JP6963732B2

JP6963732B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6963732B2
Application number: JP2018542351A
Authority: JP
Inventors: 裕太菊地; 祐一高橋
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: JPWO2018061745A1; US20190212554A1; WO2018061745A1; US10613326B2

Description

本発明は、虚像を表示する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装置は、例えば、車両に搭載され、運転者の視線の先の風景（前景）に、各種の情報を重ねて表示するものである。運転者は、視線を前方の路面や物体に保ったままで、運転に必要な情報を視認することができる。このような車載用ヘッドアップディスプレイ装置は特許文献１から知られている。

特許文献１で知られているヘッドアップディスプレイ装置は、表示光を上方へ出射する表示器と、この表示器から出射された表示光を水平方向へ反射する第１ミラーと、この第１ミラーによって反射された表示光を更にウインドシールドへ向かって反射する第２ミラーとを含む。表示器は、第２ミラーの下に配列されている。運転者は、ウインドシールドに映し出された表示光（表示像）を見て、車両前方の風景、つまり前景と共に見える虚像として、認識することができる。

前記特許文献１で知られているヘッドアップディスプレイ装置では、表示器や第１ミラーが大型になるとともに、第１ミラーから第２ミラーへ出射される光路が大きくなるので、それに伴って第２ミラーが大型になる。

また、ヘッドアップディスプレイ装置が配置されるダッシュボードの中には、ダクトやハーネスなどの各種の他部品が配置されているので、かなり狭い。このような狭い配置スペースに、他部品と干渉することなく、ヘッドアップディスプレイ装置を配置するには、このヘッドアップディスプレイ装置の小型化を一層図る必要がある。

特開２０１６−１０３００８号公報

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化を図り、車両への搭載性を高めることができる技術を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、表示画像（Ｍ）を表示可能な表示器（１０）の表示面（１２）を映す第１ミラー（２０）と、前記第１ミラーが映す前記表示面を表示部材（２）に映すことで前記表示画像に対応する虚像（Ｖ）を表示可能な仮想的な虚像表示面（２００）を生成する第２ミラー（３０）と、を有す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、前記虚像表示面の上端（２０１）を生成する前記表示面の第１表示領域（１３）から前記虚像表示面までの第１表示光（１０１）と、前記虚像表示面の下端（２０２）を生成する前記表示面の第２表示領域（１４）から前記虚像表示面までの第２表示光（１０２）と、を前記第２ミラーとの間で交差させ、前記第１表示光を反射する反射領域（２１）の幅を、前記第２表示光を反射する反射領域（２２）の幅より短くし、
前記第２ミラーは、前記第１表示光を反射する反射領域（３１）の幅を、前記第２表示光を反射する反射領域（３２）の幅より短くしてなる、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。

本発明によれば、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化を図り、車両への搭載性を高めることができる。

本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す図である。上記実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置が生成する虚像表示面の例を示す図である。上記実施形態におけるヘッドアップディスプレイ装置の表示面、第１ミラー、第２ミラーとの配置の例を示す図であり、図１における点Ｐから見た図である。

以下、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について図面を参照しながら説明する。本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（以下、「ＨＵＤ装置」と称する）１は、例えば、車両のダッシュボード内に設けられ、表示画像Ｍを表示可能な表示面１２を有する表示器１０と、後述する第１ミラー２０及び第２ミラー３０を含むリレー光学系と、を備えるものである。ＨＵＤ装置１は、表示器１０の表示面１２を、リレー光学系を介して、視認者（主に運転者）の前方に位置するウインドシールド（表示部材の一例）２に映すことで、表示面１２に対応した仮想的な虚像表示面２００を生成する。ＨＵＤ装置１は、表示面１２上に表示画像Ｍを表示することで、虚像表示面２００上に、表示画像Ｍに基づく虚像Ｖを表示する。

図１は、ＨＵＤ装置１の構成を示す図であり、視認者が前方を向いた際の左右方向をＸ軸と規定し、右方向をＸ軸正方向と規定し、上下方向をＹ軸と規定し、上方をＹ軸正方向と規定し、前後方向をＺ軸と規定し、前方をＺ軸正方向と規定する。なお、図１には、虚像表示面２００の上端２０１に対応する表示面１２上の第１表示領域１３から視認者に向けて出射される第１表示光１０１と、虚像表示面２００の下端２０２に対応する表示面１２上の第２表示領域１４から視認者に向けて出射される第２表示光１０２のみを図示し、それ以外の表示光１００は省略する。
ＨＵＤ装置１は、図１に示すように、表示画像Ｍを表示する表示器１０と、表示器１０が表示する表示画像Ｍの表示光１００をアイボックスに向けるリレー光学系である第１のミラー２０及び第２のミラー３０と、これら表示器１０と第１のミラー２０及び第２のミラー３０を収納する図示しないハウジングと、ＨＵＤ装置１の電気的な制御を行う図示しない制御部と、を備える。

前記ハウジングは、硬質の樹脂材料等から箱状に形成されている。前記ハウジングの周壁のうちウインドシールド２に対向する部位に開口（図示しない）が形成されている。前記開口部は、透明な樹脂材料等から形成された透光部４０により塞がれている。表示光１００は、透光部４０を透過して前記ハウジング内からウインドシールド２に向かう。前記ハウジング内には、前記制御部を除くＨＵＤ装置１の各構成が内蔵されている。なお、前記制御部は、前記ハウジング内に設けられていてもよい。

表示器１０は、画像生成部１１で生成した表示画像Ｍを表示面１２に表示するものである。画像生成部１１は、例えば、ＬＣＤからなる透過型表示デバイス、有機ＥＬなどの自発光型表示デバイス、ＤＭＤやＬＣｏＳ（登録商標）などを用いた反射型表示デバイス、あるいはレーザー光を走査するレーザー光走査型表示デバイスなどである。表示面１２は、画像生成部１１が、透過型表示デバイスまたは自発光型表示デバイスである場合、表示デバイスの表面を指し、画像生成部１１が、反射型表示デバイス、レーザー光走査型表示デバイスである場合、画像生成部１１からの光が投射されるスクリーンを指す。

表示器１０は、表示面１２上に表示画像Ｍを表示することで、表示器１０よりも上方（Ｙ軸正方向）に配置された第１ミラー２０に向けて表示画像Ｍに基づく表示光１００を出射する。表示器１０は、虚像表示面２００の上端２０１に対応する表示面１２上の第１表示領域１３から第１ミラー２０の第１反射領域２１に向けて出射し、虚像表示面２００の下端２０２に対応する表示面１２上の第２表示領域１４から第１ミラー２０の第２反射領域２２に向けて出射する。なお、表示器１０の表示面１２は、虚像表示面２００の上端２０１の左右方向の長さに対応する表示面１２の第１表示領域１３の幅（Ｘ軸方向の長さ）が、虚像表示面２００の下端２０２の左右方向の長さに対応する表示面１２の第２表示領域１４の幅（Ｘ軸方向の長さ）より短くなるように形成され、第１表示領域１３が、第２表示領域１４より後述する第２ミラー３０に近くなるように配置される。

ここで、表示面１２の輪郭について述べる。一般に、ウインドシールド２の面は曲面状である。また、表示面１２から出射された表示光１００は、複数のミラー（第１ミラー２０，第２ミラー３０）によって数回反射された後に、ウインドシールド２の面に映し出される。このため、通常は視認者に視認される虚像Ｖが歪む。これに対し、本発明のＨＵＤ装置１では、表示面１２から出射する表示光１００を、表示器１０で予め補正することによって、視認者に視認される虚像Ｖの歪みを相殺している。このことを踏まえ、本発明の表示面１２の輪郭は、完全な台形の他に、表示光１００を予め補正する分だけ概ね台形としたものも含む。

表示面１２の輪郭（周縁）は、実質的に（基本的に）台形であり、虚像表示面２００の上端２０１に対応する第１表示領域１３側の短辺１３ａと、この短辺と対向し、虚像表示面２００の下端２０２に対応する第２表示領域１４側の長辺１４ａが互いに平行に幅方向（Ｘ軸方向）へ延びている。この１組の対辺のうち、第１表示領域１３側の短辺１３ａは、第２表示領域１４側の長辺１４ａよりも第２ミラー３０の第３反射領域３１の近傍に配置される。この台形の形状は、例えば、長辺１３ａ（台形の下底１３ａ）及び短辺１４ａ（台形の上底１４ａ）が水平な左右対称形であってもよい。

第１ミラー２０は、反射面における直交する第１方向２０Ｘと第２方向２０Ｙとで異なる光学的パワーを有する自由曲面ミラーであり、表示器１０で出射された表示光１００を第２ミラー３０に向けて反射し、反射した表示光１００を第１ミラー２０に到達する前に上下でクロスさせる曲率を有する。具体的には、第１ミラー２０は、虚像表示面２００の上下方向に並ぶ各領域（例えば、上端２０１、下端２０２）を生成する複数の表示光１００同士（例えば、第１表示光１０１、第２表示光１０２）を、第２ミラー３０との間でクロス点Ｃを有するように収束させる正の光学的パワーを第１方向２０Ｘに有する。また、第１ミラー２０の第１方向２０Ｘに直交する第２方向２０Ｙにおける光学的パワーは、第１方向２０Ｘの光学的パワーより小さく、虚像表示面２００の左右方向に並ぶ各領域（例えば、右端２０３、左端２０４）を生成する複数の表示光１００同士は、第２ミラー３０との間でクロスしない。なお、第１ミラー２０は、虚像表示面２００の上端２０１を生成する第１表示光１０１を反射する第１反射領域２１の幅（Ｘ軸方向の長さ）が、虚像表示面２００の下端２０２を生成する第２表示光１０２を反射する第２反射領域２２の幅（Ｘ軸方向の長さ）より短くなるように形成され、第１反射領域２１が、第２表示領域１４より表示光１００がＨＵＤ装置１の外部に出射される透光部４０に近くなるように配置される。

第２ミラー３０は、主に表示器１０に表示された表示画像Ｍを拡大して、ウインドシールド２に映す機能を有する凹状の自由曲面ミラーであり、第１ミラー２０が反射した表示光１００をウインドシールド２に向けて反射する。なお、第２ミラー３０は、虚像Ｖの結像距離を調整する機能や虚像Ｖの歪みを抑制する機能を有していてもよい。第２ミラー３０は、虚像表示面２００の上端２０１を生成する第１表示光１０１を反射する第３反射領域３１の幅（Ｘ軸方向の長さ）が、虚像表示面２００の下端２０２を生成する第２表示光１０２を反射する第４反射領域３２の幅（Ｘ軸方向の長さ）より短くなるように形成され、第３反射領域３１が、第４反射領域３２より表示光１００がＨＵＤ装置１の外部に出射される透光部４０に近くなるように配置される。

遮光部５０は、第１ミラー２０と第２ミラー３０との間の表示光１００を挟むように、且つクロスするクロス点Ｃの近傍まで延びる第１遮光部５１及び第２遮光部５２を備える。第１遮光部５１と第２遮光部５２とは、表示光１００が通過する開口である表示開口５３を形成する。遮光部５０は、ＨＵＤ装置１の外から前記ハウジング内に侵入し第２ミラー３０で反射され第１ミラー２０に向かう外光を、第１遮光部５１、第２遮光部５２で遮断することができる。遮光部５０は、前記ハウジングに一体に形成されてもよく、別体に形成されてもよい。なお、遮光部５０は、外光が当たり高温になるため、アルミニウムなどの金属または金属フィラーなどを含有した樹脂などの高熱伝導率を有する部材で形成されることが望ましい。

第１遮光部５１の下端（先端部）は、少なくとも、第１ミラー２０における第１表示光１０１を反射する第１反射領域２１の上端部、及び、第２ミラー３０における第２表示光１０２を反射する第４反射領域３２の上端部
を結んだ線分Ｌ１よりもクロス点Ｃ側（下側）に位置している。

第２遮光部５２の上端（先端部）は、少なくとも、第１ミラー２０における第２表示光１０２を反射する第２反射領域２２の下端部、及び、第２ミラー３０における第１表示光１０１を反射する第３反射領域３１の下端部
を結んだ線分Ｌ２よりもクロス点Ｃ側（上側）に位置している。

なお、第１遮光部５１、第２遮光部５２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の遮光性が高く、望ましい。即ち、互いの先端がクロス点Ｃに近接し、表示開口５３を小さくすることが望ましい。

以上に説明したように、本実施形態のＨＵＤ装置１では、第１ミラー２０が、虚像表示面２００の上端２０１を生成する表示面１２の第１表示領域１３から虚像表示面２００までの第１表示光１０１と、虚像表示面２００の下端２０２を生成する表示面１２の第２表示領域１４から虚像表示面２００までの第２表示光１０２と、を第２ミラー３０との間で交差させ、第１ミラー２０に映る表示画像Ｍと、第２ミラー３０に映る表示画像Ｍとを、上下反転させている。そして、第１ミラー２０は、第１表示光１０１を反射する第１反射領域２１の幅を、第２表示光１０２を反射する第２反射領域２２の幅より短く形成され、第２ミラー３０は、第１表示光１０１を反射する第３反射領域３１の幅を、第２表示光１０２を反射する第４反射領域３２の幅より短く形成されている。これにより、表示面１２の中で幅が短い第１表示領域１３と、第１ミラー２０の中で幅が短い第１反射領域２１と、第２ミラー３０の中で幅が短い第３反射領域３１と、を囲む領域Ｓ（図１参照）において、ＨＵＤ装置１の前記ハウジングの幅を小さくすることができる。また、遮光部５０で形成される表示開口５３の大きさを小さく抑えることができ、より外光の遮光性を高くすることができる。

図３は、本実施形態のＨＵＤ装置１の表示面１２、第１ミラー２０、第２ミラー３０との配置の例を示す図であり、図１における点Ｐから見た図である。表示面１２、第１ミラー２０、第２ミラー３０のそれぞれの中心を１２ａ、２０ａ、３０ａと記す。第１ミラー２０及び表示面１２は、第２ミラー３０に対して、幅方向（Ｘ軸方向）に偏心して配置されてもよい。また、第１ミラー２０は、第２ミラー３０に対して、幅方向に偏心して配置され、さらに、表示器１０は、第１ミラー２０に対して、表示面１２が幅方向に偏心するように配置されてもよい。これらによって、ＨＵＤ装置１の第１ミラー２０及び表示面１２の幅方向（Ｘ軸方向）に大きなスペースを作ることができ、ＨＵＤ装置１の前記ハウジングを小さくしたり、空いたスペースにＨＵＤ装置１のその他の構成部品を配置することができる。

以上のように、本出願において開示する技術の例示として実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施形態にも適用することができる。また、本出願で開示する各構成要素を組み合わせて、新たな実施例とすることも可能である。

本発明は、車両に搭載するヘッドアップディスプレイ装置などの虚像を視認させる表示装置として適用可能である。

１…ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）、２…ウインドシールド（表示部材）、３…前景、１０…表示器、１１…画像生成部、１２…表示面、１３…第１表示領域、１４…第２表示領域、２０…第１ミラー、２１…第１反射領域、２２…第２反射領域、３０…第２ミラー、３１…第３反射領域、３２…第４反射領域、４０…透光部、５０…遮光部、１００…表示光、１００１…第１表示光、１０２…第２表示光、２００…虚像表示面、２０１…上端、２０２…下端、Ｃ…クロス点、Ｍ…表示画像、Ｖ…虚像

Claims

表示画像（Ｍ）を表示可能な表示器（１０）の表示面（１２）を映す第１ミラー（２０）と、前記第１ミラーが映す前記表示面を表示部材（２）に映すことで前記表示画像に対応する虚像（Ｖ）を表示可能な仮想的な虚像表示面（２００）を生成する第２ミラー（３０）と、を有す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、前記虚像表示面の上端（２０１）を生成する前記表示面の第１表示領域（１３）から前記虚像表示面までの第１表示光（１０１）と、前記虚像表示面の下端（２０２）を生成する前記表示面の第２表示領域（１４）から前記虚像表示面までの第２表示光（１０２）と、を前記第２ミラーとの間で交差させ、前記第１表示光を反射する反射領域（２１）の幅を、前記第２表示光を反射する反射領域（２２）の幅より短くし、
前記第２ミラーは、前記第１表示光を反射する反射領域（３１）の幅を、前記第２表示光を反射する反射領域（３２）の幅より短くしてなるヘッドアップディスプレイ装置。
前記表示器は、前記第１表示領域の幅を、前記第２表示領域の幅より短くしてなる、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１ミラー及び前記表示器の前記表示面は、前記第２ミラーに対して、幅方向に偏心して配置される、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。
前記第１ミラーは、前記第２ミラーに対して、幅方向に偏心して配置され、
前記表示器は、前記第１ミラーに対して、前記表示面が前記幅方向に偏心するように配置される、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。
前記虚像表示面は、前記上端の幅が、前記下端の幅よりも短い、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のヘッドアップディスプレイ装置。