JP2007186016A - 車両用ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹面鏡を用いない車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、透過型スクリーン４と、拡大レンズ２１を備えるプロジェクタ２と、反射部材５とを備える。透過型スクリーン４は、インストルメントパネル６においてウィンドシールド７の下方に設けられた開口部６１に配設され、プロジェクタ２は、透過型スクリーン４の背後側に配設されて透過型スクリーン４に表示情報を光学像２Ａとして投影させる。反射部材５は、透過型スクリーン４に投影された光学像２Ａの表示光を反射して虚像２Ｂとして運転者Ｍに視認させ、拡大レンズ２１は、透過型スクリーン４に光学像２Ａを拡大して投影させる。これにより、凹面鏡を用いない車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）は、ウィンドシールドに運転情報を表示するものであり、これにより、運転者は、メータ装置に視線を移すことなく運転情報を知ることができる。

ＨＵＤは、一般に、ウィンドシールドの下方に位置するインストルメントパネルの開口部に配設された透明カバーと、この透明カバーの背後側に配設された液晶表示器と凹面鏡を含む反射鏡と、ウィンドシールドの内面に形成された反射層とを備える（特許文献１を参照）。

液晶表示器は、運転情報を表す光学像を表示し、その光学像の表示光を出射する。反射鏡は、液晶表示器からの表示光を反射層へ向けて反射し、反射鏡の内の凹面鏡は、液晶表示器からの表示光を、その光学像が拡大するように反射する。反射層は、反射鏡からの反射光を透明カバーを通して受け、これを運転者側へ向けて反射する。これにより、ＨＵＤは、反射層が反射鏡からの反射光を運転者側へ反射することによって、液晶表示器の光学像を虚像として拡大して運転者に視認させることができる。
特開２００３−１１８４２６号公報

しかし、液晶表示器の光学像を凹面鏡で拡大するため、運転者に視認させる虚像に歪みが生じる恐れがある。

また、外来光が透明カバーの上面に反射して運転者の目に入る恐れがある。この反射光が運転者の目に入ることを抑えるため、一般には、透明カバーを、インストルメントパネルに対して凹むように湾曲させて形成している。この結果、透明カバーとインストルメントパネルに段差が生じ、これらの一体感が失われるため、見映えが損なわれるという問題が生じている。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、本発明の第１の目的は、凹面鏡を用いない車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

本発明の第２の目的は、インストルメントパネルに段差が生じない車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。

本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。

請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、インストルメントパネルにおいてウィンドシールドの下方に設けられた開口部に配設された透過型スクリーンと、透過型スクリーンの背後側に配設されて透過型スクリーンに表示情報を光学像として投影させるプロジェクタと、透過型スクリーンに投影された光学像の表示光を反射して虚像として運転者に視認させる反射部材とを備え、プロジェクタが、透過型スクリーンに光学像を拡大して投影させる拡大レンズを備える構成とする。

この構成では、透過型スクリーンをインストルメントパネルの開口部に配設し、プロジェクタがこの透過型スクリーンに表示情報を光学像として投影させ、この光学像の表示光を反射部材で反射して虚像として運転者に視認させる。また、プロジェクタが、透過型スクリーンに光学像を拡大して投影させる拡大レンズを備える。

プロジェクタの拡大レンズにより、透過型スクリーンに投影される光学像は、プロジェクタと透過型スクリーンの間の光路の長さに比例して拡大される。このため、凹面鏡を用いて光学像を拡大する必要がなく、凹面鏡を用いない車両用ヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。この結果、凹面鏡による虚像の歪の問題を解消できる。

請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、プロジェクタからの表示光を透過型スクリーンへ反射させて透過型スクリーンに光学像を投影させる平面鏡を備える構成とする。

この構成では、プロジェクタからの表示光を透過型スクリーンへ反射させて透過型スクリーンに光学像を投影させる平面鏡を備える。これにより、プロジェクタと透過型スクリーンの距離を大きくしないでこれらの間の光路の長さをより大きくとることが可能となり、透過型スクリーンに投影される光学像をより拡大することが可能となる。即ち、プロジェクタと透過型スクリーンの距離を大きくしないで、上述の効果を得つつ、運転者に視認させる虚像をより大きくすることができる。

請求項３に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、インストルメントパネルにおいてウィンドシールドの下方に設けられた開口部に配設され且つ光拡散性を有する透過型スクリーンと、透過型スクリーンの背後側に配設されて透過型スクリーンに表示情報を光学像として投影させるプロジェクタと、透過型スクリーンに投影された光学像の表示光を反射して虚像として運転者に視認させる反射部材とを備え、透過型スクリーンが、透過型スクリーンのウィンドシールド側上面に微細な凹凸を有し、且つ、この上面をインストルメントパネルのウィンドシールド側上面と略面一に形成されている構成とする。

この構成では、光拡散性を有する透過型スクリーンをインストルメントパネルの開口部に配設し、プロジェクタがこの透過型スクリーンに表示情報を光学像として投影させ、この光学像の表示光を反射部材で反射して虚像として運転者に視認させる。

ここで、透過型スクリーンは、無色透明でなく光拡散性を有するため、微細な凹凸を、透過型スクリーンのウィンドシールド側上面に形成することが可能となる。このため、この構成では、微細な凹凸を、透過型スクリーンのウィンドシールド側上面に形成している。これにより、外来光が透過型スクリーンの上面でその微細な凹凸により拡散される。このため、外来光が透過型スクリーンの上面に反射して運転者の目に入ることを、抑えることが可能となり、透過型スクリーンの上面をインストルメントパネルのウィンドシールド側上面と略面一に形成することが可能となる。

このため、この構成では、透過型スクリーンの上面をインストルメントパネルのウィンドシールド側上面と略面一に形成している。この結果、透過型スクリーンとインストルメントパネルに段差が生じない車両用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。このため、透過型スクリーンとインストルメントパネルの一体感が損なわれることがなく、見映えが損なわれることがない。

請求項４に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、透過型スクリーンが、透過型スクリーンのウィンドシールド側上面に微細な凹凸を有し、且つ、この上面をインストルメントパネルのウィンドシールド側上面と略面一に形成されている構成とする。

この構成では、請求項１に記載の構成と請求項３に記載の構成とを合わせて備えるため、これらに記載された上述の効果を合わせて得ることができる。

請求項５に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置は、反射部材が、ウィンドシールドの内面に形成されている構成とする。

この構成でも、上述の効果を得ることができる。

以下、本発明による車両用ヘッドアップディスプレイ装置について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１の全体構成を示す模式図である。

図２は、車室内前方のインストルメントパネル６、ウィンドシールド７及びその周辺を示す模式図である。

図３は、本発明の第１実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１の電気回路構成を説明する回路構成図である。

図４は、図１と図２に示す反射部材である反射層５の表示例を示す正面図である。

図５は、図１と図２に示す反射層５の他の表示例を示す正面図である。

車両用ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）１は、図１に示すように、プロジェクタ２と、平面鏡３１と、透過型スクリーン４と、反射部材である反射層５とを備える。

プロジェクタ２は、透過型スクリーン４の背後側（図１において下方側）に配設されて透過型スクリーン４に車両情報等の表示情報を光学像２Ａとして投影させるものである。プロジェクタ２として、例えば、デジタル・マイクロ・デバイス（ＤＭＤ）と光源等を備えたデジタル・ライト・プロセッスィング（ＤＬＰ）プロジェクタを用いる。

ＤＭＤは、シリコン基板上に数マイクロ・メートル角程度のミラーを多数並べて、光を反射させスクリーンに光学像を投影させるものである。この微小なミラーの向きを電気的に制御することにより、ＤＬＰプロジェクタの光源からの光をスクリーンに反射させるかどうかを制御する。これにより、ＤＬＰプロジェクタは、スクリーンに光学像を投影させることができる。

尚、ＤＬＰプロジェクタの代わりに、液晶パネルとこれを透過照明する光源等を備えた液晶プロジェクタ等を用いることも可能である。

また、プロジェクタ２は、透過型スクリーン４に光学像２Ａを拡大して投影させる拡大レンズ２１を備える。

透過型スクリーン４は、インストルメントパネル６においてウィンドシールド７の下方に設けられた開口部６１に配設され、プロジェクタ２からの表示光を効率よく拡散して高コントラストの光学像２Ａを投影させるように、光拡散性を有する。透過型スクリーン４は、例えば、透光性樹脂に微粒子からなる光拡散材を含有させて光拡散性を有するように形成される。

透過型スクリーン４のウィンドシールド７側の上面４１には、微細な凹凸を有するシボ面を形成し、上面４１をインストルメントパネル６のウィンドシールド７側の上面６２と略面一に形成する。

透過型スクリーン４は、無色透明でなく光拡散性を有するため、シボ面を上面４１に形成しても光学像２Ａの投影に大きな影響を与えることがない。このため、シボ面を上面４１に形成することが可能となる。これにより、外来光が透過型スクリーン４の上面４１に反射して運転者の目に直接に入ることを、抑えることが可能となり、透過型スクリーン４の上面４１をインストルメントパネル６の上面６１と略面一に形成することが可能となる。

この結果、透過型スクリーン４とインストルメントパネル６に段差が生じないＨＵＤ１を提供することができる。このため、透過型スクリーン４とインストルメントパネル６の一体感が損なわれることがなく、見映えが損なわれることがない。

平面鏡３１は、プロジェクタ２からの表示光を透過型スクリーン４へ反射させて透過型スクリーン４に光学像２Ａを投影させる。

反射層５は、ウィンドシールド７の内面であって運転席側（図２において右側）のインストルメントパネル６の上側に形成され、透過型スクリーン４に投影された光学像２Ａを虚像２Ｂとして運転者Ｍに視認させる。反射層５は、半透光性のハーフミラーとして形成することも可能である。

以上説明した、本実施形態によるＨＵＤ１の電気回路構成について、図３に基づいて説明する。

マイクロコンピュータ等から構成される制御装置９には、バッテリ１５から電力が常時供給される。イグニッションスイッチ１４が、その作動状態（オンまたはオフ）を検出可能に接続され、当該自動車の走行速度を検出する速度センサ１１と当該自動車のエンジンの回転数を検出する回転センサ１２と当該自動車の燃料の残量を検出する燃料センサ１３等がそれらの検出信号を入力可能に接続される。また、制御装置９には、プロジェクタ２も接続される。

以下、上記構成において本実施形態の作動を説明する。

運転者によってイグニッションスイッチ１４がオンされると、制御装置９は、それを検出して作動を開始する。即ち、図４において、センサ１１−１３からの出力信号に基づき、当該自動車の車速とエンジン回転数と燃料の残量を算出し、これらに基づいてプロジェクタ２を作動させる。即ち、プロジェクタ２は、表示情報である車速とエンジン回転数と燃料の残量を表す表示光を出射する。

プロジェクタ２が出射した表示光は、図１で示すように光路Ｐ１１に従って平面鏡３１へ入射し、平面鏡３１により光路Ｐ１２に従って透過型スクリーン４へ向かって反射する。上述したように、透過型スクリーン４は、プロジェクタ２からの表示光を効率よく拡散させるように光拡散性を有する。このため、透過型スクリーン４は、平面鏡３１からの反射光を受けて高コントラストの光学像２Ａを映し出すことができる。

透過型スクリーン４に投影された光学像２Ａの表示光は、光路Ｐ１３、１４に従って反射層５により反射し、虚像２Ｂとして運転者Ｍに視認される。

ここで、上述したように、プロジェクタ２が、透過型スクリーン４に光学像２Ａを拡大して投影させる拡大レンズ２１を備えるため、光学像２Ａは、光路Ｐ１１、Ｐ１２の長さに比例して拡大される。また、平面鏡３１により、拡大レンズ２１を有するプロジェクタ２と透過型スクリーン４の距離を大きくしないでこれらの間の光路Ｐ１１、Ｐ１２の長さをより大きくとることが可能となる。このため、プロジェクタ２と透過型スクリーン４の距離を大きくしないで、透過型スクリーン４に投影される光学像２Ａをより拡大することが可能となり、この結果、運転者Ｍに視認させる虚像２Ｂをより大きくすることができる。

虚像２Ｂは、図４に示すように視認される。即ち、虚像２Ｂとして、当該自動車の走行速度を表示するする速度表示部５１と当該自動車のエンジンの回転数を表示する回転表示部５２と当該自動車の燃料の残量を表示する燃料表示部５３等が表示される。

以上により、凹面鏡を用いて光学像を拡大する必要がなく、凹面鏡を用いないＨＵＤを提供できる。この結果、凹面鏡による虚像の歪の問題を解消できる。

また、上述したように、透過型スクリーン４とインストルメントパネル６に段差が生じないＨＵＤ１を提供することができる。このため、透過型スクリーン４とインストルメントパネル６の一体感が損なわれることがなく、見映えが損なわれることがない。

以上のように、本実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、インストルメントパネル６においてウィンドシールド７の下方に設けられた開口部６１に配設された透過型スクリーン４と、透過型スクリーン４の背後側に配設されて透過型スクリーン４に表示情報を光学像２Ａとして投影させるプロジェクタ２と、透過型スクリーン４に投影された光学像２Ａの表示光を反射して虚像２Ｂとして運転者Ｍに視認させる反射部材である反射層５とを備え、プロジェクタ２が、透過型スクリーン４に光学像２Ａを拡大して投影させる拡大レンズ２１を備える構成とする。

これにより、凹面鏡を用いない車両用ヘッドアップディスプレイ装置１を提供できる。この結果、凹面鏡による虚像の歪の問題を解消できる。

また、本実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１は、インストルメントパネル６においてウィンドシールド７の下方に設けられた開口部６１に配設され且つ光拡散性を有する透過型スクリーン４と、透過型スクリーン４の背後側に配設されて透過型スクリーン４に表示情報を光学像２Ａとして投影させるプロジェクタ２と、透過型スクリーン４に投影された光学像２Ａの表示光を反射して虚像２Ｂとして運転者Ｍに視認させる反射部材である反射層５とを備え、透過型スクリーン４が、透過型スクリーン４のウィンドシールド７側上面４１に微細な凹凸を有し、且つ、この上面４１をインストルメントパネル６のウィンドシールド７側上面６２と略面一に形成されている構成とする。

これにより、インストルメントパネル６に段差が生じない車両用ヘッドアップディスプレイ装置１を提供することができる。

尚、上述の例では、表示情報として車速とエンジン回転数と燃料の残量を、虚像２Ｂとして表示したが、これに限るものではない。

例えば、表示情報として、図示しないカメラにより撮影された当該自動車の前方両端側の映像を、図５（ａ）に示すように、左右に分けて虚像２Ｂとして表示することも可能である。

また、表示情報として標識を、図５（ｂ）に示すように、虚像２Ｂとして表示することも可能である。

具体的には、制御装置９は、道路や標識等に関するデータ等が記憶されている地図データベース（以下、地図ＤＢ）を備え、制御装置９に、図示しないＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ、方位センサ等が接続される。ＧＰＳアンテナは、周知のＧＰＳ衛星から送信される電波を受信するためのアンテナであり、方位センサは、周知の地磁気センサやジャイロスコープ等によって構成される。

制御装置９は、ＧＰＳアンテナ、車速センサ１１、及び方位センサからの信号に基づいて、地図ＤＢにおいて当該自動車の位置を特定し、前方に運転者が視認すべき標識を地図ＤＢから抽出して、これを虚像２Ｂとして表示する。

また、これらの表示を、図示しない切替スイッチによって切り替える構成とすることも可能である。

また、図１において平面鏡３１を省略することも可能である。この場合、プロジェクタ２を、その表示光が直接に透過型スクリーン４へ入射できるように、透過型スクリーン４の下方へ所定距離だけ離して配置する。

また、反射層５は、ウィンドシールド７の内面に形成しないで、例えば、反射層５が形成された板材を、インストルメントパネル６に対して固定することも可能である。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１の全体構成を示す模式図である。

第２実施形態では、第１実施形態に対して平面鏡３２を追加し、これにより、プロジェクタ２は、メータ装置として配置された透過型スクリーン８に、表示情報としてメータ表示を光学像２Ｃとして投影させる。

具体的には、プロジェクタ２の拡大レンズ２１の下半分の表示光を、平面鏡３１で反射させて透過型スクリーン４に光学像２Ａを投影させ、プロジェクタ２の拡大レンズ２１の上半分の表示光を、光路Ｐ２１、Ｐ２２に従って平面鏡３２で反射させて透過型スクリーン８に光学像２Ｃを投影させる。

これにより、１個のプロジェクタ２により、車両用ヘッドアップディスプレイ装置１とメータ装置（透過型スクリーン８）の両方を構成することが可能となる。

尚、本発明は、上述の例に限らず、これらの組み合わせや、他の種々の変形例が考えられる。

図１は、本発明の第１実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１の全体構成を示す模式図である。 図２は、車室内前方のインストルメントパネル６、ウィンドシールド７及びその周辺を示す模式図である。 図３は、本発明の第１実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１の電気回路構成を説明する回路構成図である。 図４は、図１と図２に示す反射部材５の表示例を示す正面図である。 図５は、図１と図２に示す反射部材５の他の表示例を示す正面図である。 図６は、本発明の第２実施形態による車両用ヘッドアップディスプレイ装置１の全体構成を示す模式図である。

符号の説明

１ 車両用ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）
２ プロジェクタ、２１ 拡大レンズ、３１、３２ 平面鏡
４、８ 透過型スクリーン、４１ 上面
５ 反射層（反射部材）、５１ 速度表示部、５２ 回転表示部、５３ 燃料表示部
６ インストルメントパネル、６１ 上面、 ７ ウィンドシールド
９ 制御装置、１１ 車速センサ、１２ 回転センサ、１３ 燃料センサ
１４ イグニッションスイッチ、１５ バッテリ

Claims (5)

1. インストルメントパネルにおいてウィンドシールドの下方に設けられた開口部に配設された透過型スクリーンと、
   前記透過型スクリーンの背後側に配設されて該透過型スクリーンに表示情報を光学像として投影させるプロジェクタと、
   前記透過型スクリーンに投影された光学像の表示光を反射して虚像として運転者に視認させる反射部材とを備え、
   前記プロジェクタは、前記透過型スクリーンに光学像を拡大して投影させる拡大レンズを備えることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記プロジェクタからの表示光を前記透過型スクリーンへ反射させて該透過型スクリーンに光学像を投影させる平面鏡を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
3. インストルメントパネルにおいてウィンドシールドの下方に設けられた開口部に配設され且つ光拡散性を有する透過型スクリーンと、
   前記透過型スクリーンの背後側に配設されて該透過型スクリーンに表示情報を光学像として投影させるプロジェクタと、
   前記透過型スクリーンに投影された光学像の表示光を反射して虚像として運転者に視認させる反射部材とを備え、
   前記透過型スクリーンは、該透過型スクリーンの前記ウィンドシールド側上面に微細な凹凸を有し、且つ、該上面を前記インストルメントパネルの該ウィンドシールド側上面と略面一に形成されていることを特徴とする車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記透過型スクリーンは、該透過型スクリーンの前記ウィンドシールド側上面に微細な凹凸を有し、且つ、該上面を前記インストルメントパネルの該ウィンドシールド側上面と略面一に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記反射部材は、前記ウィンドシールドの内面に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の車両用ヘッドアップディスプレイ装置。

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