特許 6883991 ヘッドアップディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6883991

(24)【登録日】2021年5月13日

(45)【発行日】2021年6月9日

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20210531BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20210531BHJP

   G02F 1/19 20190101ALI20210531BHJP

   G02F 1/153 20060101ALI20210531BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/01

   B60K35/00 A

   G02F1/19

   G02F1/153

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-4118(P2017-4118)

(22)【出願日】2017年1月13日

(65)【公開番号】特開2018-112693(P2018-112693A)

(43)【公開日】2018年7月19日

【審査請求日】2019年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000101732

【氏名又は名称】アルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100099748

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 克志

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(72)【発明者】

【氏名】安本 貴史

【審査官】 堀部 修平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−００４１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７９９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１４６２７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２５１５４０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／００

Ｇ０２Ｆ １／１５ − １／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表示器と、当該表示器によって投影された画像を表示させる表示面と、上記表示器からの出射光を反射させて上記表示面へと導く反射鏡とを備え、
上記反射鏡は、第１の電極面と、当該第１の電極面から離間した位置にある第２の電極面とを有し、上記第１の電極面および上記第２の電極面に印加する電圧の制御により、上記第１の電極面と上記第２の電極面の双方を選択的に鏡面状態にすることが可能な電子デバイスにより構成されることを特徴とするヘッドアップディスプレイ。

【請求項2】

上記反射鏡は、上記表示器からの出射光を反射させる平面鏡と、当該平面鏡での反射光を更に反射させる凹面鏡とを含み、上記平面鏡および上記凹面鏡の少なくとも一方を上記電子デバイスにより構成したことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

上記電子デバイスを複数重ねて配置し、何れか一の電子デバイスに対して選択的に電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

上記第１の電極面および上記第２の電極面をそれぞれｎ個に分割してｎ組の分割電極面を構成するとともに、上記電子デバイスを複数重ねて配置し、何れか一の電子デバイスが持つｎ組の分割電極面のうち何れか１組に対して選択的に電圧を印加するとともに、上記一の電子デバイスとは異なる他の電子デバイスが持つｎ組の分割電極面のうち何れか１組に対して選択的に電圧を印加することを特徴とする請求項１または２に記載の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に関し、特に、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイに用いて好適なものである。

【背景技術】

【0002】

近年、運転者の視線移動を最少とし、運転中に必要な情報を見やすく表示するためのヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）の普及が進んでいる。このヘッドアップディスプレイに各種情報（例えば、車速、進行方向、制限速度等）を示す画像を表示することにより、運転者は、視線を前方から逸らさずに各種情報を視認することができる。

【0003】

ヘッドアップディスプレイは主に、フロントウインドウを表示面として用いるウインドシールド方式と、コンバイナと呼ばれる半透明のスクリーンを表示面として用いるコンバイナ方式とに分けられる。

【0004】

ウインドシールド方式のヘッドアップディスプレイは、ダッシュボード内の表示器から出射された表示画像を、凹面鏡で反射させた後、ダッシュボードの上面に形成された開口部から出射させて、運転席の前方のフロントウインドウに照射するようになっている。一方、コンバイナ方式のヘッドアップディスプレイは、運転席の前方に設置された凹面構造のコンバイナに対し、当該コンバイナと対面する位置に設置された表示器から表示画像を照射するようになっている。

【0005】

運転者は、フロントウインドウまたはコンバイナの表示面にて反射された画像があたかも表示面よりも前方に拡大して表示されているかの如く、その画像の虚像を視認できるようになっている。最近では、従来の近視点表示（虚像距離：約２〜３ｍ）に加え、遠視点表示（虚像距離：８ｍ以上）の要求が高まっている。例えば、近視点表示と遠視点表示との遠近切替表示や、２層表示（例えば、表示面の上半分を遠視点表示とし、下半分を近視点表示とする）の要求がある。

【0006】

従来、遠視点表示を行うことを可能にしたヘッドアップディスプレイが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、光学系の光路を長くすることにより、虚像をより遠方に表示できるようにしている（段落[００１１]参照）。また、特許文献２に記載のヘッドアップディスプレイは、表示器や凹面鏡を物理的に移動させることにより、光路長を調整できるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１３−４７６９８号公報

【特許文献2】特開平６−１１５３８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、光路を長くする分だけ光学ユニットの容積が大きくなり、ヘッドアップディスプレイを小型化することができない。そのため、車両のダッシュボード内にヘッドアップディスプレイを収納することが困難という問題があった。

【0009】

また、上記特許文献２に記載の技術では、表示器や凹面鏡を物理的に移動させるために、大型のモータやギアが必要になり、ヘッドアップディスプレイを小型化することができないという問題があった。また、モータやギアを稼動するときにノイズ音が出る、表示がガタつくなどの問題もあった。さらに、モータやギアを稼動するのに時間がかかるため、虚像距離を変えるのに時間がかかるという問題もあった。

【0010】

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、小型の装置構成で遠視点表示を実現できるようにすることを目的とする。また、本発明は、ノイズ音や表示のガタつきを生じることなく短時間で近視点表示と遠視点表示との切り替えを行うことができるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記した課題を解決するために、本発明では、表示器と、当該表示器によって投影された画像を表示させる表示面と、表示器からの出射光を反射させて表示面へと導く反射鏡とを備えたヘッドアップディスプレイにおいて、反射鏡は、第１の電極面と、当該第１の電極面から離間した位置にある第２の電極面とを有し、第１の電極面および第２の電極面に印加する電圧の制御により、第１の電極面と第２の電極面の双方を選択的に鏡面状態にすることが可能な電子デバイスにより構成するようにしている。

【発明の効果】

【0012】

上記のように構成した本発明によれば、表示器から表示面までの光路中に配置される反射鏡に用いられる電子デバイスへの印加電圧を制御することにより、反射位置を電気的に変えて、光路長を可変とすることができる。これにより、光路長が長くなるように制御することにより、虚像距離を長くして遠視点表示を行うことができる。また、光路長が短くなるように制御すれば、虚像距離を短くして近視点表示を行うことができる。以上により、本発明によれば、物理的に光路長を長くする必要がないので、装置の小型化を図ることができる。また、物理的な移動機構がないので、ノイズ音や表示のガタつきを生じることもなく、短時間で近視点表示と遠視点表示との切り替えを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態によるヘッドアップディスプレイの全体構成例を示す図である。

【図2】本実施形態によるエレクトロデポジションデバイスの構造を示す概略的な断面図である。

【図3】本実施形態によるエレクトロデポジションデバイスの電極に電圧を印加した場合に起こる作用を説明するための図である。

【図4】本実施形態のエレクトロデポジションデバイスにより平面鏡を構成した場合の動作例を示す図である。

【図5】複数のエレクトロデポジションデバイスを用いて平面鏡を構成した場合の例を示す図である。

【図6】エレクトロデポジションデバイスの電極を分割して独立制御する場合の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態によるヘッドアップディスプレイの全体構成例を示す図である。本実施形態のヘッドアップディスプレイは、車両に搭載されるものであり、各種情報を運転席の前方のフロントウインドウ２００の表示面２１に表示するウインドシールド方式のヘッドアップディスプレイである。

【0015】

図１に示すように、車両のダッシュボードに配置される光学ユニット１００は、表示器１１、平面鏡１２、凹面鏡１３および出射窓１４を備えて構成されている。表示器１１からの出射光は、平面鏡１２と拡大光学系である凹面鏡１３とで反射され、出射窓１４を通って、フロントウインドウ２００上の表示面２１で運転者に向けて反射される。運転者にとっては、フロントウインドウ２００の前方に表示の虚像３００が視認される。

【0016】

表示器１１は、表示対象の画像を投影する。表示器１１としては、例えば、レーザプロジェクタ、液晶ディスプレイ等が用いられる。平面鏡１２および凹面鏡１３は、特許請求の範囲の反射鏡に相当するものであり、表示器１１からの出射光を反射させてフロントウインドウ２００の表示面２１へと導く。平面鏡１２は、表示器１１からの出射光を反射させる。凹面鏡１３は、平面鏡１２での反射光を更に反射させる。

【0017】

表示面２１は、表示器１１から投影された表示画像の光が平面鏡１２および凹面鏡１３での反射を介して照射されることにより、当該表示器１１によって投影された画像を表示させる。運転者は、表示面２１に表示された画像があたかもフロントウインドウ２００よりも前方に拡大して表示されているかの如く、その表示画像の虚像３００を視認することができる。

【0018】

本実施形態では、平面鏡１２および凹面鏡１３の少なくとも一方を、以下に述べるエレクトロデポジションデバイス（特許請求の範囲の電子デバイスの一例）により構成している。エレクトロデポジションデバイスは、第１の電極面と、当該第１の電極面から離間した位置にある第２の電極面とを有し、第１の電極面および第２の電極面に印加する電圧の制御により、第１の電極面または第２の電極面の何れか一方を選択的に鏡面状態にすることが可能な電子デバイスである。

【0019】

図２は、エレクトロデポジションデバイス３０の構造を示す概略的な断面図である。図２に示すように、エレクトロデポジションデバイス３０は、上側透明基板３２ａおよび上側透明電極３３ａ（第１の電極面）から成る上側基板３１ａと、下側透明基板３２ｂおよび下側透明電極３３ｂ（第２の電極面）から成る下側基板３１ｂと、両電極３３ａ，３３ｂの間にある電解質層３４とにより構成される。上側基板３１ａと下側基板３１ｂは、略平行に離間して対向配置され、その間に電解質層３４が配置される。上側透明電極３３ａおよび下側透明電極３３ｂは、表面が平滑な面から成る電極である。なお、このエレクトロデポジションデバイス３０の具体的な製造方法については、例えば特開２０１５−５５８０５号に記載されている。

【0020】

このように構成したエレクトロデポジションデバイス３０は、上側透明電極３３ａと下側透明電極３３ｂとの間に直流電圧を印加して駆動する。図３は、電極３３ａ，３３ｂに電圧を印加した場合に起こる作用を説明するための図である。一例として、図３に示すように、上側透明電極３３ａをアースして陰極とし、下側透明電極３３ｂに直流電圧を印加して陽極とすると、エレクトロデポジション材料に含まれるＡｇが、陰極となる上側透明電極３３ａ上に析出し、銀の薄膜を形成する。銀薄膜は鏡面として作用し、エレクトロデポジションデバイス３０に入射する光を正反射する。上側透明電極３３ａに析出した銀薄膜は、印加電圧の解除により時間の経過とともに、上側透明電極３３ａ上から消失する。

【0021】

これとは逆に、下側透明電極３３ｂをアースして陰極とし、上側透明電極３３ａに直流電圧を印加して陽極とすると、エレクトロデポジション材料に含まれるＡｇが下側透明電極３３ｂ上に析出し、銀の薄膜を形成する。なお、電極３３ａ，３３ｂに電圧が印加されていないときは、両電極３３ａ，３３ｂ上にＡｇが析出していない。このため、エレクトロデポジションデバイス３０に入射する光は、両電極３３ａ，３３ｂを透過する。このように、エレクトロデポジションデバイス３０は、直流電圧の印加／無印加により、ミラー状態（反射状態）と透明状態とを可換的に実現するミラーデバイスである。

【0022】

図４は、上記のエレクトロデポジションデバイス３０により平面鏡１２を構成した場合の動作例を示す図である。図４に示すように、エレクトロデポジションデバイス３０により構成される平面鏡１２は、表示器１１からの出射光を反射して凹面鏡１３へと導く角度に設置されている。

【0023】

図４（ａ）は、下側透明電極３３ｂが陰極となるように電圧を印加した場合の光路を示している。この場合、表示器１１からの出射光は、下側透明電極３３ｂで反射して、凹面鏡１３へと導かれる。一方、図４（ｂ）は、上側透明電極３３ａが陰極となるように電圧を印加した場合の光路を示している。この場合、表示器１１からの出射光は、下側透明電極３３ｂよりも表示器１１から遠い上側透明電極３３ａで反射して、凹面鏡１３へと導かれる。

【0024】

このように、下側透明電極３３ｂを陰極とする図４（ａ）の場合と、上側透明電極３３ａを陰極とする図４（ｂ）の場合とで光路長が変わる。虚像３００までの距離が短い近視点表示を行う場合は、図４（ａ）のように下側透明電極３３ｂを陰極として光路長が短くなるようにする。一方、虚像３００までの距離が長い遠視点表示を行う場合は、図４（ｂ）のように上側透明電極３３ａを陰極として光路長が長くなるようにする。

【0025】

平面鏡１２にエレクトロデポジションデバイス３０を用いた場合、光路長を２ｃｍ変えると、虚像距離は約３〜４ｍ変わる（凹面鏡１３の仕様によって多少の差がある）。なお、近視点と遠視点の虚像距離の変化量は上側透明電極３３ａと下側透明電極３３ｂとの間隔によって定まるが、電圧印加時のショート防止の目的も含めて最低１ｃｍ程度は空ける必要がある。これにより、上側透明電極３３ａと下側透明電極３３ｂとのどちらを陰極とするかによって、近視点表示と遠視点表示との遠近切替表示を実現することができる。

【0026】

図５は、複数（一例として３つ）のエレクトロデポジションデバイス３０_-1〜３０_-3を用いて平面鏡１２を構成した場合の例を示す図である。図５に示すように、３つのエレクトロデポジションデバイス３０_-1〜３０_-3を重ねて配置し、何れか一のエレクトロデポジションデバイスに対して選択的に電圧を印加するようにしてもよい。

【0027】

図５の例では、真中のエレクトロデポジションデバイス３０_-2に対して、下側透明電極３３ｂが陰極となるように電圧を印加した状態を示している。この状態では、一番下のエレクトロデポジションデバイス３０_-3に対しては電圧が印加されていないので、その両電極３３ａ，３３ｂは透明状態となる。よって、表示器１１からの出射光は、一番下のエレクトロデポジションデバイス３０_-3を透過する。そして、透過した光は、ミラー状態とされた真中のエレクトロデポジションデバイス３０_-2の下側透明電極３３ｂで反射し、凹面鏡１３へと導かれる。

【0028】

図５のように構成した場合、一番下のエレクトロデポジションデバイス３０_-3に対して、下側透明電極３３ｂが陰極となるように電圧を印加すると、光路長が最も短くなる。一方、一番上のエレクトロデポジションデバイス３０_-1に対して、上側透明電極３３ａが陰極となるように電圧を印加すると、光路長が最も長くなる。このようすれば、最大の光路長差を大きくすることができ、虚像距離をかなり長くした遠視点表示を実現することができる。また、３つのエレクトロデポジションデバイス３０_-1〜３０_-3を用いた場合には６種類の光路長を設定することができるので、近視点表示と遠視点表示との２つのみの切り替えではなく、６段階の遠近切替表示を行うことができる。

【0029】

図６は、エレクトロデポジションデバイス３０の電極を分割して独立制御する場合の構成例を示す図である。図６に示すように、複数のエレクトロデポジションデバイス３０_-1〜３０_-3を重ねて配置し、１つ１つのエレクトロデポジションデバイスについて、上側透明電極３３ａおよび下側透明電極３３ｂをそれぞれｎ個（図６の例では２個）に分割してｎ組の分割電極面を構成する。そして、何れか一のエレクトロデポジションデバイスが持つｎ組の分割電極面のうち何れか１組に対して選択的に電圧を印加するとともに、それとは異なる他のエレクトロデポジションデバイスが持つｎ組の分割電極面のうち何れか１組に対して選択的に電圧を印加するようにしてもよい。

【0030】

すなわち、上側透明電極３３ａを２個の分割電極面３３ａ_-L，３３ａ_-Rに分割するとともに、下側透明電極３３ｂも２個の分割電極面３３ｂ_-L，３３ｂ_-Rに分割する。このように構成した場合、一方の組の分割電極面３３ａ_-L，３３ｂ_-Lに対して、上側分割電極面３３ａ_-Lまたは下側分割電極面３３ｂ_-Lの何れかが陰極となるように電圧を印加することが可能である。または、他方の組の分割電極面３３ａ_-R，３３ｂ_-Rに対して、上側分割電極面３３ａ_-Rまたは下側分割電極面３３ｂ_-Rの何れかが陰極となるように電圧を印加することが可能である。

【0031】

図６の例では、一番上のエレクトロデポジションデバイス３０_-1における一方の組の分割電極面３３ａ_-L，３３ｂ_-Lに対して、上側分割電極面３３ａ_-Lが陰極となるように電圧を印加するとともに、一番下のエレクトロデポジションデバイス３０_-3における他方の組の分割電極面３３ａ_-R，３３ｂ_-Rに対して、下側透明電極３３ｂ_-Rが陰極となるように電圧を印加した状態を示している。この場合、一番上のエレクトロデポジションデバイス３０_-1を経由する光路によって遠視点表示が実現されると同時に、一番下のエレクトロデポジションデバイス３０_-3を経由する光路によって近視点表示が実現される。つまり、表示面２１の上半分を遠視点表示とし、下半分を近視点表示とする２層表示を実現することができる。

【0032】

なお、図６の電圧印加状態は、遠視点表示の光路長と近視点表示の光路長との差が最も大きくなる場合を示したものである。他の組み合わせで電圧を印加することにより、遠視点表示と近視点表示の虚像距離の組み合わせを様々に変えることが可能である。ここで、一方の組の分割電極面３３ａ_-L，３３ｂ_-Lと、他方の組の分割電極面３３ａ_-R，３３ｂ_-Rとを組み合わせて電圧印加することは必須ではない。例えば、図６の例において、一番下のエレクトロデポジションデバイス３０_-3についても、一方の組の分割電極面３３ａ_-L，３３ｂ_-Lに対して電圧を印加することが可能である。

【0033】

以上詳しく説明したように、本実施形態では、表示器１１と、当該表示器１１によって投影された画像を表示させる表示面２１と、表示器１１からの出射光を反射させて表示面２１へと導く平面鏡１２および凹面鏡１３とを備えたヘッドアップディスプレイにおいて、平面鏡１２および凹面鏡１３の少なくとも一方をエレクトロデポジションデバイス３０により構成している。

【0034】

このように構成した本実施形態によれば、エレクトロデポジションデバイス３０への印加電圧を制御することにより、反射位置を電気的に変えて、光路長を可変とすることができる。これにより、光路長が長くなるように制御することにより、虚像距離を長くして遠視点表示を行うことができる。また、光路長が短くなるように制御すれば、虚像距離を短くして近視点表示を行うことができる。

【0035】

以上により、本実施形態によれば、例えば表示器１１と平面鏡１２との間、平面鏡１２と凹面鏡１３との間などの光路長を物理的に長くする必要がないので、光学ユニット１００の小型化を図ることができる。また、物理的な移動機構がないので、近視点表示と遠視点表示とを切り替える際にノイズ音や表示のガタつきを生じることもなく、短時間で近視点表示と遠視点表示との切り替えを行うことができる。

【0036】

また、本実施形態によれば、エレクトロデポジションデバイス３０は電圧を印加しないときに透明状態になるので、次のような副次的な効果を得ることもできる。すなわち、駐車中の逆光路で表示器１１へのダメージを回避することができる。そのため、表示器１１へのダメージを回避するための出射窓１４の開閉機構が不要となる。また、表示器１１へのダメージを回避するための平面鏡１２や凹面鏡１３の可動機構が不要となる。また、凹面鏡１３の可動範囲を小さくすることができ、位置の分解能を上げることができるため、表示の上下位置を細かく調整することができる。

【0037】

なお、上記実施形態では、ウインドシールド方式のヘッドアップディスプレイを例にとって説明したが、コンバイナ方式のヘッドアップディスプレイにも同様の本発明を適用することが可能である。

【0038】

その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0039】

１１ 表示器
１２ 平面鏡（反射鏡）
１３ 凹面鏡（反射鏡）
１４ 出射窓
２１ 表示面
３０ エレクトロデポジションデバイス（電子デバイス）
３３ａ 上側透明電極（第１の電極面）
３３ｂ 下側透明電極（第２の電極面）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】