JP6769481B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、太陽光を考慮したヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両の運転者は、フロントガラスを通して前方を注視すると共に、インストルメントパネル上の計器類を目視しながら運転を実施する。すなわち、視線が前方と下方の計器類とへ移動する。前方を見たままで、計器類を見ることができれば、視線の移動がなく、運転性の向上が期待できる。この知見からヘッドアップディスプレイ装置が開発され、実用に供されるようになってきた（例えば、特許文献１（図１）参照）。

特許文献１の図１に示されるように、ＨＵＤ表示器（２）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）から上へ出射された画像光線は、フロントガラス（５）の内面に当たり、反射され運転者の前方に結像される（特許文献１、段落番号［００１２］）。不使用時は、シャッタ（４）で光路を遮断することで、外光（太陽光）がＨＵＤ表示器（２）に到達しないようにする。これで、ＨＵＤ表示器（２）の損傷を防止することができる（特許文献１、段落番号［０００６］）。

シャッタ（４）及びこのシャッタ（４）を駆動する駆動手段が必要であるため、ヘッドアップディスプレイ装置が高価になると共に大型になる。その上、不使用時でないとき、すなわち運転中は、シャッタ（４）が開いているため、このときには太陽光の入射を防ぐことができない。運転中を含め、常時、太陽光の入射を防ぐことができる構造が求められる。

そこで、本発明者らは、先に、シャッタを用いることなく太陽光対策を講じたヘッドアップディスプレイ装置を提案した（例えば、特許文献２（図１）参照）。
特許文献２の図１に示されるように、光路に反射型偏光フィルム（２１）（括弧付き数字は、特許文献２に記載された符号を示す。以下同様）を介在させる。反射型偏光フィルム（２１）の存在により、太陽光（ｂ）が入射しても液晶シェル（１６）の温度は上昇しない（特許文献２、段落番号［００１３］）。なお、反射型偏光フィルム（２１）はガラス基板（２２）の上面に貼着されている。

特許文献２によれば、常時、太陽光対策を講じることができる。
なお、平面反射鏡（２３）及び凹面反射鏡（２４）は、従来、樹脂成形品又は無機ガラスがベースとされる。樹脂成形品の場合は、射出成形後に、突き出しピンで成形品が突き出される。この際、ピン跡が、不可避的に成形品に残る。従来から、ピン跡は、成形品の外周部に残し、この外周部をベゼルと称する額縁状の部材で覆うようにしてきた。

樹脂成形品と無機ガラスの何れにおいても、反射面に金属を蒸着する際に、樹脂成形品又は無機ガラスの外周部を掴む必要がある。樹脂成形品又は無機ガラスの外周部に、不可避的に掴み跡が残る。ベゼルであれば、掴み跡を覆って隠すことができる。
このような理由で、ベゼルがヘッドアップディスプレイ装置に採用されることがある。

ところで、凹面反射鏡（２４）は太陽光等の外光を収束させる作用を発揮する。収束させるとエネルギー密度が高まり、凹面反射鏡（２４）等に比較して高温になる個所が生じる。
ベゼルが外光により高温になる個所近傍に設けられる場合は、凹面反射鏡（２４）等よりも耐熱温度が高い材料で構成する必要が生じる。
耐熱温度が高い材料は、低い材料に比較して高価であり、加工コストも嵩む。

ベゼルの材料コスト及び加工コストが嵩むと、ヘッドアップディスプレイ装置が高価になる。以下、材料コストと加工コストの和を調達コストと記す。
しかし、ヘッドアップディスプレイ装置のコストダウンが求められる中、ベゼルの調達コストを抑えることができる構造のヘッドアップディスプレイ装置が望まれる。

特開２００３−２３７４１１号公報 特許第４１１４１９４号公報

本発明は、ベゼルの調達コストを抑えることができる構造のヘッドアップディスプレイ装置を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、第１ミラーと、第２ミラーと、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを収納するケースとを備え、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間にクロス光路が形成されるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１ミラーは、前記第２ミラーからの外光を受ける位置に配置され、
前記ケースは、前記第２ミラー側から見て前記第１ミラーの外周部を覆う額縁状のベゼル部を一体に備え、
前記第１ミラーは、反射面の裏側を覆うミラーホルダで支持され、このミラーホルダが前記ケースに連結されることで前記第１ミラーが前記ケースに取り付けられており、
前記ミラーホルダは、前記ベゼル部よりも耐熱温度が低い樹脂材料で構成されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、ケースは、一般部と、この一般部より熱伝導率が高い又は耐熱温度が高い材料で形成される特別部とを有し、ベゼル部は、特別部に一体に設けられていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、ベゼル部には、第２ミラーからの外光が当たる部位に、外光の反射を弱める又は阻止する反射防止部が設けられていることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、ケースは、第２ミラーを支えるセンターフレームと、このセンターフレームの上に取り付けられベゼル部を一体的に備えると共に第１ミラーを支える上カバーと、センターフレームの下に取り付けられる下カバーとからなることを特徴とする。

請求項５に係る発明では、上カバーは、金属材料で構成されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明では、上カバーは、金属部と樹脂部とで構成され、ベゼル部は金属部に形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ケースにベゼル部を一体形成する。
ケース（特に第２ミラーからの外光に晒される部位）は、耐熱温度が高い材料で構成される。このようなケースを一部変形させることで、ケースにベゼル部を一体形成するようにした。ベゼル部はケースと同様に耐熱温度が高い材料で構成される。

ベゼルを耐熱温度が高い別部品で構成すると、ベゼルの調達コストが嵩むが、本発明のようにケースを一部変形するだけでベゼル部を一体形成するようにすれば、ベゼル部の調達コストは下げることができる。
よって、本発明によれば、ベゼルの調達コストを抑えることができる構造のヘッドアップディスプレイ装置が提供される。

請求項２に係る発明では、ケースは、一般部と、この一般部より熱伝導率が高い又は耐熱温度が高い材料で形成される特別部とを有し、ベゼル部は、特別部に一体に設けられている。一般部は特別部より安価な材料とすることができ、ケースの材料コストを下げることができる。

請求項３に係る発明では、ベゼル部には、第２ミラーからの外光が当たる部位に、外光の反射を弱める又は阻止する反射防止部が設けられている。反射防止部で反射を弱める又は阻止するため、反射光が第２ミラーへ戻る心配がない。戻ったとしても実害は発生しない程度に弱められている。

請求項４に係る発明では、ケースは、第２ミラーを支えるセンターフレームと、このセンターフレームの上に取り付けられベゼル部を一体的に備えると共に第１ミラーを支える上カバーと、センターフレームの下に取り付けられる下カバーとからなる。
ケースをセンターフレームと上カバーと下カバーとで構成することにより、センターフレームと上カバーと下カバーとを構成する材料を異ならせることができる。特に、下カバーは耐熱温度が低い安価な樹脂材料とすることができる。結果、ケースの材料コストを下げることができる。

請求項５に係る発明では、上カバーは、金属材料で構成されている。金属材料は樹脂材料に比較して耐熱温度が格段に高い。ベゼル部も金属材料で構成され十分な耐熱性能を有する。上カバーが全体的に金属材料であれば、材料コストは嵩むが加工コストは下げることができる。

請求項６に係る発明では、上カバーは、ベゼル部を含む金属部と樹脂部とで構成される。樹脂部は金属部に比較して安価であるため、上カバーの材料コストを下げることができる。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図兼作用図である。 外光の作用を説明する図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の分解図である。 第１ミラーの詳細図である。 上カバーの変更例を示す図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

先ず、図１でヘッドアップディスプレイ装置１０の基本構成と基本作用を説明し、図２で外光の作用を説明し、図３及び図４でヘッドアップディスプレイ装置１０の詳細な構造を説明する。
図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置１０は、第１ミラー１１と、第２ミラー１２と、第１ミラー１１及び第２ミラー１２を収納するケース３０とを備えている。このケース３０には、光源１３、表示器１４、基板１５も収納される。第１ミラー１１と第２ミラー１２との間にはクロス光路が形成される。

さらには、第１ミラー１１は、凹面鏡であり、反射光１７を第２ミラー１２に到達する前に上下でクロスさせる曲率（半径の逆数）を有し、第２ミラー１２は、凹面鏡であり、受けた反射光１７を反射する役割を果たす。すなわち、第１ミラー１１は、第１ミラー１１と第２ミラー１２との間に第１ミラー１１の焦点が位置するような曲率を有している。換言すれば、第１ミラー１１から第２ミラー１２までの距離は、第１ミラー１１の焦点距離よりも長く設定されている。このように、第１ミラー１１及び第２ミラー１２の曲率及び位置関係により両者の間でクロス光路が形成される。

ヘッドアップディスプレイ装置１０において、光源１３の上に配置された表示器１４から表示光１６が出射され、この表示光１６は第１ミラー１１で反射される。反射された反射光１７は、クロス点１８で交叉した後に第２ミラー１２で反射され車両のフロントガラス１９に至る。

図２（ａ）に示すように、外部発光源（例えば太陽。図右側の光源）２１からの外光（例えば太陽光）２２は、ケース３０の反射光１７の出射口２３に対する外部発光源２１の角度が小さい場合（太陽の高度が低い場合）は、フロントガラス１９を貫通してケース３０内に入射し、第２ミラー１２で反射され、第１遮蔽部３１で遮断される。
また、外光２２は、ケース３０の反射光１７の出射口２３に対する外部発光源２１の角度が大きい場合（太陽の高度が高い場合）は、フロントガラス１９を貫通してケース３０内に入射し、第２ミラー１２で反射され、第２遮光部３２で遮断される。第１遮蔽部３１と第２遮蔽部３２が光路を狭めるようにクロス点（図１、符号１８）の近傍まで延びている。
外部発光源２１の大部分の角度（太陽の高度）において、外光２２が第１遮蔽部３１と第２遮蔽部３２とで遮断されるため、第１ミラー１１の温度上昇は軽減される。

なお、図２（ｂ）に示すように、外光２２が、ケース３０の反射光１７の出射口２３に対する外部発光源２１の角度が所定の角度である場合（太陽の高度が所定の値である場合）は、フロントガラス１９を貫通してケース３０内に入射し、第２ミラー１２で反射され、収束しながら第１遮光部３１と第２遮光部３２との間を通過して第１ミラー１１近傍でクロスする。

第１ミラー１１と第２ミラー１２との間にクロス光路が形成されるヘッドアップディスプレイ装置１０においては、第１ミラー１１の外周部を覆う額縁状のベゼル部３３は他の部位（一般部）に比較して、外光２２の集光により温度が上昇する場合がある。なお、外部発光源２１は太陽の他、外部照明であってもよい。

図３に示すように、ケース３０は、例えば、第２ミラー１２、光源１３及び表示器１４を支えるセンターフレーム３５と、このセンターフレーム３５の上に配置されベゼル部３３を一体的に備えると共に第１ミラー１１を支える上カバー３６と、センターフレーム３５の下に配置され基板１５を支える下カバー３７とからなる。センターフレーム３５に上カバー３６及び下カバー３７をボルト３４で締結する。なお、締結法はボルトの他、ビス、クリップ、接着剤でもよい。

センターフレーム３５は、ヘッドアップディスプレイ装置１０の骨格であり、強度が要求される。材料は樹脂、金属の何れも採用できるが、強度及び耐熱温度の点では金属が望まれる。
金属は、一般金属と軽金属とが採用可能であるが、軽い軽金属がより好ましい。
軽金属の中でも、アルミニウム合金が特に望まれる。アルミニウム合金であれば、アルミニウムダイカスト品が好ましい。アルミニウムダイカスト品は鋳造品であるため量産が可能であり、量産によるコストダウンが可能となる。軽量金属ではマグネシウム合金も採用できる。よって、金属材料は、軽量金属を含む金属から任意に選択可能であり、格別に種類を限定するものではない。

センターフレーム３５に第２遮蔽部３２が含まれ、この第２遮蔽部３２が外光（図２（ａ）、符号２２）で加熱されるが、金属（例えば、アルミニウムダイカスト）であれば、十分な耐熱性能が得られる。

下カバー３７は、基板１５を収納するだけであり、温度条件は厳しくない。よって、下カバー３７は、アルミニウムダイカストより耐熱温度が低い樹脂、例えば、ＡＢＳ樹脂成形品とすることができる。樹脂成形品であれば、アルミニウムダイカスト品に比較して格段に安価である。

上カバー３６は、図１で説明したように、ベゼル部３３と第１遮蔽部３１に、耐熱性能が要求される。上カバー３６は、例えばアルミニウムダイカスト品とする。ベゼル部３３と第１遮蔽部３１は必然的にアルミニウム合金となる。アルミニウム合金であれば、十分な耐熱性能が得られる。
上カバー３６は、反射光１７の出射口２３と湾曲壁部３８を含み、この湾曲壁部３８に貫通穴３９が設けられ、この貫通穴３９の周囲にベゼル部３３が一体形成されている。なお、出射口２３は図示しないカバーガラスによって塞がれている。

第１ミラー１１は、無機ガラス又は透明樹脂に反射膜を蒸着してなる。この蒸着の際にガラス又は樹脂の外周部を掴む。掴み跡が不可避的に発生するが、この掴み跡はベゼル部３３で隠される。

このような第１ミラー１１は接着剤４１を用いてミラーホルダ４２に貼り付けられる。ミラーホルダ４２は、第１ミラー１１の裏面（反射面と反対側の面）を覆う部材であり、外光２２が直接当たることがないためベゼル部３３よりも耐熱温度が低い安価な樹脂で構成される。

図４（ａ）に示すように、上カバー３６の湾曲壁部３８にベゼル部３３が一体形成されている。上カバー３６がダイカスト品であれば、一回の鋳造（ダイカスト）で貫通穴３９及びベゼル部３３と共に湾曲壁部３８が製造できる。ベゼル部３３が別部品である場合に比較して、ベゼル部３３が一体であるため、ベゼル部３３の調達コストを下げることができる。
このような上カバー３６に裏からミラーホルダ４２を当て、例えばビス４３で上カバー３６に固定する。ベゼル部３３を上カバー３６と一体とする反面、ミラーホルダ４２はケース３０と別部品となるが、ミラーホルダ４２はベゼル部３３よりも安価な（耐熱温度が低い）樹脂材料で構成されるため、ベゼル部３３が別部品である場合に比較して、別部品の調達コストを下げることができる。

図４（ｂ）に示すように、第２ミラー１２から見て、第１ミラー１１は外周部がベゼル部３３で覆われるようにして、上カバー３６に取り付けられている。なお、ベゼル部３３と第１ミラー１１との間に小さな隙間４４を設けておく。外光２２でベゼル部３３と第１ミラー１１とが加熱されると、ベゼル部３３と第１ミラー１１の膨張量に差がでる。隙間４４があれば、ベゼル部３３の膨張や収縮が第１ミラー１１に影響する心配が無くなる。

なお、図１において、ベゼル部３３に当たった外光２２が反射して、第２ミラー１２に戻ると、この戻った外光２２が第２ミラー１２で再反射され、この再反射光が第１・第２遮蔽部３１、３２に当たることなく、第１ミラー１１に向かうことが心配される。これの対策が望まれる。
そこで、図４（ｂ）に示すベゼル部３３において、外光２２が当たる部位に、外光２２の反射を弱める又は阻止する反射防止部４５を設けることが望まれる。

反射防止部４５は、黒色塗料、黒色フィルム、黒色テープ、母材がアルミニウムであれば黒色アルマイトで形成することができる。又は、反射防止部４５は、平滑面にサンドブラストを打って粗面化することで形成できる。
同じ理由で、図１に示す第１遮蔽部３１と第２遮蔽部３２とに反射防止処理を施すことは好ましい。

次に、上カバー３６の変更例を説明する。
図５に示すように、上カバー３６は、樹脂部４７と金属部４８とで構成し、金属部４８にベゼル部３３や第１遮蔽部３１を含める。樹脂部４７は、ベゼル部３３や第１遮蔽部３１を含まないため、耐熱温度を下げることができる。結果、樹脂部４７には、金属部４８よりは安価な樹脂材料が使える。

樹脂成形金型に金属部４８を置き、次にキャビティへ溶融樹脂を射出することで、上カバー３６が得られる。この場合、金属部４８と樹脂部４７の境界部分を鋸歯状にしておくと結合強度がより高まる。

または、金属部４８と樹脂部４７とを各々製造し、接着、ボルト締結などで、相互に結合してもよい。よって、上カバー３６の製造方法は任意である。

図３ではケース３０を、センターフレーム３５と、上カバー３６と、下カバー３７とに３分割したが、ケース３０は２分割品又は非分割の一体品であってもよい。
３分割品、２分割品又は非分割の一体品の何れにおいても、ケース３０は、一般部と、この一般部より熱伝導率が高い又は耐熱温度が高い材料で形成される特別部（例えば湾曲壁部３８）とで構成することができる。そして、ベゼル部３３は特別部に一体に設けられる。
一般部は特別部より安価な材料とすることができ、ケース３０の材料コストを下げることができる。

特別部は、一般部より熱伝導率が高い又は耐熱温度が高ければよいので、金属の他、特定の樹脂を使用することができる。その具体例を詳しく説明する。

熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂についてのみ、耐熱温度が示されている。その他は溶融温度が示されている。
一般に耐熱温度と溶融温度との間には、相関関係が存在する。すなわち、溶融温度が高ければ、耐熱温度が高く、溶融温度が低ければ、耐熱温度が低いという傾向がある。

組合せ例１と組合せ例２は、樹脂同士を組合せた。組合せ例３は、樹脂と軽金属を組合わせた。
組合せ例３では、樹脂とアルミニウムダイカストを組合わせた。

耐熱性を高める代わりに、熱伝導率を高めてもよい。

熱伝導率を高めると、熱の移動が促される。いわゆる、熱が籠もらなくなりアルミニウムダイカストは全体的に温度が低下する。すなわち、特別部の温度が低下し、特別部（ベゼル部３３など）の熱に対する強度を高めることができる。

尚、本発明のヘッドアップディスプレイ装置１０は、乗用車に好適であるが、一般の車両、船舶、航空機に適用することは差し支えない。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスを備える車両に好適である。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置、１１…第１ミラー、１２…第２ミラー、１８…クロス点、２２…外光、３０…ケース、３３…ベゼル部、３５…センターフレーム、３６…上カバー、３７…下カバー、４２…ミラーホルダ、４５…反射防止部、４７…樹脂部、４８…金属部。

Claims (6)

1. 第１ミラーと、第２ミラーと、前記第１ミラー及び前記第２ミラーを収納するケースとを備え、前記第１ミラーと前記第２ミラーとの間にクロス光路が形成されるヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記第１ミラーは、前記第２ミラーからの外光を受ける位置に配置され、
   前記ケースは、前記第２ミラー側から見て前記第１ミラーの外周部を覆う額縁状のベゼル部を一体に備え、
   前記第１ミラーは、反射面の裏側を覆うミラーホルダで支持され、このミラーホルダが前記ケースに連結されることで前記第１ミラーが前記ケースに取り付けられており、
   前記ミラーホルダは、前記ベゼル部よりも耐熱温度が低い樹脂材料で構成され、
   前記ケースは、前記第２ミラーを支えるセンターフレームと、このセンターフレームの上に取り付けられ前記ベゼル部を一体的に備えると共に前記第１ミラーを支える上カバーと、前記センターフレームの下に取り付けられる下カバーとからなり、
   前記センターフレームは、金属で構成される、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記ケースは、一般部と、この一般部より熱伝導率が高い又は耐熱温度が高い材料で形成される特別部とを有し、
   前記ベゼル部は、前記特別部に一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記ベゼル部には、前記第２ミラーからの外光が当たる部位に、前記外光の反射を弱める又は阻止する反射防止部が設けられていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
4. 前記センターフレームは、前記第２ミラーで反射された外光の少なくとも一部を遮断する遮蔽部を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
5. 前記上カバーは、金属材料で構成されていることを特徴とする請求項４記載のヘッドアップディスプレイ装置。
6. 前記上カバーは、金属部と樹脂部とで構成され、前記ベゼル部は前記金属部に形成されていることを特徴とする請求項４記載のヘッドアップディスプレイ装置。

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