特許 7457909 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】

(24)【登録日】2024-03-21

(45)【発行日】2024-03-29

(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 20060101AFI20240322BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20240322BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60K35/23

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023020535

(22)【出願日】2023-02-14

(62)【分割の表示】P 2021210099の分割

【原出願日】2018-04-26

(65)【公開番号】P2023057116

(43)【公開日】2023-04-20

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】飯田 泰行

(72)【発明者】

【氏名】金子 文吉

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 正雄

(72)【発明者】

【氏名】古澤 宏幸

(72)【発明者】

【氏名】鶴丸 俊郎

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 達也

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 航

【審査官】井亀 諭

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０５８２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６８６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２８２１０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２５０１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１９４８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０６５１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０３０７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１０２９８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】独国特許出願公開第１０２００４００（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両（１０）のフロントガラス（１３）に前記車両（１０）の速度を表す画像光（L）を出射し、前記フロントガラス（１３）に前記画像光（L）の虚像（V）を表示するヘッドアップディスプレイ（１）であって、
照明光を発する光源（２１）と、
前記照明光によって背面が照らされて前記画像光（Ｌ）を前面から発する表示パネル（２２）と、
前記画像光（Ｌ）が通過する第１開口（９１）を有し前記表示パネル（２２）の前面側を枠状に覆うパッキン（９０）と、
前記第１開口（９１）を通過した前記画像光（Ｌ）が通過する第２開口（７１）を有し前記パッキン（９０）の前面側を枠状に覆う前面側遮光部材（７０）と、を備え、
前記表示パネル（２２）は、前記虚像（Ｖ）として前記車両の運転者に前記車両の速度が歪まない状態で視認させるために歪ませた歪画像を表示し前記歪画像から前記画像光（Ｌ）を発する歪画像表示領域（２５）を有し、
前記歪画像表示領域（２５）の外周形状、前記第１開口（９１）の形状、及び、前記第２開口（７１）の形状は、弧状の縁を有する四角形状である、
ヘッドアップディスプレイ。

【請求項2】

前記第１開口（９１）及び前記第２開口（７１）の開口面積は、前記画像光（Ｌ）の進行方向に沿って前記表示パネル（２２）から遠ざかるほど徐々に大きい、
請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記照明光が通過する第３開口（７９）を有し前記表示パネル（２２）の背面側を枠状に覆う背面側遮光部材（７８）を備える、
請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記表示パネル（２２）及び前記パッキン（９０）は、前記前面側遮光部材（７０）と前記背面側遮光部材（７８）に挟持される、
請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記表示パネル（２２）の背面側に設けられ、前記前面側遮光部材（７０）と前記背面側遮光部材（７８）に挟持される拡散板（８０）を備える、
請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項6】

前記パッキン（９０）の前面側に設けられ、前記前面側遮光部材（７０）と前記背面側遮光部材（７８）に挟持されるホットミラー（２３）を備える、
請求項４または請求項５のいずれか１項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、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

ヘッドアップディスプレイは、表示画像を表示するための表示装置を有している。この表示装置は、例えば、表示パネル、及び表示パネル側へ照射する外光の一部を吸収するホットミラーを有している。ホットミラーは、表示パネルとの接触を緩衝するため、パッキンを介して表示パネルの前方に配置されている。パッキンには、表示パネルを露出させる開口が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１７４８５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ヘッドアップディスプレイに対して、大きな表示画像を表示することが求められた場合、表示パネルの表示領域を大きくすることが考えられる。表示領域を大きくした場合、パッキンの開口も表示領域に合わせて大きくする必要がある。しかしながら、パッキンの開口を必要以上に拡げると表示パネルの端面が外光を反射してしまい、この反射光が運転者の目に届く虞がある。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、大きな表示領域を確保しつつ、表示パネルにおける外光の反射を低減できる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】

【0006】

本発明に係るヘッドアップディスプレイは、上述した課題を解決するために、以下の構成を備える。
車両（１０）のフロントガラス（１３）に前記車両（１０）の速度を表す画像光（L）を出射し、前記フロントガラス（１３）に前記画像光（L）の虚像（V）を表示するヘッドアップディスプレイ（１）であって、
照明光を発する光源（２１）と、
前記照明光によって背面が照らされて前記画像光（Ｌ）を前面から発する表示パネル（２２）と、
前記画像光（Ｌ）が通過する第１開口（９１）を有し前記表示パネル（２２）の前面側を枠状に覆うパッキン（９０）と、
前記第１開口（９１）を通過した前記画像光（Ｌ）が通過する第２開口（７１）を有し前記パッキン（９０）の前面側を枠状に覆う前面側遮光部材（７０）と、を備え、
前記表示パネル（２２）は、前記虚像（Ｖ）として前記車両の運転者に前記車両の速度が歪まない状態で視認させるために歪ませた歪画像を表示し前記歪画像から前記画像光（Ｌ）を発する歪画像表示領域（２５）を有し、
前記歪画像表示領域（２５）の外周形状、前記第１開口（９１）の形状、及び、前記第２開口（７１）の形状は、弧状の縁を有する四角形状である。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係るヘッドアップディスプレイにおいては、大きな表示領域を確保しつつ、表示パネルにおける外光の反射を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態を示す概略図。

【図2】ヘッドアップディスプレイの断面図。

【図3】表示パネルユニットを説明する分解斜視図。

【図4】表示パネルユニットの正面図。

【図5】（ａ）は図４のV－V線に沿う断面図、（ｂ）は図５（ａ）のホルダ側支持突起及びパッキン側支持突起周辺の拡大図。

【図6】図４のVI－VI線に沿う断面図。

【図7】ホルダを背面側から見た構成図。

【図8】ホットミラーパッキンを前面側から見た構成図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係るヘッドアップディスプレイは、例えば自動車やオートバイなどの車両や、船舶などに搭載される。本実施形態においては、本発明に係るヘッドアップディスプレイが自動車に搭載される例を用いて説明する。

【0010】

図１は、本発明に係るヘッドアップディスプレイの実施形態を示す概略図である。
図２は、ヘッドアップディスプレイ１の断面図である。

【0011】

ヘッドアップディスプレイ１（ＨＵＤ１）は、車両１０のインストルメントパネル１１内部に配置されている。ＨＵＤ１は、表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス１３で車両１０の運転者（視認者）１４の方向に反射させ、虚像Ｖを表示する。すなわち、ＨＵＤ１は、表示装置２０から発せられる表示光Ｌをフロントガラス１３に出射する。ＨＵＤ１は、この出射によって得られた表示像（虚像）Ｖを運転者１４に視認させる。これにより、運転者１４は、風景と重畳された虚像Ｖを観察することができる。

【0012】

図２に示すように、ＨＵＤ１は、表示光Ｌを発する表示装置２０と、平面鏡３０と、凹面鏡４０と、ケース５０と、から主に構成されている。

【0013】

表示装置２０は、光源２１と、表示パネル２２と、ホットミラー２３（光学部材の一例）と、を主に有している。光源２１は、配線基板２４に実装された発光ダイオードである。表示パネル２２は、ＴＦＴ型の液晶表示素子である。表示パネル２２は、光源２１からの照明光を透過して表示光Ｌ（表示画像）を形成するように、光源２１の前方側（図示真上）に配置されている。すなわち、光源２１は、表示パネル２２の背面側（図示直下）に配置され、表示パネル２２は、光源２１から発せられる光により、所定の情報（例えば車両１０の速度やエンジン回転数）を表示する。ホットミラー２３は、表示パネル２２に表示された表示光Ｌを透過し、かつ赤外線を反射（及び吸収）する。ホットミラー２３は、表示パネル２２の前面側に配置されている。

【0014】

表示装置２０は、表示光Ｌの出射側の面が平面鏡３０に対向し、表示光Ｌの光軸が平面鏡３０に交わるような位置や向きによって固定され保持されている。

【0015】

平面鏡３０は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着等により基材の表面に形成された反射膜と、を有している。平面鏡３０は、表示装置２０から出力された表示光Ｌを凹面鏡４０に向けて反射させる。

【0016】

凹面鏡４０は、例えば合成樹脂材料からなる基材と、蒸着等により基材の表面に形成された反射膜と、を有している。凹面鏡４０は、平面鏡３０で反射した表示光Ｌをフロントガラス１３に向けて反射する。凹面鏡４０は、拡大鏡としての機能を有し、表示光Ｌに係る表示画像を拡大してフロントガラス１３へ反射する。これにより、運転者１４は、表示画像が拡大された虚像Ｖを視認する。

【0017】

ケース５０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材料からなり、略箱型形状に形成されている。ケース５０は、空間部５１と、開口窓部５２と、この開口窓部５２に配置される透光性カバー５３と、を有している。空間部５１は、ケース５０の内部空間であり、表示装置２０、平面鏡３０、及び凹面鏡４０を保持して収容する。開口窓部５２は、凹面鏡４０における凹面鏡４０の配置位置の上部（フロントガラス１３側）に設けられた開口である。透光性カバー５３は、アクリル樹脂等の透光性の合成樹脂材料からなり、湾曲形状（曲面形状）に形成されている。

【0018】

次に、表示装置２０の表示パネル２２及びホットミラー２３の支持構造について詳細に説明する。

【0019】

図３は、表示パネルユニット６０を説明する分解斜視図である。
図４は表示パネルユニット６０の正面図である。
図５（ａ）は図４のV－V線に沿う断面図、（ｂ）は図５（ａ）のホルダ側支持突起７５ａ及びパッキン側支持突起９５ａ周辺の拡大図である。
図６は、図４のVI－VI線に沿う断面図である。
図７は、ホルダ７０を背面側から見た構成図である。
図８は、ホットミラーパッキン９０を前面側から見た構成図である。

【0020】

以下の説明において、「前面側」は図３における左側、図４における手前側を意味する。「背面側」は、図３における右側、図４における奥側を意味する。また、「上」は、図３及び図４における上方を意味する。「下」は、図３及び図４における下方を意味する。

【0021】

表示パネルユニット６０は、表示パネル２２と、ホットミラー２３と、ホルダ７０と、カバー７８と、ホットミラーパッキン９０と、拡散板８０と、を有している。表示パネルユニット６０は、ホルダ７０及びカバー７８により形成される空間に、表示パネル２２、ホットミラー２３、及び拡散板８０を一体に収容した構成部品（ユニット）である。表示パネルユニット６０は、ホットミラー２３、表示パネル２２、及び拡散板８０の順に、これら部品を前面側から背面側に向う方向（ホルダ７０からカバー７８に向う方向）に収容している。

【0022】

ホルダ７０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材料からなり、ホットミラー２３及びホットミラーパッキン９０と共に表示パネル２２を支持する。ホルダ７０は、ホルダ側開口７１と、Ｌ字リブ７４と、ホルダ側支持突起７５ａ、７５ｂ、７５ｃと、を有している。

【0023】

ホルダ側開口７１は、周縁部７２により形成されており、ホットミラー２３を露出する。この周縁部７２は、上縁７２ａと、下縁７２ｂと、を有している。ホルダ側開口７１（の形状）は、後述するパッキン側開口９１と略同一形状を有している。すなわち、ホルダ７０は、上縁７２ａを下縁７２ｂ側に向って凸となる円弧状に形成する円弧部７３を有している。ホルダ７０は、ホルダ側開口７１の開口面積が、表示光Ｌの進行方向（ホルダ７０の背面から前面の方向）に沿って徐々に大きくなるテーパー状になるように、ホルダ側開口７１を形成している。ホルダ側開口７１は、パッキン側開口９１と略同一形状であるため、ホットミラー２３を確実に覆い、不用意に露出させることがない。このため、ホルダ７０は、ホットミラー２３の端面２３ａを運転者１４に視認させてしまうことを防止することができる。

【0024】

Ｌ字リブ７４は、ホルダ７０の背面であって、ホットミラー２３の四隅が配置される箇所に設けられている。Ｌ字リブ７４は、表示光Ｌと直交する面内においてホットミラー２３を支持する。

【0025】

ホルダ側支持突起７５ａ、７５ｂ、７５ｃ（区別しない場合は、単にホルダ側支持突起７５という。）は、ホルダ７０の背面であって、Ｌ字リブ７４の内側に設けられている。ホルダ側支持突起７５は、表示光Ｌの進行方向にホットミラー２３を支持するため、ホットミラー２３と接触（点接触）する突起である。ホルダ側支持突起７５ａは、上縁７２ａ側の円弧部７３であって、上縁７２ａの幅方向において、最も下縁７２ｂ側に向って凸となる箇所７６ａに設けられている。ホルダ側支持突起７５ｂ、７５ｃは、下縁７２ｂ側であって、下縁７２ｂの幅方向において、両端７６ｂ、７６ｃ（Ｌ字リブ７４）に近い位置にそれぞれ設けられている。

【0026】

カバー７８は、ホルダ７０の背面側からホルダ７０に嵌め合わされ固定されることにより、ホルダ７０内にホットミラー２３、ホットミラーパッキン９０、表示パネル２２、及び拡散板８０を固定し、保持する。カバー７８は、例えば、黒色の遮光性合成樹脂材料からなる。カバー７８は、光源２１の光の光路となる、略四角形のカバー側開口７９を有している。

【0027】

ホットミラーパッキン９０は、ホットミラー２３の背面側で、表示パネル２２とホットミラー２３との接触を緩衝しつつ、ホットミラー２３を支持している。ホットミラーパッキン９０は、例えばエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）からなる、黒色の部材である。ホットミラーパッキン９０は、パッキン側開口９１と、支持枠９４と、３つのパッキン側支持突起９５ａ、９５ｂ、９５ｃと、を有している。

【0028】

パッキン側開口９１は、周縁部９２により形成されており、表示パネル２２を露出する。パッキン側開口９１は、表示パネル２２の表示領域２５（図４）と略同一形状を有する。周縁部９２は、上縁９２ａと、下縁９２ｂと、を有している。パッキン側開口９１は、表示パネル２２の端面２２ａが外光を反射して、この反射光が運転者１４に視認されてしまうことを低減するよう、表示パネル２２の表示領域２５より外側が確実に覆われることにより端面２２ａを覆うように形成されている。

【0029】

支持枠９４は、パッキン側開口９１の周縁部９２に設けられており、ホットミラー２３を支持する部分である。具体的には、支持枠９４は、ホルダ７０のＬ字リブ７４により表示光Ｌと直交する面内において支持されたホットミラー２３を、ホットミラー２３の背面側から挟み込むことにより支持する。支持枠９４は、上縁９２ａを下縁９２ｂ側に向って凸となる円弧状に形成する円弧部９３を有している。

【0030】

パッキン側支持突起９５ａ、９５ｂ、９５ｃ（区別しない場合は、単にパッキン側支持突起９５という。）は、支持枠９４に設けられており、表示光Ｌの進行方向にホットミラー２３を支持するため、ホットミラー２３と接触（点接触）する突起である。パッキン側支持突起９５ａは、上縁９２ａ側の円弧部９３であって、上縁９２ａの幅方向において、最も下縁９２ｂ側に向って凸となる箇所９６ａに設けられている。パッキン側支持突起９５ｂ、９５ｃは、下縁９２ｂ側であって、下縁９２ｂの幅方向において、両端９６ｂ、９６ｃに近い位置にそれぞれ設けられている。パッキン側支持突起９５ａが上縁９２ａ側の支持枠９４において最も枠幅が広い位置に設けられることで、製造性を向上させることができる。また、パッキン側支持突起９５ａが上縁９２ａの幅方向中心に設けられることで、パッキン側支持突起９５ｂ、９５ｃと共にバランスよくホットミラー２３が支持される。

【0031】

ホルダ側支持突起７５及びパッキン側支持突起９５は、それぞれホットミラー２３を介して対向する位置に設けられ、ホットミラー２３を挟み込むことにより支持している。例えば、図５（ｂ）に示すように、ホルダ側支持突起７５ａ及びパッキン側支持突起９５ａはホットミラー２３を介して対向する位置で、ホットミラー２３を挟み込むことにより支持している。ホルダ側支持突起７５及びパッキン側支持突起９５は、表示光Ｌの進行方向にホットミラー２３を支持するため、少なくとも３つ設けられていればよい。また、少なくとも１つのホルダ側支持突起７５（ホルダ側支持突起７５ａ）及びパッキン側支持突起９５（パッキン側支持突起９５ａ）が、円弧部７３、９３に設けられていればよい。

【0032】

拡散板８０は、例えば、拡散材料が含有された透明又は半透明の透光（透過）性のポリカーボネート樹脂からなり、半透明の乳白色である。拡散板８０は、光源２１の光を拡散し透過させる。

【0033】

このような表示パネルユニット６０を有するＨＵＤ１は、ＨＵＤ１の装置全体の寸法や、表示パネルユニット６０と他の構成部品との配置との関係で、表示パネルユニット６０（表示パネル２２）の外形を大きくすることなく表示パネル２２の表示領域２５を大きくするよう、要求される場合がある。表示領域２５を大きくするためには、表示パネル２２の表示光Ｌを通過させるパッキン側開口９１を大きくすることも求められる。しかし、表示パネルユニット６０の外形を大きくすることなくパッキン側開口９１を大きくすると、ホットミラーパッキン９０におけるホットミラー２３を支持する構造を設けるスペースを確保することが困難になってしまう。

【0034】

ここで、ＨＵＤ１は、運転者１４に歪まず適切な虚像Ｖを視認させるため、表示パネル２２に表示する表示画像（表示光Ｌ）の上縁を下縁側に向って凸となるよう、円弧状に歪ませて表示させている。この歪んだ表示画像は、平面鏡３０、凹面鏡４０及びフロントガラス１３を反射及び透過することにより、最終的に歪まず適切な虚像Ｖとして運転者１４に視認されている。

【0035】

仮に、パッキン側開口９１の形状を直線的な四辺を有する四角形にする場合、パッキン側開口９１の形状は、表示画像の四隅を結ぶ直線に対応する形状となる。すなわち、表示画像の上縁が円弧状に形成された結果、表示画像が形成されず表示光Ｌを通過させる必要のない下に凸の円弧部分にまでパッキン側開口９１は形成されることになる。

【0036】

そこで、本実施形態におけるＨＵＤ１は、パッキン側開口９１の形状を直線的な四辺を有する四角形にすることなく、この表示画像の外形（表示領域２５）に併せて上縁９２ａ側に円弧部９３を有する形状とした。これにより、表示画像を大きくし、パッキン側開口９１の寸法を大きくした場合であっても、円弧部９３にホットミラー２３を支持する構造であるパッキン側支持突起９５ａを設けることができる。ゆえに、ＨＵＤ１は、大きな表示領域２５を確保しつつ、ホットミラー２３を確実に保持することができる。

【0037】

また、パッキン側開口９１の形状を、表示パネル２２の表示領域２５と略同一形状とした。これにより、ＨＵＤ１は、パッキン側開口９１を必要以上に広げることなく表示パネル２２の端面２２ａにおける外光の反射を低減することができる。また、光源２１からの照明光が表示パネル２２の端面２２ａで反射し、この反射光が運転者１４の目に届く虞のないＨＵＤ１を提供することができる。

【0038】

また、パッキン側開口９１の開口を広げたことに伴い支持枠９４の幅が小さくなり、周縁部９２とホットミラー２３の端面２３ａとの距離が近くなってしまう。これに対し、ホルダ７０のホルダ側開口７１の形状をパッキン側開口９１と略同一形状とし、確実にホットミラー２３の端面２３ａを遮蔽した。これにより、ＨＵＤ１は、ホットミラー２３の端面２３ａが運転者１４から視認されることを防止することができる。

【0039】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0040】

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
１０ 車両
１３ フロントガラス
１４ 運転者
２０ 表示装置
２１ 光源
２２ 表示パネル
２２ａ 端面
２３ ホットミラー
２３ａ 端面
２４ 配線基板
２５ 表示領域
３０ 平面鏡
４０ 凹面鏡
５０ ケース
５１ 空間部
５２ 開口窓部
５３ 透光性カバー
６０ 表示パネルユニット
７０ ホルダ
７１ ホルダ側開口
７２ 周縁部
７２ａ 上縁
７２ｂ 下縁
７３ 円弧部
７４ Ｌ字リブ
７５、７５ａ、７５ｂ、７５ｃ ホルダ側支持突起
７６ａ 箇所
７６ｂ、７６ｃ 両端
７８ カバー
７９ カバー側開口
８０ 拡散板
９０ ホットミラーパッキン
９１ パッキン側開口
９２ 周縁部
９２ａ 上縁
９２ｂ 下縁
９３ 円弧部
９４ 支持枠
９５、９５ａ、９５ｂ、９５ｃ パッキン側支持突起
９６ａ 箇所
９６ｂ、９６ｃ 両端
Ｌ 表示光
Ｖ 虚像

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】