(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
光源、前記光源から出射される光を画像情報に基づいて空間変調する空間変調部、及び、前記空間変調された画像光を、乗り物の内装部品を内蔵する部材に設けられた開口部を通して前記乗り物における投写面に投写する投写部を含み、前記部材の内部において回転可能に支持される筐体と、
前記筐体を回転駆動する回転駆動部と、
前記開口部の開口面の周縁と前記筐体における前記画像光の出射面の周縁とを連結する筒状の伸縮部材と、を備える投写型表示装置。
【背景技術】
【0002】
自動車、電車、船舶、重機、航空機、又は、農作用機械等の乗り物内において、ウインドシールド、又は、ウインドシールドの付近に配置されるコンバイナをスクリーンとして用い、これに光を投写して画像を表示させる乗り物用のHUD(Head−up Display)が知られている。このHUDによれば、HUDから投写された光に基づく画像を、スクリーン上で実像として、又は、スクリーン前方において虚像として、運転者に視認させることができる。
【0003】
HUDには、光の投写範囲が固定されるだけではなく、例えば上下方向に移動できるものがある(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。
【0004】
特許文献1には、自動車のダッシュボードに内蔵されたHUDが開示されている。このHUDは、ダッシュボードの開口部に固定された取付用枠と、表示デバイス及び投写光学系を内蔵するケースと、取付用枠とケースを連結する伸縮性の連結部材と、を備える。
【0005】
このHUDは、ダッシュボード内においてケースが回転可能に支持されており、ケースの回転によって、光の投写範囲を変えることができる。このHUDによれば、ケースが回転する場合でも、上記の連結部材によってケースと取付用枠の間に隙間が生じないため、ケース内部への埃等の侵入を防ぐことができる。なお、特許文献1には、取付用枠の内側にケースが配置され、取付用枠とケースとの間を埋める形で連結部材が設けられる構成についても開示されている。
【0006】
特許文献2には、自動車のダッシュボードに内蔵されたHUDが開示されている。このHUDは、表示デバイスからの光をウインドシールドに反射させるための凹面鏡が回転可能とされ、凹面鏡の回転によって光の投写範囲を変えている。また、このHUDは、凹面鏡を支持する金属部材が蛇腹状になっており、この蛇腹部分によってHUDに加わる衝撃を吸収することできる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0016】
図1は、本発明の投写型表示装置の一実施形態であるHUD100の概略構成を示す図である。
図2は、
図1に示すHUD100の拡大図である。
図3は、
図1に示すHUD100の外観を模式的に示す外観斜視図である。
【0017】
HUD100は、自動車1に搭載され、自動車1のウインドシールド2の一部の範囲を投写面とし、投写面に投写される画像光により、自動車1の運転者によって虚像又は実像を視認可能にするものである。
図1のHUD100は、自動車以外に、電車、重機、建機、航空機、船舶、又は、農作機械等の乗り物に搭載して用いることができる。
【0018】
HUD100は、ダッシュボード3に内蔵されている。ダッシュボード3は、自動車1のスピードメータ、タコメータ、燃料計、水温計、又は、距離計等の走行に必要な情報を通知するための計器類等を含む内装部品を内蔵する部材である。
【0019】
ダッシュボード3には開口部30が形成されている。
図1の例では、開口部30は、ダッシュボード3に形成された孔部とこの孔部に嵌め込まれた樹脂又はガラス等の透明部材とにより構成されている。なお、この透明部材は必須ではなく、開口部30は、ダッシュボード3に開けられた孔部そのものであってもよい。
【0020】
HUD100は、ダッシュボード3内において回転可能に支持された筐体7と、筐体7とダッシュボード3の開口部30との間に設けられた筒状の伸縮部材9と、を備える。
【0021】
筐体7は、光源及びこの光源から出射される光を画像情報に基づいて空間変調する空間変調部を含む制御ユニット4と、空間変調部により空間変調された画像光をウインドシールド2に投写する投写部を構成する拡散部材5及び凹面鏡6と、を収容する箱状の部材である。
【0022】
拡散部材5は、制御ユニット4の空間変調部により空間変調された画像光を拡散させて面光源化する部材である。拡散部材5は、表面に微細構造を有するマイクロミラーアレイ、拡散ミラー、又は、反射ホログラフィクディフューザー等が用いられる。
【0023】
凹面鏡6は、拡散部材5で拡散された画像光を拡大して反射する。
【0024】
筐体7の上面には、凹面鏡6により反射された画像光を筐体7から出射させるための出射窓8が形成されている。
【0025】
出射窓8は、
図1及び
図2の例では、筐体7に形成された孔部とこの孔部に嵌め込まれた樹脂又はガラス等の透明部材とにより構成されている。なお、この透明部材は必須ではなく、出射窓8は、筐体7に形成された孔部そのものであってもよい。
【0026】
出射窓8における画像光の出射方向の2つの端面(出射窓8の開口面)のうち、筐体7の外側の端面8A(
図2及び
図3参照)は画像光の出射面を構成する。端面8Aは、ここでは
図3に示すように矩形状としているが、円状等の任意の形状であればよい。端面8Aから出射された画像光は、伸縮部材9の中空部91を通過してダッシュボード3の開口部30に到達し、開口部30から出射されてウインドシールド2に投写される。
【0027】
ウインドシールド2には、投写された画像光が運転者の眼Eの方向に反射するような加工がなされおり、この画像光はウインドシールド2で反射して運転者の眼Eに入射される。これにより、運転者は画像光に基づく虚像又は実像を視認可能となる。
【0028】
HUD100は、乗り物内において、ウインドシールド2に対して画像光を投写する構成であるが、ウインドシールド2の付近に配置されるコンバイナに画像光を投写する構成であってもよい。この場合は、コンバイナが投写面を構成する。
【0029】
筐体7は、端面8Aから出射された画像光のウインドシールド2に対する投写位置を変更するために、ダッシュボード3内において回転可能に支持されている。
【0030】
具体的には、
図3に示すように、筐体7の側面には、端面8Aに水平な方向Xに伸びる回転軸Jが設けられている。この回転軸Jは、ダッシュボード3内に固定された図示しないモータ等のアクチュエータによって支持され、かつ、回転駆動される。
【0031】
回転軸Jが回転駆動されることにより、筐体7は回転軸Jの周りに回転する。これにより、ウインドシールド2において重力方向における画像光の投写位置が変更可能となる。つまり、筐体7は、重力方向における画像光の投写位置を変更可能に、ダッシュボード3の内部において回転可能に支持されている。
【0032】
図2及び
図3に示すように、伸縮部材9は、端面8Aの周縁と、開口部30の開口面のうちの筐体7側の開口面30Aの周縁とを連結する筒状の伸縮自在な部材である。
【0033】
伸縮部材9は、筐体7側から荷重が加えられた場合にこの荷重に応じて縮み、筐体7側に向かって引っ張られた場合に、この引っ張り力に応じて伸びる。例えば、
図2に示す状態から筐体7が回転軸Jの周りに反時計回りに最大角度回転すると、
図4に示す状態となる。また、
図2に示す状態から筐体7が回転軸Jの周りに時計回りに最大角度回転すると、
図5に示す状態となる。
【0034】
伸縮部材9は、ゴム膜、蛇腹、又は、スポンジ等の構造又は材料により構成される。
図1及び
図2は、蛇腹構造の伸縮部材9が用いられた例を示している。
【0035】
筐体7は、回転軸Jの周りに回転可能な角度範囲が予め決められている。そして、伸縮部材9の中空部91は、筐体7がこの角度範囲内において回転されたどの状態であっても、端面8Aから出射された画像光が遮られることなく開口部30から出射可能となる形状に設計される。
【0036】
また、HUD100では、
図2及び
図3に示した開口面30Aに垂直な方向Yに見た平面視において、端面8Aの面積と、開口面30Aの面積とが異なっている。具体的には、開口面30Aの面積は、端面8Aの面積よりも大きくなっている。また、この平面視において、端面8Aの全体が、開口面30Aによって覆われている。
【0037】
この結果、端面8Aの周縁上の任意の点及び開口面30Aの周縁上の任意の点を最短距離で結ぶ直線によって形成される面と、開口面30A及び端面8Aとで形成される立体92の形状は、
図3に示すように、筐体7側から開口部30側に向かって広がるテーパー形状となっている。なお、
図2、
図4、及び、
図5に示した中空部91内の一点鎖線は、この立体92の側面の線を示している。伸縮部材9は、少なくとも上記の立体92と同じ空間を中空部として有している。
【0038】
なお、立体92がテーパー形状となるのは、端面8Aの面積と、開口面30Aの面積とが異なっているためである。このため、方向Yの平面視において、端面8A全体が開口面30Aによって覆われていなくても、立体92の形状をテーパー形状にすることは可能である。
【0039】
図6は、
図1に示すHUD100の制御ユニット4の内部構成例を示す模式図である。
【0040】
図6に示すように、HUD100の制御ユニット4は、光源ユニット40と、光変調素子44と、光変調素子44を駆動する駆動部45と、HUD100全体を統括制御するシステム制御部47と、上記の回転軸Jを駆動するアクチュエータ10と、を備える。アクチュエータ10は回転駆動部を構成する。
【0041】
光源ユニット40は、光源制御部46と、赤色光を出射する赤色光源であるR光源41rと、緑色光を出射する緑色光源であるG光源41gと、青色光を出射する青色光源であるB光源41bと、ダイクロイックプリズム43と、R光源41rとダイクロイックプリズム43の間に設けられたコリメータレンズ42rと、G光源41gとダイクロイックプリズム43の間に設けられたコリメータレンズ42gと、B光源41bとダイクロイックプリズム43の間に設けられたコリメータレンズ42bと、を備えている。R光源41rとG光源41gとB光源41bはHUD100の光源を構成する。
【0042】
ダイクロイックプリズム43は、R光源41r、G光源41g、及びB光源41bの各々から出射される光を同一光路に導くための光学部材である。ダイクロイックプリズム43は、コリメータレンズ42rによって平行光化された赤色光を透過させて光変調素子44に出射する。また、ダイクロイックプリズム43は、コリメータレンズ42gによって平行光化された緑色光を反射させて光変調素子44に出射する。さらに、ダイクロイックプリズム43は、コリメータレンズ42bによって平行光化された青色光を反射させて光変調素子44に出射する。光を同一光路に導く機能を持つ光学部材としては、ダイクロイックプリズムに限らない。例えば、クロスダイクロイックミラーを用いてもよい。
【0043】
R光源41r、G光源41g、及びB光源41bは、それぞれ、レーザ又はLED(Light Emitting Diode)等の発光素子が用いられる。本実施形態では、R光源41rとG光源41gとB光源41bの3つの光源を含むHUDを例にするが、この光源の数は1つ、2つ、又は4つ以上であってもよい。
【0044】
光源制御部46は、R光源41r、G光源41g、及びB光源41bの各々の発光量を予め決められた発光量パターンに設定し、この発光量パターンに従ってR光源41r、G光源41g、及びB光源41bから光を順次出射させる制御を行う。
【0045】
光変調素子44は、R光源41r、G光源41g、及びB光源41bから出射され、ダイクロイックプリズム43から出射された光を、システム制御部47により入力される画像情報に基づいて空間変調する空間変調部を構成する。
【0046】
光変調素子44としては、例えば、LCOS(Liquid crystal on silicon)、DMD(Digital Micromirror Device)、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子、又は、液晶表示素子等を用いることができる。
【0047】
駆動部45は、システム制御部47から入力される画像情報にしたがって光変調素子44を駆動し、画像情報に応じた光(赤色画像光、青色画像光、及び緑色画像光)を光変調素子44から拡散部材5に出射させる。
【0048】
システム制御部47は、光源制御部46及び駆動部45を制御して、画像情報に基づいて空間変調された画像光を拡散部材5に出射させる。また、システム制御部47は、アクチュエータ10を制御して、筐体7を回転軸Jの周りに回転させる。
【0049】
以上のように構成されたHUD100では、システム制御部47の制御によって筐体7が回転されると、この回転に伴って伸縮部材9が伸縮することによって、画像光の光路が確保される。これにより、画像光が遮られることなく開口部30から出射され、ウインドシールド2によって反射されて、画像光に基づく虚像又は実像が運転者から視認される。
【0050】
このように、HUD100によれば、開口部30の開口面30Aの周縁と筐体7の端面8Aの周縁とが伸縮部材9によって直接連結される構成である。この構成により、画像光が通る空間の形状を筐体7の回転に応じて変形することができる。このため、HUD100を構成する構成要素によって画像光が遮られるのを容易に防ぐことができ、画像光のケラレ対策に要するコストを削減することができる。また、画像光のケラレを避けるために筐体7の回転範囲を制限する必要がない。また、光学系の設計が複雑になることもない。
【0051】
特許文献1に記載のHUDは、画像光が通る経路に、必ず、ダッシュボードに固定された枠が存在する。このため、画像光が通る経路全体を筐体の回転に応じて変形させることはできない。これに対し、HUD100は、画像光が通る経路全体を筐体の回転に応じて変形させることができるため、画像光のケラレを容易に防ぐことができる。
【0052】
また、ダッシュボード3内の空間に制約がある場合でも、画像光の投写範囲を狭くする等の対応が不要となり、表示性能を向上させることができる。また、ダッシュボード3と筐体7の間に伸縮部材9が介在することによって、開口部30から筐体7が観察されにくくなり、自動車1のデザイン性を向上させることができる。
【0053】
また、HUD100は、伸縮部材9がテーパー形状の中空部を有する構成である。この構成によれば、筐体7の回転角度範囲を大きくすることが可能となるため、表示性能を向上させることができる。また、ダッシュボード3の外から開口部30に光が入射してきた場合に、上記のテーパー形状によって、この光が直進する可能性を減らすことができる。このため、外光による表示品位の低下を防ぐことができる。
【0054】
また、HUD100は、方向Yに見た平面視において、端面8A全体が開口面30Aによって覆われる構成である。この構成によれば、筐体7の回転角度範囲を大きくすることが可能となるため、表示性能を向上させることができる。
【0055】
なお、HUD100の伸縮部材9の内側面(中空部と接触している面)には、光の反射を防止する反射防止部が形成されていることが好ましい。反射防止部としては、黒色インクが塗布された部材等の光を吸収する部材、又は、凹凸を有し凹凸によって光の反射を防止する部材等を用いることができる。この構成によれば、伸縮部材9の内側面において外光の反射を防止することができる。したがって、表示性能を向上させることができる。
【0056】
また、HUD100の伸縮部材9は、筐体7側から受ける荷重に対する伸縮性よりも、開口部30側から受ける荷重に対する伸縮性が小さいものを用いることが好ましい。伸縮性とは、部材に荷重が加えられたときに、この荷重の加わる方向にどれだけ部材が伸び縮みするかを示す特性である。部材に対して荷重が加えられたときに、この部材が荷重の加えられている方向に伸びる量及び縮む量が大きいほど、この部材の伸縮性は大きい。
【0057】
自動車1のダッシュボード3は、自動車1の乗員によって物又は体の一部が置かれる等して荷重を受けやすい。上記のように、開口部30側から受ける荷重に対する伸縮性を小さくしておくことで、このような外部からの衝撃による筐体7の位置ずれを防止することができ、表示性能を向上させることができる。
【0058】
HUD100の筐体7は、自動車1の進行方向及び重力方向に垂直な水平方向における画像光の投写位置を変更可能に、ダッシュボード3の内部において回転可能に支持されていてもよい。この構成においても、筐体7の回転に伴って伸縮部材9が伸縮することで画像光のケラレを防止することができる。
【0059】
図7は、
図1に示すHUD100の変形例を示す図であり、
図2に対応する図である。
図7に示すHUDは、端面8Aと開口面30Aの面積が同じであり、上記の立体の形状が円柱状になる構成である。この構成であっても、画像光のケラレを防止する効果を得ることができる。
【0060】
以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【0061】
開示された投写型表示装置は、光源、上記光源から出射される光を画像情報に基づいて空間変調する空間変調部、及び、上記空間変調された画像光を、乗り物の内装部品を内蔵する部材に設けられた開口部を通して上記乗り物における投写面に投写する投写部を含み、上記部材の内部において回転可能に支持される筐体と、上記筐体を回転駆動する回転駆動部と、上記開口部の開口面の周縁と上記筐体における上記画像光の出射面の周縁とを連結する筒状の伸縮部材と、を備えるものである。
【0062】
開示された投写型表示装置は、上記開口部の開口面に垂直な方向の平面視において、上記開口部の開口面の面積と上記出射面の面積は異なっているものである。
【0063】
開示された投写型表示装置は、上記開口部の開口面の面積は上記出射面の面積よりも大きいものである。
【0064】
開示された投写型表示装置は、上記平面視において、上記開口部の開口面は上記出射面の全体を覆っているものである。
【0065】
開示された投写型表示装置は、上記伸縮部材は、上記開口部の開口面の周縁上の任意の点と、上記出射面の周縁上の任意の点とを最短距離で結ぶ直線により形成される面と、上記開口部の開口面と、上記出射面とで形成される空間を中空部として有し、上記中空部は、上記筐体側から上記開口部側に向かって広がるテーパー形状であるものである。
【0066】
開示された投写型表示装置は、上記伸縮部材は、上記筐体側から受ける荷重に対する伸縮性よりも、上記開口部側から受ける荷重に対する伸縮性が小さいものである。
【0067】
開示された投写型表示装置は、上記伸縮部材の内側面には、光の反射を防止する反射防止部が形成されているものである。