JP6819679B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光対策を施したヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両の運転者は、フロントガラスを通して前方を注視すると共に、インストルメントパネル上の計器類を目視しながら運転を実施する。すなわち、視線が前方と下方の計器類とへ移動する。前方を見たままで、計器類を見ることができれば、視線の移動がなく、運転性の向上が期待できる。この知見からヘッドアップディスプレイ装置が開発され、実用に供されるようになってきた。ヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１の図１に示されるように、ＨＵＤ表示器（２）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）から上へ出射された画像光線は、フロントガラス（５）の内面に当たり、反射され運転者の前方に結像される（特許文献１、段落番号［００１２］）。不使用時は、シャッタ（４）で光路を遮断することで、外光（太陽光）がＨＵＤ表示器（２）に到達しないようにする。これで、ＨＵＤ表示器（２）の損傷を防止することができる（特許文献１、段落番号［０００６］）。

シャッタ（４）及びこのシャッタ（４）を駆動する駆動手段が必要であるため、ヘッドアップディスプレイ装置が高価になると共に大型になる。その上、不使用時でないとき、すなわち運転中は、シャッタ（４）が開いているため、このときには太陽光の入射を防ぐことができない。運転中を含め、常時、太陽光の入射を防ぐことができる構造が求められる。

そこで、本発明者らは、先に、シャッタを用いることなく太陽光対策を講じたヘッドアップディスプレイ装置を提案した。太陽光対策を講じたヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献２に開示される技術がある。

特許文献２の図１に示されるように、光路に反射型偏光フィルム（２１）（括弧付き数字は、特許文献２に記載された符号を示す。以下同様）を介在させる。反射型偏光フィルム（２１）の存在により、太陽光（ｂ）が入射しても液晶シェル（１６）の温度は上昇しない（特許文献２、段落番号［００１３］）。なお、反射型偏光フィルム（２１）はガラス基板（２２）の上面に貼着されている。

特許文献２によれば、常時、太陽光対策を講じることができる。しかし、反射型偏光フィルム（２１）及びガラス基板（２２）が必須であるため、ヘッドアップディスプレイ装置が高価になると共に大型になる心配がある。

ヘッドアップディスプレイ装置の小型化及び低コスト化が求められる中、シャッタや反射型偏光フィルムを用いないで、太陽光対策を講じることができる装置が望まれる。

特開２００３−２３７４１１号公報 特許第４１１４１９４号公報

本発明は、シャッタや反射型偏光フィルムを用いないで、太陽光対策を講じ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課題とする。

本発明者らは、本発明者らが先に提案した特許文献２の図１に記載されるヘッドアップディスプレイ装置に、次に述べる改良を試みた。改良した装置１００を図１に基づいて説明する。

図１に示すヘッドアップディスプレイ装置１００は、一次改良型装置であり、特許文献２に記載された装置に対して、凹面鏡１０１と平面鏡１０２との間において、光路１０３のごく近傍まで遮蔽板１０４及び遮蔽板１０５を延ばした。太陽光１０６は、凹面鏡１０１で反射され、遮蔽板１０４に当たって止まり、表示器１０７に到達する心配はない。

ところで、近年、表示像の大型化が求められ、結果、ケース１０８の上部に開けた開口１０９が大きくなり、凹面鏡１０１が大型化し、光路１０３の幅が増大する。表示像が大型化するほど、太陽光が侵入し易くなり、その対策が求められる。

本発明者らは、さらに改良を進め、二次改良型装置を完成し、良好な太陽光対策を講じることに成功した。すなわち、図２に示すヘッドアップディスプレイ装置１０が、二次改良装置の基本構成図である。

図２に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源１１の上に配置され表示光１２ａ，１２ｂを出射する表示器１３と、この表示器１３で出射された表示光１２ａ，１２ｂを反射し凹面鏡によって構成された第１ミラー１４と、この第１ミラー１４で反射された表示光１５ａ，１５ｂを反射し凹面鏡によって構成された第２ミラー１６と、光源１１、表示器１３、第１・第２ミラー１４、１６を収納するケース２０と、を備えている。

さらには、第１ミラー１４は、反射された表示光１５ａ，１５ｂを第２ミラー１６に到達する前に上下でクロスさせる曲率（半径の逆数）を有し、第２ミラー１６は、受けた表示光を反射する役割を果たす。即ち、第１ミラー１４は、第１ミラー１４と第２ミラー１６との間に第１ミラー１４の焦点が位置するような曲率を有する。さらに換言すれば、第１ミラー１４から第２ミラー１６までの距離は、第１ミラー１４の焦点距離よりも長く設定されている。

ケース２０は、第１・第２ミラー１４、１６間の光路２１を挟むように、且つクロスするクロス点２２の近傍まで延びる第１遮蔽部２３及び第２遮蔽部２４を備えている。ケース２０外からケース２０内に侵入し第２ミラー１６で反射され第１ミラー１４に向かう外光２５を、第１・第２遮蔽部２３、２４で遮蔽することができる。

第１遮蔽部２３の下端（先端部２３ａ）は、少なくとも、第１ミラー１４における表示光１２ａ，１２ｂの反射領域の上端部Ｐ１、及び、第２ミラー１６における表示光１５ａ，１５ｂの反射領域の上端部Ｐ２を結んだ線分Ｌ１よりもクロス点２２側（下側）に位置している。

第２遮蔽部２４の上端（先端部２４ａ）は、少なくとも、第１ミラー１４における表示光１２ａ，１２ｂの反射領域の下端部Ｐ３、及び、第２ミラー１６における表示光１５ａ，１５ｂの反射領域の下端部Ｐ４を結んだ線分Ｌ２よりもクロス点２２側（上側）に位置している。

なお、第１・第２遮蔽部２３、２４は、その先端が互いに近づくように延びている。その先端が互いに近いほど外光２５の遮蔽性が高く、望ましい。即ち、互いの先端がクロス点２２（焦点）に近接していることが望ましい。

なお、一般に、反射領域の端部とは、凹状に形成された鏡面の端部に一致する。仮に、鏡面上にマスキングテープ等が設けられている場合には、鏡面のうち、露出している部位の端部が反射領域の端部ということができる。

以上の知見から、請求項１による発明によれば、表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１・第２ミラーを収納し上面が開口したケースと、を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１ミラーは、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した凹面鏡であり、
前記第２ミラーは、受けた表示光を反射する鏡であり、
前記ケースは、前記第１・第２ミラー間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えており、
前記第１遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの後部から前部に向かって延び、
前記第２遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの前部から後部に向かって延び、
前記第１遮蔽部の先端部は、前記第２遮蔽部の先端部よりも前方に位置し、
前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線よりも前方、且つ、前記第２遮蔽部の下方に配置され、
前記ケース外からケース内に侵入し前記第２ミラーで反射され前記第１ミラーに向かう外光、及び、前記開口の上方からの外光を、前記第１・第２遮蔽部で遮蔽するようにし、
前記第１遮蔽部は、前記第２ミラーの反射領域の下端において反射される光に平行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が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線に沿って設けられている。

請求項３による発明によれば、表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１・第２ミラーを収納し上面が開口したケースと、を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１ミラーは、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した凹面鏡であり、
前記第２ミラーは、受けた表示光を反射する鏡であり、
前記ケースは、前記第１・第２ミラー間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えており、
前記第１遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの後部から前部に向かって延び、
前記第２遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの前部から後部に向かって延び、
前記第１遮蔽部の先端部は、前記第２遮蔽部の先端部よりも前方に位置し、
前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線よりも前方、且つ、前記第２遮蔽部の下方に配置され、
前記ケース外からケース内に侵入し前記第２ミラーで反射され前記第１ミラーに向かう外光、及び、前記開口の上方からの外光を、前記第１・第２遮蔽部で遮蔽するようにし、
前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線に沿って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が提供される。

請求項１及び３に係る発明では、第１ミラーは、反射された表示光を第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した凹面鏡である。クロスするクロス点では、光路の幅は小さくなる。このクロス点の近傍へ第１遮蔽部及び第２遮蔽部を延ばし、これらの第１遮蔽部及び第２遮蔽部で太陽光などの外光を遮蔽するようにした。外光の殆どが第１・第２遮蔽部で遮蔽され、第１ミラーや表示部に到達することを抑制する。よって、本発明によれば、シャッタや反射型偏光フィルムを用いないで、太陽光対策を講じることができるヘッドアップディスプレイ装置が提供される。

加えて、後部から前方に延びる第１遮蔽部の先端部は、前部から後方に延びる第２遮蔽部の先端部よりも前方に位置している。このため、第１遮蔽部及び第２遮蔽部は、一部が上下において重なることとなる。これにより、上方からの外光は開口を通過しつつも、第１・第２遮蔽部で遮断され、第１・第２遮蔽部の下方に到達しない。開口を大きく確保することにより、大きな像を投射可能にし、外光から表示部を保護することができる。

請求項１に係る発明では、第１遮蔽部は、第２ミラーの反射領域の下端において反射される光に平行に設けられている。平行に設けられているため、第１遮蔽部が反射された光に干渉することを防止できる。これにより、より大きな開口を設けることができ、大きな像を投射することができる。

請求項２及び３に係る発明では、表示器は、第１遮蔽部の先端部及び第２遮蔽部の先端部を結んだ線に沿って設けられている。表示器を線に近接させて配置することができる。表示器を線に近接させて配置することにより、デッドスペースの発生を抑制し、ヘッドアップディスプレイ装置を小型化することができる。

第１改良装置の原理図である。 第２改良品、すなわち本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の基本構成図である。 本発明の実施例によるヘッドアップディスプレイ装置の分解図である。 図３に示されたヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 図４に示された第１・第２遮蔽部の遮蔽作用を説明する図である。 図４に示された第１・第２遮蔽部のさらなる遮蔽作用を説明する図である。 図４に示されたヘッドアップディスプレイ装置の変更例を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
＜実施例＞

図３に示すように、このヘッドアップディスプレイ装置１０では、ケース２０は、第１・第２ミラー１４、１６を支えると共に第２遮蔽部２４を備えるセンターフレーム３０と、このセンターフレーム３０の上に取付けられ第１遮蔽部２３を備える上カバー５０と、センターフレーム３０の下に取付けられる下カバー５５と、からなる。第１遮蔽部２３は、開口２０ａの下方においてケース２０の後部から前部に向かって延びている。

センターフレーム３０は、取付けフランジ３１、３１を外周に備え、内部に斜め上に延びる第２遮蔽部２４を備えるアルミニウムダイカスト品である。第２遮蔽部２４は、開口２０ａの下方においてケース２０の前部から後部に向かって延びている。

例えば、センターフレーム３０にステイ３２を溶接し、このステイ３２に接着層３３を介して第１ミラー１４を固定する。また、センターフレーム３０の内面に溶接されたステイ３４〜３６に接着層３７〜３９で第２ミラー１６を固定する。

センターフレーム３０の下部からステイ４１を延ばす。一方、光源１１と表示器１３を筒形ブラケット４２に嵌め、この筒形ブラケット４２から延ばしたブラケット片４３をステイ４１にビス４４、４４で固定する。

センターフレーム３０は、アルミニウムダイカスト品であれば、樹脂成形品より格段に強度が高く、剛性に富む。剛性に富むセンターフレーム３０に、第１・第２ミラー１４、１６や表示器１３を一括して取付けるため、これらの光軸調整が狂い難くなる。さらに、剛性に富むセンターフレーム３０は、取付けフランジ３１、３１で車両に取付けられる。カバーが全体的に樹脂で構成されている場合は、剛性が不足して光軸の再調整が必要になりうる。一方、実施例のヘッドアップディスプレイ装置１０は、剛性に富むためその心配が小さい。

上カバー５０は、例えば、ポリカーボネート成形品であり、上面にカバーガラス５１を備え、斜め下へ延びる第１遮蔽部２３を一体的に備えている。カバーガラス５１は、ケース２０の上面に形成された開口２０ａを覆っている。

下カバー５５は、上に開口する有底筒体であり、例えば、ＡＢＳ樹脂成形品であり、プリント基板５６を内蔵している。

センターフレーム３０に、下からビス５７、５７で下カバー５５を取付け、上からビス５２で上カバー５０を取付ける。

図４に示すヘッドアップディスプレイ装置１０が完成する。このとき、第１遮蔽部２３の先端部２３ａは、第２遮蔽部２４の先端部２４ａよりも前方に位置している。加えて、表示器１３は、第１遮蔽部２３の先端部２３ａ及び第２遮蔽部２４の先端部２４ａを結んだ線Ｌ２よりも前方、且つ、第２遮蔽部２４の下方に配置されている。

表示器１３から出射された表示光１２ａ，１２ｂは第１ミラー１４で反射され、この第１ミラー１４で反射された表示光１５ａ，１５ｂは、第１・第２遮蔽部２３、２４の間を通過して、第２ミラー１６に至る。第２ミラー１６で反射された表示光１７ａ，１７ｂは上昇し、車両のフロントガラス６６（反射された表示光１７ａ，１７ｂが投射される投射部６６）に至る。

図５（ａ）に示すように、太陽５８の高度が低い場合、太陽光に代表される外光２５は、カバーガラス５１を通過し、第２ミラー１６で反射され、第１遮蔽部２３で遮蔽される。第１遮蔽部２３は、耐熱性に優れるポリカーボネートであるため、熱に対する強度が高い。

太陽５８の高度が高い場合、図５（ｂ）に示すように、外光２５は、カバーガラス５１を通過し、第２ミラー１６で反射され、第２遮蔽部２４で遮蔽される。第２遮蔽部２４は、耐熱性にさらに優れるアルミニウムであるため、熱に対する強度がさらに高い。

図６を参照する。後部から前方に延びる第１遮蔽部２３の先端部２３ａは、前部から後方に延びる第２遮蔽部２４の先端部２４ａよりも前方に位置している。このため、第１遮蔽部２３及び第２遮蔽部２４は、一部が上下において重なることとなる。これにより、上方からの外光２５は開口２０ａを通過しつつも、第１・第２遮蔽部２３，２４で遮断され、第１・第２遮蔽部２３，２４の下方に到達しない。即ち、開口２０ａの上方からの外光２５を、第１・第２遮蔽部２３，２４で遮蔽する。開口２０ａを大きく確保することにより、大きな映像を表示可能としつつ、外光から表示器１３を保護することができる。

表示器１３は、第１遮蔽部２３の先端部２３ａ及び第２遮蔽部２４の先端部２４ａを結んだ線Ｌ２よりも前側（内側）に配置される。第１・２遮蔽部２３，２４の間から外光が侵入するのを防ぎ、外光が表示器１３へ直接当たることを防ぐことができる。

図４を参照する。第１遮蔽部２３は、第２ミラー１６の反射領域の下端において反射される表示光１７ｂに平行に設けられている。平行に設けられているため、第１遮蔽部２３が反射された表示光１７ｂに干渉することを防止できる。これにより、より大きな開口２０ａを設けることができ、大きな像を投射することができる。

図７を参照する。図７には、変更例によるヘッドアップディスプレイ装置１０Ａが示されている。ヘッドアップディスプレイ装置１０Ａは、表示器１３Ａは、第１遮蔽部２３の先端部２３ａ及び第２遮蔽部２４の先端部２４ａを結んだ線Ｌ２に沿って設けられている。その他の基本的な構成については、実施例１によるヘッドアップディスプレイ装置１０と共通する。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

このように構成したヘッドアップディスプレイ装置１０Ａにおいても、本発明所定の効果を得ることができる。

さらに、表示器１３Ａを線Ｌ２に近接させて配置することができる。表示器１３Ａを線Ｌ２に近接させて配置することにより、デッドスペースの発生を抑制し、ヘッドアップディスプレイ装置１０Ａを小型化することができる。

尚、本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、乗用車に好適であるが、一般の車両、船舶、航空機に適用することは差し支えない。即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスを備える車両に好適である。

１０，１０Ａ…ヘッドアップディスプレイ装置
１３，１３Ａ…表示器
１４…第１ミラー
１６…第２ミラー
２０…ケース
２０ａ…開口
２１…光路
２２…クロス点
２３…第１遮蔽部
２３ａ…（第１遮蔽部の）先端部
２４…第２遮蔽部
２４ａ…（第２遮蔽部の）先端部
Ｌ２…第１遮蔽部の先端部及び第２遮蔽部の先端部を結んだ線

Claims (3)

1. 表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１・第２ミラーを収納し上面が開口したケースと、を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記第１ミラーは、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した凹面鏡であり、
   前記第２ミラーは、受けた表示光を反射する鏡であり、
   前記ケースは、前記第１・第２ミラー間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えており、
   前記第１遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの後部から前部に向かって延び、
   前記第２遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの前部から後部に向かって延び、
   前記第１遮蔽部の先端部は、前記第２遮蔽部の先端部よりも前方に位置し、
   前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線よりも前方、且つ、前記第２遮蔽部の下方に配置され、
   前記ケース外からケース内に侵入し前記第２ミラーで反射され前記第１ミラーに向かう外光、及び、前記開口の上方からの外光を、前記第１・第２遮蔽部で遮蔽するようにし、
   前記第１遮蔽部は、前記第２ミラーの反射領域の下端において反射される光に平行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。
2. 前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１・第２ミラーを収納し上面が開口したケースと、を備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記第１ミラーは、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した凹面鏡であり、
   前記第２ミラーは、受けた表示光を反射する鏡であり、
   前記ケースは、前記第１・第２ミラー間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部を備えており、
   前記第１遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの後部から前部に向かって延び、
   前記第２遮蔽部は、前記開口の下方において前記ケースの前部から後部に向かって延び、
   前記第１遮蔽部の先端部は、前記第２遮蔽部の先端部よりも前方に位置し、
   前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線よりも前方、且つ、前記第２遮蔽部の下方に配置され、
   前記ケース外からケース内に侵入し前記第２ミラーで反射され前記第１ミラーに向かう外光、及び、前記開口の上方からの外光を、前記第１・第２遮蔽部で遮蔽するようにし、
   前記表示器は、前記第１遮蔽部の先端部及び前記第２遮蔽部の先端部を結んだ線に沿って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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