(57)【要約】【課題】投射画像光に反射ミラー（凹面鏡）の外周部が映り込んで表示されることを防止または抑制して高品質な虚像映像を表示することが可能なＨＵＤを提供する。【解決手段】乗り物のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記映像にかかる虚像を表示するＨＵＤであって、光源および表示素子を有して前記映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置から出射された映像光を前記ウィンドシールド上に投射して反射させることで前記虚像を前記乗り物の前方に表示する映像光投射手段とを備え、前記映像光投射手段は、前記映像表示装置から出射された映像光を前記ウィンドシールドに向けて反射するための反射ミラーを含み、前記反射ミラーは、その周辺部において、反射光を運転者の視線とは異なる方向に向かわせる偏向手段を備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記映像にかかる虚像を表示するヘッドアップディスプレイであって、
光源および表示素子を有して前記映像を形成する映像表示装置と、
前記映像表示装置から出射された映像光を前記ウィンドシールド上に投射して反射させることで前記虚像を前記乗り物の前方に表示する映像光投射手段と、
を備え、
前記映像光投射手段は、前記映像表示装置から出射された映像光を前記ウィンドシールドに向けて反射するための反射ミラーを含んでおり、
前記反射ミラーは、その周辺部において、反射光を運転者の視線とは異なる方向に向かわせる偏向手段を備えている、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記偏向手段は、テクスチャである、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項３】
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記テクスチャは、前記反射ミラー外周部に隣接して形成されている、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項４】
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記テクスチャは、ピッチ（間隔）ｄが、最小０.１ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲で、かつ、前記テクスチャの角度θが０〜９０度の範囲で形成されている、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項５】
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記テクスチャは、前記反射ミラーを保持するミラーホルダの表面であって、前記反射ミラーの外周に隣接する位置に形成されている、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項６】
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記反射ミラーは自由曲面形状となっており、かつ、前記テクスチャの形状が、前記反射ミラーの自由曲面形状に応じて変化している、ヘッドアップディスプレイ。
【請求項７】
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記反射ミラーは傾斜角度が可変である、ヘッドアップディスプレイ。
【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の技術に関し、特に、装置を構成するミラーによる反射光などの迷光を対策してより良好な情報の表示に有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両においては、車速やエンジン回転数等の情報は、通常、ダッシュボード内の計器盤（インパネ）に表示される。また、カーナビゲーション等の画面は、ダッシュボードに組み込まれもしくはダッシュボード上に設置されたディスプレイに表示される。運転者が、これらの情報を視認する場合に視線を大きく移動させることが必要となることから、かかる視線の移動量を低減させる技術として、車速等の情報やカーナビゲーションに係る指示等の情報をフロントガラス（「ウィンドシールド」ともいう）等に投射して表示するヘッドアップディスプレイ（Head Up Display、以下では「ＨＵＤ」と記載する場合がある）が知られている。
【０００３】
このようなＨＵＤにおける光の映り込みの抑制に関連する技術として、例えば、以下の特許文献１によれば、装置を内部に収納するための上下に分割可能なケースの上ケースの一部において射出された映像光を通過する開口に重なって形成された遮光部が設けられており、この遮光部によって遮られた光の一部がフロントガラス等の投射面に映り込むことを防止するため、当該遮光部やその周辺に低反射塗料を塗布した装置が既に知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−３８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術により知られた装置の一部やその周辺に低反射塗料を塗布することによれば、一定の効果は得られるものの、塗装のためのコストがかかる。また、発明者らの検討によれば、以下においても詳述するが、特に、ＨＵＤのバックライトの点灯時や外光の入射時において、その光の一部がＨＵＤを構成する反射ミラー（凹面鏡）の外周部に映り込んで迷光となってしまい、装置により表示される虚像映像の品質を低下させるという課題があることが分かった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、虚像を形成する投射画像光に反射ミラー（凹面鏡）の外周部からの反射光が映り込んで映像の品質を低下させることを防止または抑制することにより、より高品質な虚像映像を表示することが可能な、実用的にも優れたヘッドアップディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、乗り物のウィンドシールドに映像を投射することで、運転者に対して前記映像にかかる虚像を表示するヘッドアップディスプレイであって、光源および表示素子を有して前記映像を形成する映像表示装置と、前記映像表示装置から出射された映像光を前記ウィンドシールド上に投射して反射させることで前記虚像を前記乗り物の前方に表示する映像光投射手段と、を備え、前記映像光投射手段は、前記映像表示装置から出射された映像光を前記ウィンドシールドに向けて反射するための反射ミラーを含んでおり、前記反射ミラーは、その周辺部において、反射光を運転者の視線とは異なる方向に向かわせる偏向手段を備えているヘッドアップディスプレイが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。すなわち、本発明の代表的な実施の形態によれば、虚像を形成する投射画像光に反射ミラー（凹面鏡）の外周部からの反射光が映り込んで映像の品質を低下させることを防止または抑制することから、より高品質な虚像映像を表示することが可能であり、観察者である運転者を含め、優れた映像情報が表示可能なヘッドアップディスプレイが達成される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態になるＨＵＤの全体構成の一例についての概略を示した図である。
【図２】上記ＨＵＤの実装形態の詳細構成の一例を示した展開斜視図である。
【図３】上記ＨＵＤのミラー駆動部の構成の例について概要を示した展開斜視図である。
【図４】本発明のＨＵＤにおける反射ミラー（凹面鏡）の動作原理を説明するための説明図である。
【図５】上記ＨＵＤにおける反射ミラー（凹面鏡）の詳細構造を示す斜視図である。
【図６】上記反射ミラー（凹面鏡）におけるテクスチャの構造を示す図である。
【図７】上記テクスチャの具体的な形状を示す一部拡大断面図である。
【図８】上述したテクスチャを備えた反射ミラー（凹面鏡）によって得られた測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。一方で、ある図において符号を付して説明した部位について、他の図の説明の際に再度の図示はしないが同一の符号を付して言及する場合がある。また、以下に示す各実施の形態では、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）が自動車等の車両に設置される場合を例として説明するが、電車や航空機等の他の乗り物にも適用可能である。また、乗り物以外の用途に用いるＨＵＤにも適用可能である。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態であるヘッドアップディスプレイの全体構成の一例についての概要を示した図である。本実施の形態のＨＵＤ１では、ここでは図示しない筐体内、もしくは、筐体に着脱可能な箇所に配置された映像表示装置３０によって表示された映像光を、必要な光学素子（ここでは、図示しないが一例として折返しミラーなど）を介して、反射ミラー（凹面鏡）５２により反射させて、車両２のウィンドシールド３に投射する。
【００１２】
ここで、被投射部材はウィンドシールド３に限られず、映像が投射される部材であれば、コンバイナなど他の部材とすることができる。また、映像表示装置３０は、例えば、バックライトを有するプロジェクタやＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等により構成される。自発光型のＶＦＤ（Vacuum Fluorescent Display）等であってもよい。投射装置によりスクリーンに映像を表示するものであってもよい。このようなスクリーンとしては、例えば、マイクロレンズを２次元状に配置したマイクロレンズアレイにより構成してもよい。
【００１３】
反射ミラー５２は、ミラーホルダ５２１（図２）により保持されており、また、例えば、自由曲面ミラーや光軸非対称の形状を有する反射ミラー等により構成されている。より具体的には、反射ミラー５２の表面形状は、虚像の歪みを低減するために、例えば、その上部の領域（すなわち、ここで反射した光線はウィンドシールド３の下方で反射するため、相対的に運転者５の視点との距離が短くなる）では、拡大率が大きくなるように相対的に曲率半径を小さくする。一方、反射ミラー５２の下部の領域（すなわち、ここで反射した光線はウィンドシールド３の上方で反射するため、相対的に運転者５の視点との距離が長くなる）では、拡大率が小さくなるように相対的に曲率半径を大きくする。また、映像表示装置３０をこの反射ミラー５２の光軸に対して傾斜させて配置することで、上記のような像倍率の違いを補正して、発生する歪みそのものを低減するようにしてもよい。
【００１４】
運転者５は、ウィンドシールド３に投射された映像を見ることで、透明のウィンドシールド３を通してその前方に虚像として上記映像を視認する。反射ミラー５２の角度を調整して映像をウィンドシールド３に投射する位置を調整することにより、運転者５が見る虚像の表示位置を上下方向に調整可能としてもよい。なお、虚像として表示する内容は特に限定されず、例えば、車両情報やナビゲーション情報、図示しないカメラ映像（監視カメラやアラウンドビュアー等）で撮影した前方の風景の映像などを、適宜、表示することができる。
【００１５】
また、図中の符号６は、ハンドルの一部に取り付けられた、例えば、赤外線カメラを含むカメラであり、ここでは運転者の視点を検出する手段を構成する。なお、この視点検出手段であるカメラは、必ずしも、上述したようにハンドルの一部に取り付けられる必要はなく、運転者の視点を検出が可能であればよく、例えば、ダッシュボードの一部、または、ウィンドシールド３の一部に取り付けられてもよい。
【００１６】
続いて、図２には、上記ＨＵＤ１の内部詳細が示されており、ここでは上述した筐体が符号６１と６５で示されており、また、映像表示装置３０はその内部には、例えば、板上に配置された発光素子である発光ダイオード等により構成されて面状の自発光を発生するバックライト素子（ユニット）３１や、上記の光学素子を含んで構成されている。さらに、ここでは、必要な他の光学素子としての歪み補正レンズ４３が示されている。
【００１７】
この図にも明らかなように、筐体６１、６５の内部には、本例では、側面に一対で形成された軸によって、反射ミラー５２が、僅かな角度範囲で回動可能な状態で配置されている。さらには、下部の筐体６５の底部には、制御部等が実装されるメイン基板７０と共に、モータやワームギアやホイル等の移動機構からなるミラー駆動部４２がネジ等の着脱機構により取り付けられている。すなわち、このミラー駆動部４２により、上述した反射ミラー（凹面鏡）５２の傾斜角度が僅かな角度範囲で調整可能となっている。
【００１８】
続いて、図３は、反射ミラー５２の傾斜角度を変化させるためのミラー駆動部４２の実装例について概要を示した図である。ここでは、ミラー駆動部は、図３（ａ）にも示すように、ケース４２１内に、少なくとも、高速回転から低速回転まで広い範囲でその回転速度が制御可能な電動モータ４２２、ワームギア４２３、当該モータの出力軸とワームギアの間に組み合わせた複数の歯車４２４を備えている。また図３（ｂ）は反射ミラー５２の一部と組み上げたミラー駆動部４２を示したものであり、図３（ｃ）は図３（ａ）のミラー駆動部４２を組み上げたものを図３（ｂ）のそれとは異なる角度から見た斜視図を示したものである。このミラー駆動部４２は、図３（ｂ）にも示すように、筺体６５の下端部において、そのワームギア４２３が、図３（ｃ）に示す一部の切欠き部を介して、反射ミラー５２の下端部に形成されたワームホイル４１１と噛み合うように取り付けられる。
【００１９】
上述したミラー駆動部４２の構成によれば、低速から高速までの広い範囲で回転制御が可能な電動モータ４２２の回転が、複数の歯車４２４を介して所望の回転速度／駆動力に変換されてワームギア４２３に伝達され、さらに、反射ミラー５２の下端部に形成されたワームホイル４１１により、反射ミラー５２を、回転軸を中心に回転しながら前後方向に移動して（図１の矢印を参照）所望の傾斜角度に調整する。
【００２０】
＜反射ミラー（凹面鏡）＞
続いて、図４にその全体構成を説明したＨＵＤ１における反射ミラー（凹面鏡）５２は、基本的には、上述したように、映像表示装置３０からの映像光を反射して車両２のウィンドシールド３に投射するものである。しかしながら、発明者らの検討の結果によれば、図４にも示すように、反射ミラー５２は、特に、装置の発光部であるバックライト素子からの光（バックライト光）、さらには、車両の外部からの光（例えば、太陽からの直接光や散乱光、街灯などの外光）が入射した場合、状況によっては、この入射光が反射ミラー（凹面鏡）５２の外周部で反射して映り込んでしまい、このことがドライバに対して表示される虚像映像の品質を低下させる原因となっていることが判明した。
【００２１】
そこで、本発明は、特に、映像光をドライバの目（視線内）に向かわせて虚像を表示することを原理とするＨＵＤ１では、バックライトの点灯時や外光の入射時においては、当該入射光が反射ミラー５２の外周部で反射した場合でも、当該反射光がドライバの目（視線内）に向かうことなく、それを外れて、それ以外の方向へ向かわせる（偏向）ことが、表示映像の品質低下を防止／抑制するために有効であることを確認し、そのための手段を提案するものである。
【００２２】
そのための手段としては、より具体的には、図５にも示すように、ＨＵＤ１を構成する反射ミラー（凹面鏡）５２の外周部に、または、その保持部材であるミラーホルダ５２１表面のミラー外周部との隣接部に、以下にも詳述するテクスチャ１００を形成した。なお、比較のため、従来技術である低反射塗料の塗布では、効果はあるものの塗装コストがかかり、また、シボ加工では入射光がシボ面で乱反射して映り込みの低減には効果が小さいことが分かった。なお、図中の符号５２２、５２３は、それぞれ、取り付けステーと保持ブッシュを示す。
【００２３】
さらに、発明者らの検討によれば、ＨＵＤ１では、使用される反射ミラー（凹面鏡）５２は自由曲面形状となっていることから、金型によってこのテクスチャ１００を形成すると共に、このテクスチャ１００の（断面）形状を反射ミラー５２の自由曲面形状に応じて変化させることで、迷光の低減の効果が大きくなることが確認された。例えば、図６において発明の容易な理解のために反射ミラー５２の上辺に沿って示した各部の断面の拡大図にも示すように、反射ミラー５２の端部と中央部におけるテクスチャ１００の形状を変化させる。
【００２４】
なお、このテクスチャのより具体的な形状としては、図７（ａ）や（ｂ）にも示すように、鋸歯状の断面を有するテクスチャ１００として、その一例としては、そのピッチ（間隔）ｄを、最小０.１ｍｍ〜最大５ｍｍの範囲で、かつ、その角度θを０〜９０度の範囲で、反射ミラー５２の自由曲面形状に適合して設定することが好ましい。
【００２５】
図８は、上述したテクスチャ１００を備えた反射ミラー（凹面鏡）５２によって得られた測定結果を示す。具体的には、図８（ａ）の中央部の反射ミラー５２の右辺（図のＡ-Ａ断面）に沿って「テクスチャあり」と「テクスチャなし」の領域を形成しており、図８（ｂ）には、それぞれの対応する領域からの反射光の強度（輝度）を測定して示した。この結果からも明らかなように、適切なテクスチャを形成することにより、反射の輝度を１／１０以下に低減することが可能であり、テクスチャの形成は、バックライト点灯時におけるミラーからの映り込み対策として有効な手段であることが確認できた。
【００２６】
また、上述したテクスチャは、反射ミラー（凹面鏡）５２の周辺部の４辺に沿って設けてもよいが、これに代えて、その上に反射ミラー５２を保持する部材であるミラーホルダ５２１の表面であって、反射ミラーの周辺部に隣接する部分（領域）に形成することが好ましい。これは、反射ミラー５２の表面に形成される自由曲面形状は、ＨＵＤ１が搭載される車両に対応して様々に設定／変更されることによる。しかしながら、上記テクスチャ１００を、反射ミラー５２に代えてミラーホルダ５２１の表面に形成することによれば、予めその表面に各種のテクスチャを形成したミラーホルダ５２１を用意しておき、反射ミラー５２の自由曲面形状に適合するミラーホルダ５２１を選択してその上に反射ミラー５２を取り付けることによれば、より簡単かつ容易に、種々設定／変更される自由曲面形状の反射ミラーに対応した反射ミラーを製造することが可能となる。
【００２７】
以上に詳細述べたように、反射光がドライバの目（視線内）に向かうことなくそれ以外の方向へ向かわせる手段であるテクスチャ構造を有する反射ミラー（凹面鏡）を備えた本発明になるＨＵＤは、従来の低反射塗料の塗装よりも低コストであり、かつ、シボ加工よりも大きい低減効果がことから、従来技術と比較してもより優位性がある。
【００２８】
加えて、上述したテクスチャ構造を有する反射ミラー（凹面鏡）は、特に、上記の実施の形態でも示した反射ミラーの角度を調整して映像をウィンドシールドに投射する位置を調整可能とするＨＵＤにおいて好適に適用される。すなわち、反射ミラーの角度の調整に伴って、バックライト光や外部光が入射して反射ミラーの外周部で反射して表示映像に映り込んでしまう現象が発生する可能性が高くなることが予想される。しかしながら、上述したテクスチャ構造を有する反射ミラーによれば、かかる映り込みの可能性の増大も含めて防止／抑制可能であり、より高品質な虚像映像を表示することが可能なＨＵＤが得られることとなる。
【００２９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、上記の実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、透明なガラス板等に画像を投影するヘッドアップディスプレイに利用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１…ＨＵＤ、２…車両、３…ウィンドシールド、５…運転者（視点）、３０…映像表示装置、３１…バックライト素子（ユニット）、４２…ミラー駆動部、４３…歪み補正レンズ、５０…筐体、５２…反射ミラー（凹面鏡）、５５…光学部品保持外装ケース、６１，６５…筐体、１００…テクスチャ、４１１…ワームホイル、４２１…ケース、４２２…電動モータ、４２３…ワームギア、４２４…歯車、５２１…ミラーホルダ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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