(57)【要約】【課題】  車室内の任意の場所に取り付け可能な構造を有する車両用ヘッドアップディスプレイを提供する。【解決手段】  台座１０が車両の車室内の任意の場所に取り付けられると共に、球形状のケース２１で構成される画像投影器２０が軸受け１１と保持部材３０との間で回転することで画像投影器２０の姿勢が変えられて、ケース２１に取り付けられたレンズ２５から射出される画像光が表示部４０に導かれる。【選択図】        図１
2006205955.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が空洞になっている球形状部分を有するケース（２１）と、前記ケースの内部に収納されると共に車両のフロントウィンドシールド（ＷＳ）に設けられた表示部（４０）に画像表示するための画像の画像光を投射する表示器（２２）と、前記ケースの球形状部分に取り付けられ、前記画像光を外部に射出するためのレンズ（２５）と、を備えた画像投影器（２０）と、
前記画像投影器を収納する球形状部分を有する軸受け（１１）を備えた台座（１０）と、
前記台座に固定され、窓部を有し、この窓部から前記ケースに取り付けられた前記レンズを露出させた状態で前記画像投影器を前記台座に支持する保持部材（３０）と、を備え、
前記台座が前記車両の車室内の任意の場所に取り付けられると共に、前記画像投影器が前記軸受けと前記保持部材との間で回転することで前記画像投影器の姿勢が変えられて、前記ケースの前記レンズから射出される前記画像光が前記表示部に導かれるようになっ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。
【請求項２】
前記画像投影器と前記軸受けとの間には、球形状の支持部材（１２）が複数設けられてい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。
【請求項３】
前記レンズは、少なくとも両凸レンズまたは平凸レンズのいずれか一方であることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用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、フロントウィンドシールドに画像を表示する車両用ヘッドアップディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ドライバに対して車速やナビゲーション情報などの車両に関する情報を認識させる装置として、車両用ヘッドアップディスプレイが知られている。図３は、従来の車両用ヘッドアップディスプレイの概略図であり、（ａ）は画像投影器の上視図、（ｂ）は車両用ヘッドアップディスプレイの使用時における模式図である。
【０００３】
図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、車両用ヘッドアップディスプレイは、画像の画像光を投影する画像投影器１００と、画像投影器１００から射出された画像を画像表示する表示部２００と、を備え構成されている。
【０００４】
画像投影器１００は、この画像投影器１００の外形をなすハウジング１１０と、光源および透過型液晶パネル（以下、液晶パネルと記す）で構成される表示器１２０と、表示器１２０から射出される画像光を反射させる平面鏡１３０と、平面鏡１３０にて反射される画像光を拡大反射する凹面鏡１４０と、を有して構成されている。これら表示器１２０、平面鏡１３０、凹面鏡１４０はハウジング１１０に収納されると共に、このハウジング１１０が車両のインストルメントパネル内、特にメータの裏面側に設置される。
【０００５】
また、車両のフロントウィンドシールドＷＳの内表面上には、上記画像投影器１００から射出される画像光を画像表示する表示部２００が設けられている。
【０００６】
このような車両用ヘッドアップディスプレイでは、表示器１２０から投射された画像光は、図３（ａ）、（ｂ）に示されるように、平面鏡１３０および凹面鏡１４０にて反射されて、ハウジング１１０およびインストルメントパネル上部に設けられた開口部（図示しない）から射出され、フロントウィンドシールドＷＳの内表面上に結像される。これにより、ドライバはフロントウィンドシールドＷＳの表示部２００に表示される画像を視認できるようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来の車両用ヘッドアップディスプレイは、上述のように、インストルメントパネルの内部に設置されている。しかしながら、近年では、インストルメントパネル内に配備される部品や部材によって、車両用ヘッドアップディスプレイの画像投影器１００を設置するための空きスペースが減少している。
【０００８】
そこで、本発明は、上記点に鑑み、車室内の任意の場所に取り付け可能な構造を有する車両用ヘッドアップディスプレイ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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、台座（１０）が車両の車室内の任意の場所に取り付けられると共に、球形状部分を有するケース（２１）で構成される画像投影器（２０）が軸受け（１１）と保持部材（３０）との間で回転することで画像投影器の姿勢が変えられて、ケース（２１）に取り付けられたレンズ（２５）から射出される画像光が表示部（４０）に導かれるようになっていることを特徴としている。
【００１０】
このように、球形状部分を有するケースを台座に収納すると共に、ケースの姿勢を変えてケースのレンズから射出される画像の画像光を表示部に導く。これにより、車両用ヘッドアップディスプレイ自体をインストルメントパネル内部に収納する必要はなく、車両用ヘッドアップディスプレイを車室内の任意の場所に設置する形態とすることができる。
【００１１】
また、画像投影器をなすケースが球形状であって、そのケースを保持する軸受けが球形状になっているため、ケースの姿勢を自由に変更することができる。これにより、ケースのレンズから射出される画像の画像光をフロントウィンドシールドの表示部に導くことができ、画像を表示させることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、画像投影器と軸受けとの間には、球形状の支持部材（１２）が複数設けられていることを特徴としている。これにより、ケースが球形状の複数の支持部材と点接触することになるため、ケースの姿勢をスムーズに変更することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、レンズは、少なくとも両凸レンズまたは平凸レンズのいずれか一方であることを特徴としている。このように、レンズを両凸レンズまたは平凸レンズとする。これにより、レンズを通過する画像のサイズを拡大させることができる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイの概略構成図である。図１に示されるように、車両用ヘッドアップディスプレイは、台座１０と、画像投影器２０と、保持部材３０と、表示部４０と、を備えて構成されている。
【００１７】
台座１０は、車両用ヘッドアップディスプレイの外形をなすものであり、後述する画像投影器２０を保持するものである。台座１０は、例えば樹脂で成形され、軸受け１１と、複数の小球１２と、を備えている。軸受け１１は、小球１２を介して球体状の画像投影器２０を保持するものであり、その表面が例えば球面になっている。このような台座１０は、例えば箱形をなしており、車室内の所望の場所に取り付けられる。
【００１８】
また、複数の小球１２は、画像投影器２０を支えるための支持部材であり、軸受け１１の球面において画像投影器２０をバランス良く保持する位置にそれぞれ固定される。このような小球１２に、例えば球体、半球、円柱などが採用される。小球１２は、ケース１２に固定されるため、それ自身は回転しないが、上述のように球面形状であるので、画像投影器２０との接点面積が小さく、画像投影器２０を安定して保持すると共に画像投影器２０のスムーズな回転を実現できる。なお、小球１２は本発明の支持部材に相当する。
【００１９】
画像投影器２０は、フロントウィンドシールドＷＳの表示部４０に画像表示するための画像光を射出するものであり、具体的な構成を図２に示す。図２は、図１に示される画像投影器２０の全体斜視図である。図２に示されるように、画像投影器２０は、ケース２１と、表示器２２と、平面鏡２３と、凹面鏡２４と、レンズ２５と、を備えて構成されている。
【００２０】
ケース２１は、画像投影器２０の外形をなすものであり、球形状部分を有するものである。このケース２１は、その外形が球体になっており、例えばサイズはφ１００である。このケース２１の内部は空洞になっており、その空洞内部に表示器２２、平面鏡２３、凹面鏡２４が収納された状態になっている。また、このケース２１の球面において、その一部がそがれた端面２１ａになっており、この端面２１ａにレンズ２５が固定されている。
【００２１】
なお、ケース２１は、例えば半球状に２つに分割されて形成されたものが合わさって一体とされることで、図１および図２に示される球体をなすこととなる。つまり、上記表示器２２、平面鏡２３、凹面鏡２４、およびレンズ２５は、ケース２１が分割された状態にある時に各半球状のケース２１内および端面２１ａにそれぞれ配置および固定される。このような状態で分割されたケース２１が組み合わされると、表示器２２、平面鏡２３、凹面鏡２４、およびレンズ２５がケース２１内および端面２１ａに収納および固定される。
【００２２】
表示器２２は、フロントウィンドシールドＷＳの表示部４０に表示されるコンテンツに応じた画像光を射出するものである。このような表示器２２は、画像を表示する画像表示装置と、光源と、を有し構成されている（図示しない）。
【００２３】
画像表示装置は、フロントウィンドシールドＷＳの表示部４０に表示する画像を映し出すものであり、本実施形態では、液晶パネルが採用される。また、光源は、液晶パネルのバックライトとして機能するものであり、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）が採用される。
【００２４】
上記液晶パネルは、例えば配線を介して外部のＥＣＵ等と電気的に接続された状態とされ、外部のＥＣＵから画像信号が入力されると共に、その画像信号に応じた画像が表示されるようになっている。このため、台座１０、軸受け１１、およびケース２１には配線を通す図示しない穴がそれぞれ設けられており、外部ＥＣＵ等から表示器２２の液晶パネルに画像信号が入力されるようになっている。
【００２５】
平面鏡２３および凹面鏡２４は、上記表示器２２から射出される画像光をフロントウィンドシールドＷＳの表示部４０に導く鏡である。具体的には、平面鏡２３は、表示器２２から射出された画像光を凹面鏡２４に導くものであり、凹面鏡２４は平面鏡から入射された画像光をケース２１に固定されたレンズ２５を介して表示部４０に導くものである。本実施形態では、表示器２２の画像光射出面から凹面鏡２４の画像光反射面までの画像光の光路長は８０〜１００ｍｍになっている。
【００２６】
また、凹面鏡２４は、表示器２２の液晶パネルに表示される画像の画像サイズを拡大する拡大鏡である。このような凹面鏡２４の拡大率は、例えば２〜６倍であり、後述するレンズ２５の拡大率に応じて決定される。
【００２７】
レンズ２５は、光の屈折作用を利用して入射される画像を拡大・縮小する透明体である。このようなレンズ２５に、両凸レンズ、平凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズがあり、本実施形態では両凸レンズが採用される。両凸レンズの拡大率は例えば２倍であり、この２倍の拡大率を有するレンズ２５を採用した場合、上記凹面鏡２４の拡大率は２倍とされる。これにより、本実施形態では、表示器２２から射出される画像の画像サイズは４倍に拡大されることとなる。
【００２８】
また、レンズ２５は、図２に示されるように、ケース２１の端面２１ａに設けられた開口部分に固定される。つまり、レンズ２５は、ケース２１内に塵やほこりが入り込まないようにするための防塵機能も果たす。
【００２９】
なお、両凹レンズまたは平凹レンズが採用された場合、凹面鏡２４の拡大率は例えば６倍とされる。また、両凹レンズまたは平凹レンズは、画像の揺れによる歪みを補正する機能を有している。これにより、ドライバの視線移動によって起こる表示画像の揺れを抑制することができる。
【００３０】
保持部材３０は、画像投影器２０を台座１０に押さえつけるバネ状のものである。この保持部材３０は、例えば金属板がプレス加工されて形成された環状の円板形状をなしており、その円板の外周部分が台座１０の表面に固定されて一体となっている。そして、円板の中空部分、すなわち窓部からケース２１に取り付けられたレンズ２５を露出させた状態で画像投影器２０を台座１０に支持するのである。
【００３１】
一方、保持部材３０の中空円形状の内周部分は、台座１０のケース１１に設置された画像投影器２０の球面を、バネの弾性力によって台座１０方向に押さえつけている。これにより、画像投影器２０は台座１０の軸受け１１に設置された複数の小球１２と上記保持部材３０とで挟まれた状態になっているため、画像投影器２０は台座１０から外れることなくその姿勢を自由に変更できるようになっている。
【００３２】
表示部４０は、画像投影器２０から射出される画像光を結像させて画像として表示するものであり、フロントウィンドシールドＷＳの内表面に設けられる画像表示領域（いわゆるコンバイナ）である。限定するものではないが、フロントウィンドシールドＷＳの表示部４０には、例えば車速やナビゲーション（矢印、交差点の形状、交差点までの距離）等の車両情報が表示される。以上が、車両用ヘッドアップディスプレイの構成である。
【００３３】
次に、車両用ヘッドアップディスプレイの組立方法について説明する。まず、画像投影器２０の外形となる二分割された半球状のケース２１を用意する。この二分割された半球状のケース２１の内部空洞内に、表示器２２、平面鏡２３、凹面鏡２４、レンズ２５を図２に示されるように所望の位置に固定する。そして、各半球状のケース２１の開口部分を互いに合わせて一体とすることで図２に示される画像投影器２０が完成する。
【００３４】
続いて、台座１０を用意すると共に、画像投影器２０を支えるための小球１２が固定された軸受け１１を台座１０に設置する。そして、上記画像投影器２０においてレンズ２５が軸受け１１の以外の場所に位置するように画像投影器２０を軸受け１１に挿入する。このとき、あらかじめ台座１０、軸受け１１に設けられた穴に配線を通しておき、この配線を画像投影器２０に設けられたコネクタ等に接続することで、表示器２２に画像信号を入力できるようにする。
【００３５】
この後、台座１０に保持部材３０を設置する。具体的には、中空円形状の保持部材３０において、その中空円形状の中空部分に画像投影器２０の端面２１ａ部分が挿入されると共に、中空円形状の内周部分が画像投影器２０の球面を押さえつける。このような状態で、中空円形状の外周部分を台座１０の表面に接着固定する。これにより、保持部材３０の弾性力で画像投影器２０が軸受け１１から外れてしまうことを防止できると共に、画像投影器２０の姿勢を自由に変更することができる。こうして、図１に示される車両用ヘッドアップディスプレイが完成する。
【００３６】
こうして組み立てた車両用ヘッドアップディスプレイにおいて、台座１０を車室内の所望の場所に固定し、フロントウィンドシールドＷＳに画像が表示されるようにケース２１の姿勢を調整する。このようにして、車両用ヘッドアップディスプレイの設置が完了する。
【００３７】
次に、車両用ヘッドアップディスプレイの作動について説明する。まず、画像投影器２０において表示器２２の光源から光が発せられるとその光が液晶パネルに照射され、液晶パネルに表示された画像の画像光が表示器２２の画像光射出窓から射出される。そして、表示器２２から射出された画像光は、平面鏡２３にて反射されると共に凹面鏡２４に入射される。この後、凹面鏡２４に入射した画像は、凹面鏡２４にて拡大反射されると共に、ケース２１の端面２１ａに固定されたレンズ２５を介して車室に射出される。
【００３８】
ここで、画像投影器２０のケース２１内において、画像の画像光の光路は、以下のようになっている。すなわち、表示器２２から射出される画像光は、平面鏡２３にて折り返されて表示器２２の隣に位置する凹面鏡２４に入射する。そして、凹面鏡２４で反射した画像光は、表示器２２と平面鏡２３との間の光路と交差し、レンズ２５に入射する。
【００３９】
一般に、異なる方向に進む光が任意の場所で交差しても光の干渉は起こらない。したがって、上述のように、表示器２２から平面鏡２３に射出される画像光に凹面鏡２４を反射した画像光が交差しても、それぞれの画像光に干渉は起こらない。このように、画像投影器２０のケース２１内において、画像光を平面鏡２３および凹面鏡２４にてそれぞれ折り返す配置とし、ケース２１内で画像光を交差させる。これにより、画像投影器２０のケース２１の外形サイズを縮小させることができる。
【００４０】
一方、画像光の光路長を縮小するに伴い、画像の画像サイズの拡大を図るため、凹面鏡２４およびレンズ２５を用いている。このように、画像の画像サイズの拡大率を凹面鏡２４およびレンズ２５にそれぞれ分散させることで、上記のような光路長の縮小を図ることができるのである。
【００４１】
以上のようにしてレンズ２５から車室に射出された画像の画像光は、フロントウィンドシールドＷＳの内表面上に結像される。この際、凹面鏡２４において液晶パネルの画像が虚像として形成され、この虚像がフロントウィンドシールドＷＳの内表面上に結像される。このようにしてフロントウィンドシールドＷＳの表示部４０に画像が表示される。
【００４２】
本実施形態では、上述のように、台座１０が車室内の任意の場所に取り付け可能になっているため、ユーザが自由に取り付け場所を選択することができる。また、画像投影器２０の外形が球形状になっていると共に、保持部材３０によって台座１０に押さえつけられているため、画像投影器２０の姿勢を自由に変更できるようになっている。これにより、ドライバは、ドライバはフロントウィンドシールドＷＳにおいて任意の場所を表示部４０とすることができ、その表示部４０に表示される画像を視認できるようになっている。
【００４３】
以上、説明したように、本実施形態では、球形状のケース２１を台座１０に収納すると共に、ケース２１の姿勢を変えてケース２１のレンズ２５から射出される画像の画像光を表示部２００に導いている。これにより、車両用ヘッドアップディスプレイを車室内の任意の場所に設置できる形態とすることができる。
【００４４】
また、画像投影器１００の外形をなすケース２１が球形状であって、そのケース２１を保持する軸受け１１が球形状になっているため、ケース２１の姿勢を自由に変更することができる。これにより、ケース２１のレンズ２５から射出される画像の画像光をフロントウィンドシールドＷＳの表示部４０に導くことができ、表示部４０に画像を表示させることができる。この際、ケース２１は複数の小球１２を介して軸受け１１に設置されている。つまり、小球１２とケース２１の側面とが点接触となるため、ケース２１の姿勢をスムーズに変更することができる。
【００４５】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、台座１０の軸受け１１に固定された３つの小球１２で画像投影器２０を保持していたが、ベアリングで画像投影器２０を支持するようにしても良い。このような場合、小球１２と同様に、軸受け１１に複数のベアリングを設け、これら複数のベアリングで画像投影器２０を保持することとなる。このようにベアリングを採用しても、スムーズに画像投影器２０を回転させることができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、画像投影器２０のケース２１の外形を球形状としているが、この形状は球に限定するものではない。すなわち、ケース２１を例えば円柱形状としても良い。このような場合、円柱形状の側面に小球１２やベアリングが接するように台座１０および軸受け１１を用意すれば良い。
【００４７】
上記第１実施形態では、配線を介して外部ＥＣＵから表示器２２の液晶パネルに画像信号を出力するようにしているが、配線を用いずに、外部ＥＣＵから表示器２２に無線で信号を送信するようにしても良い。このような場合、外部ＥＣＵおよび表示器２２内にそれぞれ信号送受信機を備え付けることで実現可能である。このように、無線で画像信号を表示器２２に送信することにより、配線の設置等の煩わしさを無くすことができる。
【００４８】
上記第１実施形態では、一例として車両用ヘッドアップディスプレイをインストルメントパネルの上部に設置しているが、この設置場所はインストルメントパネル以外の場所であっても良い。例えば、車室の天井、ピラー、ドアの内張等に設置しても構わない。
【００４９】
また、本実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイにおいて、その設置場所が車両の車室内に限定されることはなく、ユーザが車両以外の任意の場所で使用することも可能である。
【００５０】
台座１０においては、第１実施形態では例えば箱形をなしているが、この台座１０の形状はどんな形状であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両用ヘッドアップディスプレイの概略構成図である。
【図２】図１に示される画像投影器の全体斜視図である。
【図３】従来の車両用ヘッドアップディスプレイの概略図であり、（ａ）は画像投影器の上視図、（ｂ）は車両用ヘッドアップディスプレイの使用時における模式図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０…台座、１１…軸受け、１２…小球、２０…画像投影器、２１…ケース、
２２…表示器、２３…平面鏡、２４…凹面鏡、２５…レンズ、３０…保持部材、
４０…表示部、ＷＳ…フロントウィンドシールド。
【図１】
2006205955.tif 000003
【図２】
2006205955.tif 000004
【図３】
2006205955.tif 000005