(57)【要約】【課題】簡潔な構成で光学部材を設けることができるヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置を提供する。【解決手段】ＨＵＤ装置は、射出口から表示光を透光部材に向けて射出することで表示光が表す画像の虚像を表示する。ＨＵＤ装置は、スクリーンＳと、光学部材２０と、支持部３２と、駆動制御部とを備える。スクリーンＳは、表示器が発した表示光を受け、画像が投射される。光学部材２０は、表示光の光路上におけるスクリーンＳよりも表示器側に位置し、表示光を透過させる。支持部３２は、スクリーンＳを回転可能に支持する。駆動制御部は、スクリーンＳを支持部３２に対して回転駆動することで、虚像の表示角度を調整する。支持部３２は、光学部材２０が固定される固定部を有する。例えば、光学部材２０は、フィールドレンズである。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出口を有し、前記射出口から表示光を透光部材に向けて射出することで前記表示光が表す画像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示器が発した前記表示光を受け、前記画像が投射されるスクリーンと、
前記表示光の光路上における前記スクリーンよりも前記表示器側と前記スクリーンよりも前記射出口側との少なくともいずれかに位置し、前記表示光を透過させる光学部材と、
前記スクリーンを回転可能に支持する支持部と、
前記スクリーンを前記支持部に対して回転駆動することで、前記虚像の表示角度を調整する駆動制御部と、を備え、
前記支持部は、前記光学部材が固定される固定部を有する、
ヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記表示光の光路上において前記スクリーンよりも前記射出口側に位置する遮光壁部を備え、
前記遮光壁部は、前記スクリーンと対向する位置に開口部を有し、
前記開口部には、可視光透過部材が固定されている、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光学部材は、前記表示光の光路上における前記スクリーンよりも前記表示器側に位置するフィールドレンズである、
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。
【請求項４】
前記可視光透過部材は、ホットミラーである、
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置として、例えば特許文献１には、車両に搭載され、表示光をフロントガラス等の透光部材に向けて射出することで、表示光が表す画像の虚像を表示するものが開示されている。特許文献１に開示されたＨＵＤ装置は、画像が投射されるスクリーンを回転駆動することで、虚像の表示角度を調整可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１６７６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように、スクリーンを回転駆動可能な構成を採用した場合、スクリーンを回転させるための機構が必要となる分、スクリーンの近傍に配置されるレンズなどの光学部材を、いかに効率良くレイアウトするかが求められる。例えば、当該光学部材を固定するために専用の部品を設けると、構成が複雑化する虞もある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡潔な構成で光学部材を設け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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、
射出口を有し、前記射出口から表示光を透光部材に向けて射出することで前記表示光が表す画像の虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示器が発した前記表示光を受け、前記画像が投射されるスクリーンと、
前記表示光の光路上における前記スクリーンよりも前記表示器側と前記スクリーンよりも前記射出口側との少なくともいずれかに位置し、前記表示光を透過させる光学部材と、
前記スクリーンを回転可能に支持する支持部と、
前記スクリーンを前記支持部に対して回転駆動することで、前記虚像の表示角度を調整する駆動制御部と、を備え、
前記支持部は、前記光学部材が固定される固定部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡潔な構成で光学部材を設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の表示態様を説明するための模式図である。
【図２】ＨＵＤ装置の要部平面図である。
【図３】光学部材、スクリーンユニット及び駆動機構の斜視図である。
【図４】スクリーン及びベゼルの斜視図である。
【図５】支持部の斜視図である。
【図６】遮光壁部及び可視光透過部の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置１は、図１に示すように、車両２のダッシュボードに配設され、射出口１ａから画像を表す表示光Ｌを、車両２のウインドシールド３（フロントガラス）に向けて射出する。ウインドシールド３で反射した表示光Ｌが表す画像は、ウインドシールド３の前方に虚像Ｖとしてユーザ４（主に、車両２の運転者）に視認される。このようにして、ＨＵＤ装置１は、車両２の前方風景に重ねて虚像Ｖを表示する。虚像Ｖとして視認される画像は、例えば、車両２に関する車速などの情報や、カーナビゲーションにおける経路案内情報や、車両２の前方の注意情報（先行車、歩行者などが存在すること）を報知するための画像である。
【００１１】
ＨＵＤ装置１は、主に図２に示すように、表示器Ｐと、第１光学リレー１０と、光学部材２０と、スクリーンＳを有するスクリーンユニット３０と、駆動機構４０と、遮光壁部５０と、可視光透過部（可視光透過部材）６０と、第２光学リレー７０と、制御部８０と、ケース９０と、を備える。なお、ＨＵＤ装置１の射出口１ａは、ケース９０を上方から覆うカバー（図示せず）に形成されている。射出口１ａには、図示しない透光板が設けられている。
【００１２】
表示器Ｐは、フィールドシーケンシャル方式によってスクリーンＳに画像を投射するべく、表示光Ｌを射出する。表示器Ｐは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）群、反射型表示素子、投射レンズ等を備えて構成される。ＬＥＤ群は、各々異なる色（赤、緑及び青）で発光する複数のＬＥＤからなり、制御部８０によってフィールドシーケンシャル方式で駆動され、所定の強度及びタイミングで発光する。反射型表示素子は、ＬＥＤ群から発せられ、ダイクロックミラー等で合成された光（合成光）を受けて、表示光Ｌを生成し、投射レンズに向けて射出する。反射型表示素子は、例えば、可動式の複数のマイクロミラーを有するＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）からなり、制御部８０の制御により、各ミラーがオンとオフとのいずれかの状態で制御されることで、合成光を空間光変調して表示光Ｌを生成する。投写レンズは、スクリーンＳに合わせて表示光Ｌを拡大する。
【００１３】
第１光学リレー１０は、例えば、２枚の平面鏡１１，１２から構成される。平面鏡１１は、表示器Ｐからの表示光Ｌを平面鏡１２に向けて反射させる。平面鏡１２は、平面鏡１１で反射した表示光ＬをスクリーンＳに向けて反射させる。
【００１４】
光学部材２０は、表示光Ｌの光路上において、スクリーンＳよりも表示器Ｐ側に位置するフィールドレンズであり、表示光Ｌが示す画像の外周部における光の進行方向を変えることで画像を明瞭化する。光学部材２０は、図３に示すように、一対の保持部Ｋ１，Ｋ２に保持されている。保持部Ｋ１は、光学部材２０から後述のステイ３２１に向かって突出する板状の部材である。保持部Ｋ２は、光学部材２０から後述のステイ３２２に向かって突出する板状の部材である。光学部材２０の固定態様については、後述する。
【００１５】
スクリーンユニット３０は、図３に示すように、スクリーンＳと、スクリーンＳを保持するベゼル３１と、ベゼル３１を介してスクリーンＳを回転可能に支持する支持部３２と、を備える。
【００１６】
スクリーンＳは、例えば、平面視で矩形に形成され、光学部材２０を透過した表示光Ｌを受けることで表示光Ｌが表す画像を表示する。スクリーンＳは、例えば、ホログラフィックディフューザ、マイクロレンズアレイ、拡散板等の透過型スクリーンから構成されている。スクリーンＳに画像が表示されることで、当該画像を表す表示光Ｌは、後述の平面鏡７１へと向かう。
【００１７】
ベゼル３１は、スクリーンＳの外周を取り囲む枠体であり、図４に示すように、軸線ＡＸに沿って延びる一対の軸部３１ａ，３１ｂを有する。軸部３１ａは、スクリーンＳの図４における左側方に突出する。軸部３１ｂは、スクリーンＳの図４における右側方に突出する。
【００１８】
支持部３２は、図３及び図５に示すように、一対のステイ３２１，３２２からなり、ケース９０の底部９１（図２参照）に固定される。ステイ３２１とステイ３２２とは、図３に示すように、軸線ＡＸが延びる方向において、互いに対向する略板状の部材である。
【００１９】
図５に示すように、ステイ３２１は、底部９１に固定される設置部３２１ａを備える。設置部３２１ａは、底部９１と対向する面を有する板状の部分である。また、ステイ３２１は、ベゼル３１の軸部３１ａが挿通される軸受孔Ｈａを有する。また、ステイ３２１のうち、ステイ３２２と対向する面には、ステイ３２２に向かって突出する板状の固定部３２１ｂが設けられている。固定部３２１ｂには、光学部材２０を保持する一対の保持部Ｋ１，Ｋ２のうち、保持部Ｋ１が固定される。ステイ３２２は、底部９１に固定される設置部３２２ａを備える。設置部３２２ａは、底部９１と対向する面を有する板状の部分である。また、ステイ３２２は、ベゼル３１の軸部３１ｂが挿通される軸受孔Ｈｂを有する。また、ステイ３２２のうち、ステイ３２１と対向する面には、ステイ３２１に向かって突出する板状の固定部３２２ｂが設けられている。固定部３２２ｂには、光学部材２０を保持する一対の保持部Ｋ１，Ｋ２のうち、保持部Ｋ２が固定される。
【００２０】
ベゼル３１に設けられた軸部３１ａは、ステイ３２１に設けられた軸受孔Ｈａに回転可能に支持される。また、ベゼル３１に設けられた軸部３１ｂは、ステイ３２２に設けられた軸受孔Ｈｂに回転可能に支持される。これにより、一対のステイ３２１，３２２からなる支持部３２は、ベゼル３１を介して、スクリーンＳを軸線ＡＸ周りに回転可能に支持する。
【００２１】
ステイ３２１に設けられた固定部３２１ｂには、保持部Ｋ１が固定される。また、ステイ３２２に設けられた固定部３２２ｂには、保持部Ｋ２が固定される。つまり、支持部３２に設けられた固定部３２１ｂ，３２２ｂには、保持部Ｋ１，Ｋ２を介して、光学部材２０が固定される。なお、保持部Ｋ１，Ｋ２の固定部３２１ｂ，３２２ｂへの固定方法や、設置部３２１ａ，３２２ａのケース９０の底部９１への固定方法は任意であり、嵌合、螺着、接着などの公知の手法を適宜用いることができる。
【００２２】
駆動機構４０は、ベゼル３１に保持されたスクリーンＳを、軸線ＡＸを中心に回転駆動するものであり、ベゼル３１の軸部３１ａの先端部に固定されるギヤ部４１と、ギヤ部４１と係合する歯車を有する出力軸部４２と、図示しないモータと、を備える。ギヤ部４１は、図３に示すように、ベゼル３１に設けられた軸部３１ａのうち、軸受孔Ｈａを通ってステイ３２１よりも外側に突出した部分の先端部に固定されている。モータは、例えばステッピングモータであり、制御部８０の制御により駆動される。駆動されたモータは、１つ又は複数の歯車を介して、出力軸部４２を回転させる。出力軸部４２が回転すると、出力軸部４２と噛み合う歯を有するギヤ部４１も回転する。このようにして、モータの回転動力が出力軸部４２を介して軸部３１ａに固定されたギヤ部４１に伝達され、ベゼル３１に保持されたスクリーンＳは、支持部３２に対して、軸線ＡＸ周りに回転する。
【００２３】
遮光壁部５０は、表示光Ｌの光路上においてスクリーンＳよりも射出口１ａ側に位置し、射出口１ａから、スクリーンＳに表示される画像以外の不要部分（スクリーンＳよりも表示器Ｐ側に位置する適宜の構成）が見えないように、当該不要部分を覆い隠すものである。
【００２４】
遮光壁部５０は、例えば、樹脂材により黒色で形成された板状の部材であり、ケース９０の底部９１から起立した態様で、ケース９０に公知の手法で固定されている。遮光壁部５０は、図２に示すように、スクリーンユニット３０と向かい合う第１の部分５１と、第１の部分５１から折れ曲がった第２の部分５２とを有して、上方から見てＬ字状に形成されている。第１の部分５１におけるスクリーンＳと対向する位置には、スクリーンＳに画像が表示されることにより、スクリーンＳから発せられる表示光Ｌを通過させるための開口部５１ａが形成されている。第２の部分５２は、その先端が、図２に示すように、後述する平面鏡７１の一端に近接しており、平面鏡７１に不要な光が入射することを抑制する。
【００２５】
可視光透過部６０は、表示光Ｌの光路上において、スクリーンＳよりも射出口１ａ側に位置するホットミラーであり、射出口１ａから入り込む太陽光による赤外線を反射させることで、熱が内部に伝搬することを抑制する。可視光透過部６０は、図６に示すように、遮光壁部５０の開口部５１ａに公知の固定手法によって固定されている。可視光透過部６０は、駆動機構４０により回転駆動され、傾倒可能なスクリーンＳにおける任意の傾斜姿勢と同様な傾斜で、開口部５１ａに固定されている。このように可視光透過部６０が固定される開口部５１ａは、遮光壁部５０の第１の部分５１からスクリーンＳ側に隆起した部分に形成されており、当該隆起した部分の形状により、可視光透過部６０の傾斜姿勢が定められている。なお、可視光透過部６０及び前述の光学部材２０の各々は、スクリーンＳの傾斜調整可能な範囲を妨げない位置に設けられている。
【００２６】
第２光学リレー７０は、例えば、平面鏡７１と凹面鏡７２とから構成される。平面鏡７１は、スクリーンＳから射出されて可視光透過部６０を透過した表示光Ｌを凹面鏡７２に向けて反射させる。凹面鏡７２は、平面鏡７１で反射した表示光Ｌをウインドシールド３に向けて反射させる。これにより、ユーザ４に虚像Ｖとして視認される画像は、スクリーンＳに表示された画像よりも拡大されたものとなる。
【００２７】
制御部８０は、ＨＵＤ装置１の全体動作を制御するものであり、例えば、マイクロコンピュータから構成されている。制御部８０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含む記憶部と、ＲＯＭに記憶された動作プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、を備える。図２に模式的に示した制御部８０は、例えば、ケース９０の任意の箇所に設けられたプリント回路板に実装されており、図示しない配線によって、表示器Ｐや、駆動機構４０のモータや、車両２内に構成された各種のシステムなどと電気的に接続されている。なお、制御部８０の配置や構成は任意である。例えば、制御部８０は、互いに協働する複数の制御用ＩＣ(Integrated Circuit)から構成されていてもよい。
【００２８】
制御部８０は、車両２に搭載された、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）、カーナビゲーションシステム、各種のセンサ等と通信し、各種情報を取得するとともに、各種情報を示す虚像Ｖを表示するための画像データを生成する。そして、制御部８０は、生成した画像データに基づき、図示しない表示制御用のドライバを介して、表示器Ｐによる表示光Ｌの射出動作を制御する。
【００２９】
また、制御部８０は、図示しないモータ用のドライバを介して駆動機構４０のモータを駆動する。例えば、制御部８０は、虚像Ｖの表示角度の調整指示に応じてモータを駆動し、スクリーンＳを軸線ＡＸを中心として、調整指示内容に応じた角度だけ回転させる。当該調整指示は、例えば、車両２に搭載されたジャイロセンサや、カーナビゲーションシステムからの情報に基づき特定可能な車両２の前方路面の勾配に応じたものである。これにより、制御部８０は、スクリーンＳの画像表示面と光学的共役関係にある、虚像Ｖの仮想表示面を、車両２の前方路面に沿うように調整することができる。つまり、ユーザ４に前方路面に沿って表示される虚像Ｖを視認させることができる。なお、当該調整指示は、操作手段からのユーザ４による入力操作に応じたものであってもよいし、ユーザ４の視点位置を検出する検出手段からの検出結果に応じたものであってもよい。操作手段は、例えばタッチパネルやプッシュボタンから構成することができる。検出手段は、例えばステレオカメラから構成することができる。操作手段や検出手段として、その他の公知の構成を適宜採用してもよい。
【００３０】
ケース９０は、車両２の上方に向かって開口した箱状に形成され、表示器Ｐ、第１光学リレー１０、光学部材２０、スクリーンユニット３０、駆動機構４０と、遮光壁部５０、及び第２光学リレー７０及び制御部８０の各々を、上述の機能を充足する適宜の位置に収容する。なお、可視光透過部６０は、前述のように、遮光壁部５０に固定される。また、ケース９０は、複数の部材の組み合わせにより構成されてもよい。
【００３１】
以上の構成からなるＨＵＤ装置１が虚像Ｖを表示する機構を簡潔に述べる。表示器Ｐが射出した表示光Ｌは、第１光学リレー１０及び光学部材２０を介して、スクリーンＳに画像として投影される。スクリーンＳに表示された画像を表す表示光Ｌは、可視光透過部６０及び第２光学リレー７０を介して、射出口１ａからウインドシールド３へ射出される。このようにしてＨＵＤ装置１から射出された表示光Ｌがウインドシールド３で反射することで、ユーザ４から見てウインドシールド３の前方に、虚像Ｖが表示される。
【００３２】
本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、実施形態及び図面に変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。
【００３３】
以上では、支持部３２に固定される光学部材２０が、表示光Ｌの光路上におけるスクリーンＳよりも表示器Ｐ側に位置するフィールドレンズである例を示したが、これに限らず、他の公知のレンズであってもよい。また、ステイ３２１，３２２を図示例よりも表示光Ｌの進行方向に延長することで、支持部３２に、表示光Ｌの光路上におけるスクリーンＳよりも射出口１ａ側に位置する光学部材２０を固定する構成を採用してもよい。この場合の光学部材２０は、レンズに限られず、ホットミラーなどであってもよい。また、支持部３２に固定される光学部材２０の個数も任意であり、１つであっても、複数であってもよい。つまり、支持部３２に固定される光学部材２０は、表示光Ｌの光路上におけるスクリーンＳよりも表示器Ｐ側とスクリーンＳよりも射出口１ａ側との少なくともいずれかに位置するものであればよい。
【００３４】
以上では、遮光壁部５０の開口部５１ａに固定される可視光透過部６０がホットミラーである例を示したが、これに限られず、反射防止シートなどの他の可視透過部材であってもよい。また、開口部５１ａに固定される可視光透過部６０は、１つの可視透過部材から構成されてもよいし、互いに役割が異なる複数の可視光透過部材から構成されてもよい。
【００３５】
以上では、第１光学リレー１０が２つの平面鏡１１，１２から構成される例を示したが、これに限られず、単数又は３つ以上の鏡から構成されてもよい。同様に、第２光学リレー７０は、少なくとも凹面鏡７２を備えていれば、単数又は３つ以上の鏡から構成されてもよい。また、第１光学リレー１０と第２光学リレー７０との少なくともいずれかには、画像の歪みを補正するための曲面を有する曲面鏡（自由曲面鏡も含む）が含まれていてもよい。
【００３６】
以上では、表示器Ｐが、ＤＭＤからなる反射型表示素子を備えた方式のプロジェクタである例を説明したが、プロジェクタの方式は、これに限られない。例えば、プロジェクタは、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）プロジェクタ、ＧＬＶ（Grating Light Valve）プロジェクタ、ＣＲＴ(Cathode Ray Tube)プロジェクタ又は液晶プロジェクタ等であってもよい。
【００３７】
また、ＨＵＤ装置１が表示光Ｌを射出する対象である透光部材は、ウインドシールド３に限られない。例えば、透光部材は、ウインドシールド３以外のＨＵＤ装置１の専用のコンバイナであってもよい。
【００３８】
また、ＨＵＤ装置１が搭載される乗り物は、車両に限られず、船舶、飛行機などの他の乗り物であってもよい。
【００３９】
（１）以上に説明したＨＵＤ装置１は、射出口１ａを有し、射出口１ａから表示光Ｌをウインドシールド３（透光部材の一例）に向けて射出することで表示光Ｌが表す画像の虚像Ｖを表示する。ＨＵＤ装置１は、スクリーンＳと、光学部材２０と、支持部３２と、駆動制御部（例えば、制御部８０及び駆動機構４０）とを備える。スクリーンＳは、表示器Ｐが発した表示光Ｌを受け、画像が投射される。光学部材２０は、表示光Ｌの光路上におけるスクリーンＳよりも表示器Ｐ側とスクリーンＳよりも射出口１ａ側との少なくともいずれかに位置し、表示光Ｌを透過させる。支持部３２は、スクリーンＳを回転可能に支持する。駆動制御部は、スクリーンＳを支持部３２に対して回転駆動することで、虚像Ｖの表示角度を調整する。そして、支持部３２は、光学部材２０が固定される固定部３２１ｂ，３２２ｂを有する。
この構成により、光学部材２０を固定するために専用の部品を設けずとも済み、部品点数が増加することを抑制することができる。したがって、上記のＨＵＤ装置１によれば、簡潔な構成で光学部材２０を設けることができる。
【００４０】
（２）また、ＨＵＤ装置１は、表示光Ｌの光路上においてスクリーンＳよりも射出口１ａ側に位置する遮光壁部５０を備える。遮光壁部５０は、スクリーンＳと対向する位置に開口部５１ａを有し、開口部５１ａには、可視光透過部材６０が固定されている。
この構成により、可視光透過部材６０を固定するために専用の部品を設けずとも済み、部品点数が増加することを抑制することができる。したがって、上記のＨＵＤ装置１によれば、簡潔な構成で可視光透過部材６０を設けることができる。
【００４１】
（３）なお、光学部材２０は、表示光Ｌの光路上におけるスクリーンＳよりも表示器Ｐ側に位置するフィールドレンズであることが好ましい。
【００４２】
（４）また、可視光透過部材６０は、ホットミラーであることが好ましい。
【００４３】
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。
【符号の説明】
【００４４】
１…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
１ａ…射出口
２…車両、３…ウインドシールド、４…ユーザ
Ｌ…表示光、Ｖ…虚像
Ｐ…表示器
１０…第１光学リレー
２０…光学部材、Ｋ１，Ｋ２…保持部
３０…スクリーンユニット
Ｓ…スクリーン
３１…ベゼル、３１ａ、３１ｂ…軸部、ＡＸ…軸線
３２…支持部
３２１，３２２…ステイ
３２１ａ，３２２ａ…設置部
３２１ｂ，３２２ｂ…固定部
Ｈａ，Ｈｂ…軸受孔
４０…駆動機構
５０…遮光壁部
５１…第１の部分、５１ａ…開口部
５２…第２の部分
６０…可視光透過部（可視光透過部材）
７０…第２光学リレー
８０…制御部
９０…ケース、９１…底部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020118933.tif 000005
【図４】
2020118933.tif 000006
【図５】
2020118933.tif 000007
【図６】
2020118933.tif 000008