見返し部Ｆに集光する外側面部２３１を有する。そして、内側面部２３２と外側面部２３１との第３方向Ｚの厚みＤは、透明カバー２３の第３方向Ｚの最下点Ｑ２よりもアイポイントＥＰ側の範囲において、見返し部Ｆ側からアイポイントＥＰ側に向けて厚くなるように形成されている。
　この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１は、外側面部２３１で反射した外光を見返し部Ｆに集光することができる。また、ヘッドアップディスプレイ装置１は、透明カバー２３の厚みＤが、見返し部Ｆ側からアイポイントＥＰ側に向けて厚くなるように形成されているので、内側面部２３２と外側面部２３１とで反射する外光の反射率を相対的に小さくすることができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１は、透明カバー２３の内部で反射された外光Ｐ４の輝度を相対的に小さくすることができるので、仮に透明カバー２３の内部で反射した外光Ｐ４がアイポイントＥＰに届いたとしても、当該外光Ｐ４がゴーストとして視認されることを抑制できる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１は、虚像Ｓを適正に表示することができる。
　ヘッドアップディスプレイ装置１において、内側面部２３２は、反射ミラー２２により反射された拡大表示光Ｌ２に対して収差補正を行う自由曲面２３２ａが形成されている。この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１は、透明カバー２３の自由曲面２３２ａによって、ウィンドウシールドＷＳ等を含む光学部材によって生じる虚像Ｓの収差を補正することができる。そして、ヘッドアップディスプレイ装置１は、収差補正の機能を主として透明カバー２３に担わせ、拡大機能を主として反射ミラー２２に担わせて役割分担を行うことで、収差補正の精度を向上できると共に拡大率を向上できる。ヘッドアップディスプレイ装置１は、役割分担を行うことで、パラメータ係数を少なくすることができるので容易に製造することができ、これにより、公差を小さくできる。ヘッドアップディスプレイ装置１は、筐体１０の開口部１１を閉塞する透明カバー２３が、収差補正の機能を兼用することで、部品点数の増加を抑制できると共に光学系の大型化を抑制できる。この結果、ヘッドアップディスプレイ装置１は、虚像Ｓを適正に表示することができる。
　ヘッドアップディスプレイ装置１において、表示器２１は、反射ミラー２２に表示光Ｌ１を直接出射する。反射ミラー２２は、表示器２１から直接出射された表示光Ｌ１を拡大した拡大表示光Ｌ２を、透明カバー２３を介してウィンドウシールドＷＳに反射する。この構成により、ヘッドアップディスプレイ装置１は、表示器２１が、他のミラーを介さずに反射ミラー２２に表示光Ｌ１を直接出射するので、装置を小型化することができる。
〔変形例〕
　次に、実施形態の変形例について説明する。なお、変形例では、実施形態と同等の構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。反射ミラー２２は、透明カバー２３の内側面部２３２と外側面部２３１とで反射した後に透明カバー２３を透過して反射ミラー２２に向けて出射された外光Ｐ４を、開口部１１の位置とは異なる位置に反射するように構成してもよい。この場合、仮に、反射ミラー２２によって外光Ｐ４を開口部１１の位置とは異なる位置に反射できずに、反射ミラー２２によって外光Ｐ４を開口部１１に向けて反射した場合でも、上述のように外光Ｐ４の輝度を相対的に小さくすることができるので、外光Ｐ４がアイポイントＥＰに届いたとしても、当該外光Ｐ４がゴーストとして視認されることを抑制できる。ヘッドアップディスプレイ装置１は、外光Ｐ４を開口部１１の位置とは異なる位置に反射するように反射ミラー２２を構成することで、より外光Ｐ４がゴーストとして視認されることを抑制できる。
　表示器２１は、他のミラーを介さずに反射ミラー２２に表示光Ｌ１を直接出射する例について説明したが、これに限定されず、他のミラーを介して反射ミラー２２に表示光Ｌ１を間接的に出射してもよい。
　自由曲面２３２ａは、透明カバー２３の反射ミラー２２側に形成される例について説明したが、これに限定されず、透明カバー２３の反射ミラー２２側とは反対側に形成されてもよい。
　透明カバー２３は、自由曲面２３２ａによって虚像Ｓの収差を補正する機能に加えて、拡大表示光Ｌ２（画像）を拡大する機能を有してもよい。この場合、透明カバー２３は、反射ミラー２２の拡大率よりも小さい拡大率で拡大表示光Ｌ２（画像）を拡大する。例えば、透明カバー２３は、反射ミラー２２の拡大率に対して１／１０程度の拡大率で拡大表示光Ｌ２（画像）を拡大する。
　反射ミラー２２は、反射面２２１によって、表示光Ｌ１（画像）を拡大する機能に加えて、虚像Ｓの収差を補正する機能を有してもよい。この場合、反射ミラー２２は、透明カバー２３よりも小さい収差補正量で虚像Ｓの収差を補正する。例えば、反射ミラー２２は、透明カバー２３の収差補正量に対して１／１０程度の収差補正量で虚像Ｓの収差を補正する。
　反射部材は、ウィンドウシールドＷＳである例について説明したが、これに限定されず、例えば、コンバイナ等であってもよい。
　透明カバー２３は、外側面部２３１及び内側面部２３２がフレネルレンズ形状であってもよい。
１０　筐体
１１　開口部
２０　表示ユニット
２１　表示器
２２　反射ミラー
２３　透明カバー
２３０　湾曲部
２３１　外側面部（第２面部）
２３２　内側面部（第１面部）
２３２ａ　自由曲面
ＥＰ　アイポイント
Ｆ　見返し部
Ｌ１　表示光
Ｌ２　拡大表示光
Ｐ４　外光
Ｓ　虚像
ＷＳ　ウィンドウシールド（反射部材）
Ｄ　厚み
Ｚ　第３方向（鉛直方向）
Ｑ２　最下点

Claims (4)

  1. 　車両に設けられ、光を透過可能な反射部材に向けて出射した表示光を当該反射部材でアイポイント側に向けて反射させることで虚像を表示する表示ユニットと、
    　前記反射部材と対向する開口部を有し前記表示ユニットが組み付けられる筐体と、を備え、
    　前記表示ユニットは、前記筐体の内部に収容され前記表示光を出射する表示器と、
    　前記筐体の内部に収容され、前記表示器から出射された前記表示光を拡大した拡大表示光を、前記開口部を介して前記反射部材に向けて反射する反射ミラーと、
    　前記開口部を閉塞し、かつ、前記反射ミラーにより反射された前記拡大表示光を透過する透明カバーと、を含んで構成され、
    　前記開口部は、光を遮蔽する見返し部が、当該開口部の前記アイポイント側とは反対側に立設されており、
    　前記透明カバーは、湾曲状に形成された湾曲部を含んで構成され、
    　前記湾曲部は、前記反射ミラー側に位置する第１面部、及び、前記反射ミラー側とは反対側に位置し外光を前記見返し部に集光する第２面部を有し、
    　前記第１面部と前記第２面部との鉛直方向の厚みは、前記透明カバーの前記鉛直方向の最下点よりも前記アイポイント側の範囲において、前記見返し部側から前記アイポイント側に向けて厚くなるように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。
  2. 　前記反射ミラーは、前記透明カバーの前記第１面部と前記第２面部とで反射した後に前記透明カバーを透過して前記反射ミラーに向けて出射された外光を、前記開口部の位置とは異なる位置に反射する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 　前記第１面部は、前記反射ミラーにより反射された前記拡大表示光に対して収差補正を行う自由曲面が形成されている請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  4. 　前記表示器は、前記反射ミラーに前記表示光を直接出射し、
    　前記反射ミラーは、前記表示器から直接出射された前記表示光を拡大した前記拡大表示光を、前記透明カバーを介して前記反射部材に反射する請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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