JP6349632B2

JP6349632B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6349632B2
Application number: JP2013131640A
Authority: JP
Inventors: 毅川口
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2013-06-24
Filing date: 2013-06-24
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2033-06-24
Also published as: EP3015903A4; US20160178900A1; WO2014208438A1; CN105339830B; EP3015903A1; JP2015004927A; CN105339830A

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

ヘッドアップディスプレイ（Head-Up Display；ＨＵＤ）装置として、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。このＨＵＤ装置は、画像を表示する表示器と、その画像を拡大表示するとともに、車両前方の風景（背景）を透過することができるコンバイナと、を備え、主に運転者であるユーザに、前方風景に重ねるようにして車速、走行距離等の表示情報を視認させることができるように構成されている。また、このＨＵＤ装置は、周囲の明るさに応じて表示器の表示輝度を調整するために、背景の明るさを検知するための光センサを備えている。

特開平９−５４２７６号公報

特許文献１に係るＨＵＤ装置では、同文献の図１、図４に示すように、ユニットケース１（ケース体）内やコンバイナ２に光センサ９を配置すると、光センサが露出したり、ケース体やコンバイナに光センサに外光を入射するための孔部が目立つなどにより、ＨＵＤ装置の美観が損なわれるという点で商品性の向上にはなお改善の余地があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、美観を保ち商品性を向上させることが可能な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、
表示画像を表す表示光を出射する表示器と、
前記表示器が出射した表示光が入射する凹面を有し、入射した表示光を集光して観察者に前記凹面側から前記表示画像を前方の背景と重ねて視認させるコンバイナと、
前記凹面と対向するように配置され、前記コンバイナを透過して入射した外光の明るさを検出する光検出部と、
前記表示器と前記光検出部とを収納し、前記表示光を前記コンバイナに通過させる開口部と前記光検出部の前記前方に孔部が形成されてなるケース体を備え、
前記開口部は前記ケース体の上方に設けられ、
前記孔部は前記ケース体の前記前方に設けられ、
前記コンバイナは、前記前方から見て前記孔部を覆うように配置されてなることを特徴とする。

本発明によれば、美観を保ち商品性を向上させることが可能な構造の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。

本発明の実施形態に係るＨＵＤ装置の平面図である。図１に示すＨＵＤ装置の矢視Ａでの斜視図である。図１に示すＨＵＤ装置のＢ−Ｂ線概略断面図である。本発明の変形例に係るＨＵＤ装置の概略断面図である。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置を、図面を参照して説明する。

ＨＵＤ装置１は、図１〜図３に示すように、ケース体１０と、表示器２０と、回路基板３０と、反射部４０と、コンバイナ５０と、を備える。
ＨＵＤ装置１は、例えば、車両のダッシュボード上（例えば、インストルメントパネル上方）に取り付けられる据え置き型のＨＵＤ装置として構成されている。以下の説明では、ＨＵＤ装置１が表示する表示画像を視認する視認者２から見て、上方向を「上」、下方向を「下」、前方向を「前」、後ろ方向を「後」として（図２、図３の両端矢印参照）、適宜、ＨＵＤ装置を構成する各部を説明する。

ケース体１０は、上ケース１１と、下ケース１２と、中ケース１３と、を備える。上ケース１１には開口部１１０が形成されており、この上ケース１１と下ケース１２とが連結することで上側開口の箱のような形状となる。この箱形状の内部に、表示器２０、回路基板３０、及び中ケース１３が収納される。

上ケース１１は、コンバイナ５０が取り付けられる部分である平坦状の被取付部１１１を有する。被取付部１１１は、上ケース１１の前側端部（図３中右端部）に位置しており、被取付部１１１にはコンバイナ５０を上ケース１１に取り付けるためのネジＳに対応するネジ孔Ｈ１が形成されている。コンバイナ５０が被取付部１１１に取り付けられると、コンバイナ５０は、上ケース１１から上方に延出するような格好となる。
また、上ケース１１には、回路基板３０に搭載される光センサ３１を前方に露出させる孔部１１２が形成されている。

下ケース１２には、中ケース１３が載置される。下ケース１２には、反射部４０の下端部に対応した形状の凹部１２１が形成されている。この凹部１２１と中ケース１３の一部（後側の内側面）とによって反射部４０は保持される（例えば、反射部４０は、その一端が凹部１２１に差し込まれ、且つ、後側の面が中ケース１３に粘着テープ等で固定されることで、保持されている）。

中ケース１３は、略筒状の部材であり、その外側面の一部（図３中右側）に表示器２０が配設されている。中ケース１３には、表示器２０の表示面を露出させる開口部である出射口１３０が形成されている。なお、中ケース１３に出射口１３０を覆う透明な窓部材を設けてもよい。

表示器２０は、車速、走行距離等の表示情報を報知するための表示画像を表す表示光Ｌを出射するものであり、例えば、液晶パネルとバックライト用光源から構成される透過型液晶ディスプレイ、又は自発光型ディスプレイから構成される。

回路基板３０は、ガラス繊維を含む樹脂等からなる板状の基材に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部とを含むマイコン、グラフィックディスプレイコントローラー（ＧＤＣ）等から構成される制御部（図示せず）を実装したプリント回路板である。回路基板３０は、例えば、下ケース１２に図示しない取付部材により固定されており、表示器２０よりも前側であって上ケース１１と下ケース１２の間に位置する。また、回路基板３０は、下ケース１２の底面１２２に対して、すなわち前後方向に対して略垂直となるように配置されている。回路基板３０と表示器２０とは、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuit）３を介して導通接続されている。ＦＰＣ３の一端部はコネクタＣを介して回路基板３０と接続されている。制御部は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の外部装置（図示せず）から通信ラインにより伝送される車両の状態情報を取得し、これに応じて表示器２０を駆動する（つまり、表示器２０に所定の表示画像を表示させる）。

また、回路基板３０には、光センサ（光検出部）３１、増幅回路（図示せず）、表示器２０を駆動する駆動回路（図示せず）等が実装されている。
光センサ３１は、入射した光の明るさを検出するためのものであり、後述するコンバイナ５０の凹面５０ａの下端部と対向し、且つ、光センサ３１に入射する光の光軸が前後方向に沿うように配設されている（図３参照）。光センサ３１は、入射した光の明るさを示す検出信号を前記増幅回路に供給し、前記増幅回路は、光センサ３１が検出した前記検出信号を増幅して、前記制御部に供給する。前記制御部は、取得した前記検出信号に基づいて、前記駆動回路を介して、表示器２０が表示する前記表示画像の輝度を調整する。例えば、光センサ３１が受けた光の明るさを示す値が、予め設定される閾値よりも大きい場合は、背景が明るいと推測されるため、表示器２０の表示輝度を所定の度数だけ高くして前記表示画像の視認性を維持する。具体的には、例えば表示器２０が透過型液晶ディスプレイからなる場合、バックライト用光源の輝度を高くする。

反射部４０は、表示器２０の表示側、即ち表示光Ｌの出射側に位置し、入射した表示光Ｌをコンバイナ５０に向けて反射させる。反射部４０は、例えば、アルミ蒸着された樹脂成形品からなり、表示器２０からの表示光Ｌを効率良くコンバイナ５０に反射させる曲面として構成された反射面を有する（なお、図３では、反射面を概略的に平面のように表している）。また、反射部４０は、前述のように凹部１２１と中ケース１３の一部とによって保持されることで、その反射面が表示器２０の表示面と略対向するように配置されている。表示器２０が出射した表示光Ｌは、出射口１３０を通過して反射部４０に到達する。そして、反射部４０で反射した表示光Ｌは、上ケース１１の開口部１１０を通過してコンバイナ５０に向かう。

コンバイナ５０は、曲面を有する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５０は、その一端部（下側の端部）からコンバイナ５０の主面（反射部４０の反射面と略対向する面）の面内方向以外の方向に突出する突出部５１を有する。

本実施形態に係る突出部５１は、図３に示すように、コンバイナ５０の主面のほぼ面外方向に突出しており、具体的には、視認者２の前方（コンバイナ５０に対して視認者２と反対側）に向かって突出している。突出部５１は、図１に示すように、２つあり、各々には、コンバイナ５０をケース体１０（上ケース１１）に取り付けるためのネジＳを通す孔Ｈ２が形成されている。突出部５１の孔Ｈ２に通したネジＳを、上側から、上ケース１１のネジ孔Ｈ１に螺着することで、コンバイナ５０は、被取付部１１１に取り付けられる。つまり、突出部５１が、その突出する方向（つまり前方）と直交する方向から（上側から）、上ケース１１の被取付部１１１に取り付けられることで、コンバイナ５０は、被取付部１１１に取り付けられている。

以上のように取り付けられ、上ケース１１に固定されたコンバイナ５０は、その凹面５０ａの上ケース１１より上側の部分が反射部４０の反射面と略対向するようになる。コンバイナ５０は、図３に示すように、反射部４０で反射した後に、入射する表示光Ｌの光路を変更する（コンバイナ５０としてハーフミラーを用いる場合は反射により表示光Ｌの光路を変更し、ホログラム素子を用いる場合は回折により表示光Ｌの光路を変更する）。コンバイナ５０の凹面５０ａは、表示光Ｌを集光する機能を有し、光を単純反射させる場合よりも、虚像を前遠方（例えば、コンバイナ５０より約１ｍ前方）に形成することのできる曲面として構成されている。コンバイナ５０は、その前方位置Ｆに前記表示画像の虚像を形成するとともに、前方からの光を透過し、これにより、ＨＵＤ装置１は、虚像と前方に実際に存在する外景等の双方を、視認者２に視認させることができる。

また、上ケース１１に固定されたコンバイナ５０は、その上ケース１１と上下方向に重なる部分（下端部）が、上ケース１１の光センサ３１の前方に形成された孔部１１２を覆い、その凹面５０ａの上ケース１１と上下方向に重なる下側部分が孔部１１２から前方に露出する光センサ３１と対向するようになる。
これにより、ＨＵＤ装置１を前方から見た場合に一見して光センサ３１及び孔部１１２が目立たなくなり、ＨＵＤ装置１の美観を保つことができる。

ここで、図３に示すように、コンバイナ５０の前方からの外光Ｎ１は、コンバイナ５０の下端部を透過し、上ケース１１の孔部１１２を通過して、凹面５０ａと対向する光センサ３１に入射する。そして、光センサ３１は、外光Ｎ１の明るさを検出し、これに応じた前記制御部は、前述したように、検出結果に基づいて表示器２０の輝度を、適宜調整する。

特に、本実施形態では、ケース体１０に光センサ３１を収納し、光センサ３１の前方の孔部１１２から外光を入射しているため、主に前方からの外光Ｎ１をセンシングすることができる。また、導光体などの別部材を介さず、ケース体１０内で前記表示画像の投影方向である前方に近接するように光センサ３１を配置することで前方からの外光Ｎ１の明るさを精度良くセンシングすることができる。コンバイナ５０の前方は、観察者２が前記表示画像を視認する際の背景方向であるため、ほぼ背景の明るさとみなすことができる外光Ｎ１の明るさをセンシングすることで、より適切に投影像の輝度を調整することができる。例えば、昼間のトンネル出口付近で車室内は暗く、前記表示画像の投影方向（つまり、前方であり背景方向）が明るいといった場合でも、車両がトンネルから出る前に投影方向の明るさに合わせて投影像の輝度を適切な明るさに調整することができる。
また、上述のように光センサ３１を配置し、回路基板３０を下ケース１２の底面１２２に対して略垂直となるように配置することで、導光体などの別部材が不要となり、光センサ３１及び回路基板３０が表示器２０とコンバイナ５０との間のスペースに配置されて回路基板３０がコンバイナ５０から前方に延出しないため、導光体などの別部材を介してケース体１０内の光センサ３１に外光Ｎ１を入射する場合に比較してケース体１０内の表示器２０よりも前方のスペースを削減することができ、ＨＵＤ装置１を小型化することができる。

以上の構成からなるＨＵＤ装置１は、表示画像を表す表示光Ｌを出射する表示器２０と、
表示器２０が出射した表示光Ｌが入射する凹面５０ａを有し、入射した表示光Ｌを集光して観察者２に凹面５０ａ側から前記表示画像を前方の背景と重ねて視認させるコンバイナ５０と、
凹面５０ａと対向するように配置され、コンバイナ５０を透過して入射した外光Ｎ１の明るさを検出する光センサ３１と、を備えてなる。
これにより、ＨＵＤ装置１を前方から見た場合に一見して光センサ３１が目立たなくなり、美観を保ち商品性を向上させることができる。また、導光体などの別部材を介して外光Ｎ１を光センサ３１に入射する場合と比較して、部品点数を削減するとともに前記表示画像の投影方向の明るさを精度良くセンシングすることができる。

また、ＨＵＤ装置１は、表示器２０と光センサ３１とを収納し、光センサ３１の前方に孔部１１２が形成されてなるケース体１０を備え、
コンバイナ５０は、前方から見て孔部１１２を覆うように配置されてなる。
これにより、ＨＵＤ装置１を前方から見た場合に一見して光センサ３１及び孔部１１２が目立たなくなり、美観を保ち商品性を向上させることができる。

また、ＨＵＤ装置１は、光センサ３１が搭載される回路基板３０を備え、
回路基板３０は、ケース体１０（の下ケース１２）の底面１２２に対して略垂直となるように配置されてなる。
これにより、ケース体１０内の表示器２０よりも前方のスペースを削減することができ、ＨＵＤ装置１を小型化することができる。

次に、変形例に係るＨＵＤ装置について、図４を用いて説明する。なお、前述の実施形態と同一あるいは相当箇所には同一の符号を付してその詳細は省略する。

変形例に係るＨＵＤ装置１０１は、図４に示すように、コンバイナ５０が、ケース体１０（上ケース１１及び下ケース１２）の前方側面を覆うように配置されてなる。コンバイナ５０は、例えばその下端部が下ケース１２に設けられる被取付部（図示せず）にネジによって取り付けられる。
このような構成によっても、ＨＵＤ装置１０１は、ＨＵＤ装置１０１を前方から見た場合に一見して光センサ３１及び孔部１１２が目立たなくなり、美観を保ち商品性を向上させることができる。また、ケース体１０にコンバイナ５０から前方に突出する部分がなく、コンバイナ５０によってＨＵＤ装置１０１を前方から見た場合に一見してケース体１０が目立たなくなり、ＨＵＤ装置１０１の美観を高めて商品性を更に向上させることができる。また、ＨＵＤ装置１０１は、下ケース１２にコンバイナ５０を取り付ける構成としてケース体１０のコンバイナ５０から前方に突出する部分をなくすことで前述のＨＵＤ装置１０１からさらに小型化されている。

なお、本発明は上記実施形態及び図面によって限定されるものではない。上記実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

以上の説明では、表示器２０からの表示光Ｌを、反射部４０で反射させ、コンバイナ５０に到達させる例を示したが、これに限られない。表示器が表示光を直接コンバイナに向けて出射するようにＨＵＤ装置を構成してもよい。この場合、表示器とコンバイナとは略対向するように設けられ、反射部４０は、不要である。

以上の説明では、ＨＵＤ装置１（ないし１０１）を設置する乗り物の一例を車両としたが、これに限られない。ＨＵＤ装置１（ないし１０１）を船舶、航空機等のその他の乗り物の運転席付近に設置することもできる。さらには、乗り物の運転席付近に設置するものに限らず、室内に設置する卓上インテリア等に適用することも可能である。

また、以上では、ＨＵＤ装置１（ないし１０１）を据え置き型のものとして説明したが、ＨＵＤ装置１（ないし１０１）は、例えば、車両のダッシュボードと一体的に構成されるものであってもよい。

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

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に好適である。

１、１０１ＨＵＤ装置
２視認者
１０ケース体
１１上ケース
１１２孔部
１２下ケース
１２２底面
１３中ケース
１３０出射口
２０表示器
３０回路基板
３１光センサ
４０反射部
５０コンバイナ

Claims

表示画像を表す表示光を出射する表示器と、
前記表示器が出射した表示光が入射する凹面を有し、入射した表示光を集光して観察者に前記凹面側から前記表示画像を前方の背景と重ねて視認させるコンバイナと、
前記凹面と対向するように配置され、前記コンバイナを透過して入射した外光の明るさを検出する光検出部と、
前記表示器と前記光検出部とを収納し、前記表示光を前記コンバイナに通過させる開口部と前記光検出部の前記前方に孔部が形成されてなるケース体を備え、
前記開口部は前記ケース体の上方に設けられ、
前記孔部は前記ケース体の前記前方に設けられ、
前記コンバイナは、前記前方から見て前記孔部を覆うように配置されてなることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
前記コンバイナは、前記ケース体の前記前方側面を覆うように配置されてなることを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記光検出部が搭載される回路基板を備え、
前記回路基板は、前記ケース体の底面に対して略垂直となるように配置されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。