JP2017203898A - ミラーユニット - Google Patents

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裕太 菊地
Yuta Kikuchi
裕太 菊地
麻衣子 斎藤
Maiko Saito
麻衣子 斎藤
透 村澤
Toru Murasawa
透 村澤
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Abstract

【課題】 異音の発生等を防止した耐振性の高いミラーユニットを提供する。【解決手段】 車両等に実装されるミラーユニットにおいて、合成樹脂材からなる板状の基板41aに反射面を有する凹面鏡41と、基板41aと異なる材質からなり、凹面鏡41の端部を挟んで保持するホルダ42と、を備え、凹面鏡41とホルダ42との間には、凹面鏡41とホルダ42とを複数箇所で接触する凸状の凸部41cと、弾性を有する緩衝部材44と、を設ける。【選択図】図4

Description

本発明は、表示像を投影するミラーユニットに関し、例えば、ヘッドアップディスプレイなどの車載用表示装置に用いられるミラーユニットとして好適である。
従来、表示光を反射させる反射ミラーを有するミラーユニットを用いた表示装置としては、ヘッドアップディスプレイがあり、例えば特許文献1に開示されている。かかる特許文献1に記載のヘッドアップディスプレイは、車両のインストルメントパネル(以下、インパネと言う)内部に取り付けられており、表示装置が発する表示光を車両のフロントガラス(投影部材)に投影し、車両の利用者(運転者)に対し虚像を表示する。
前述した表示装置は、光源と、この光源の発光に伴い表示光を発する表示器と、この表示器が発する表示光をフロントガラス側に反射させるためのミラーユニットと、光源と表示器とミラーユニットとを収容する収納部及びミラーユニットによって反射された表示光を透過させる透光部を有する合成樹脂からなるハウジングとから主に構成されており、ミラーユニットの反射ミラーによって反射された表示光を前記透光部を通じてフロントガラスに投影し、虚像を表示する。
特開平9−109732号公報
これらヘッドアップディスプレイは、車両に搭載され、車外の温度環境の変化だけでなく太陽光の照射による高温化など、温度変化が大きい。このため、反射ミラーは、この反射ミラーを保持するホルダの所定位置に当接させるための位置決め用の当接部を複数設ける必要がある。
しかしながら、該反射ミラーは、表示面(表示エリア)の大型化にともない大きくなるため、該当接部の間隔が広くなり、撓み易くなる。更に反射ミラーの重量も大きくなるため、各構成部品の共振周波数が小さくなり、車両の走行などによる振動に対する耐力が小さくなってしまう課題があった。
特に、反射ミラーとホルダとが別部材で組み合わせて構成する場合にあっては、部材間で干渉や異音、摩耗などが生じてしまう虞があった。
そこで本発明の目的は、前述の課題に着目し、耐振性が高いミラーユニットを提供することにある。
本発明のミラーユニットは、
合成樹脂材からなる板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
前記基材と異なる材質からなり、前記反射ミラーの端部を挟んで保持するホルダと、を備え、
前記反射ミラーと前記ホルダとの間には、
前記反射ミラーと前記ホルダとを複数箇所で接触する凸状の当接部と、
前記弾性を有する緩衝部材と、を設けることを特徴とする。
また、前記ホルダは、
前記反射面の裏面側に前記当接部を介して接触する支持体と、
前記支持体と挟み込んで前記反射ミラーの前記端部を保持する止め部材とを設け、
前記当接部は、前記止め部材による前記反射ミラーの保持箇所に重なる位置に形成され、
前記緩衝部材は、両端部の前記当接部の中央箇所に設けられることを特徴とする。
また、前記緩衝部材は、前記反射ミラー、または前記ホルダの何れか一方に接着して設けられ、他方に隙間を設けて配置されることを特徴とする。
本発明は、耐振性が高いミラーユニットとなる。
本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイの概略図。 同実施形態による表示装置の断面図。 同実施形態によるミラーユニットを示す図。 同実施形態によるミラーユニットの要部を示す断面図。 同実施形態による支持体の凹面鏡との当接面側を示す図。 同実施形態の変形例の要部を示す断面図。 同実施形態の変形例の要部を示す断面図。 本発明の他の実施形態による凹面鏡の支持体との当接面側を示す図。 他の実施形態による支持体の凹面鏡との当接面側を示す図。 他の実施形態によるミラーユニットの要部を示す断面図。
以下、本発明のミラーユニットを車両用のヘッドアップディスプレイに適用した実施形態について、図面を用いて説明する。
ヘッドアップディスプレイは、図1に示すように車両10のインパネ(インストルメントパネル)11内部に配設された表示ユニットである表示装置12が投射する表示光Lを投影部材である車両10のフロントガラス(風防ガラス)13で車両10の運転者(利用者)14の方向に反射させ、虚像Vの表示を行う。換言すれば、ヘッドアップディスプレイは、表示装置12の後述する液晶表示器20から発せられる表示光Lをフロントガラス13に出射(投射)し、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、運転席前方に表示される虚像Vを風景と重畳させて観察できる。
表示装置12は、図2に示すように液晶表示器20と、第1反射器30と、ミラーユニットである第2反射器40と、ハウジング50とから主に構成されている。
液晶表示器20は、配線基板Hに実装された発光ダイオードからなる光源21と、この光源21からの照明光を透過して表示光Lを形成するように光源21の照明方向に対向して配置されるTFT型の液晶表示素子22とを設けている。このことは、液晶表示素子22の背後(表示光Lの出射と反対側)に光源21が設けられ、液晶表示素子22は、光源21から発せられる光を透過して、所定情報を投影表示することを意味している。
かかる液晶表示器20は、表示光Lの出射側の面が第1反射器30の後述するコールドミラーに対向するようにしてハウジング50内に設けられ、表示光Lの光軸が前記コールドミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。
また液晶表示素子22は、図示しない素子駆動回路によって所定情報(例えば車両10の速度やエンジン回転数、経路案内など車両情報)を、数値や文字、マーク等で画像形成する。液晶表示器20は、光源21からの照明光を利用して、可視波長域の光からなる表示光Lを出力する。例えば、白色光を発する光源21を適用し、液晶表示素子22に設けられるカラーフィルタを介して、有色(赤色や緑色など)の表示光Lを形成できる。なお、液晶表示素子22が画像形成する所定情報は、車両の速度やエンジン回転数などの車両情報に限らず、時刻や動画、車線案内などあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。
第1反射器30は、コールドミラー31と、このコールドミラー31を所定の固定手段を用いて取付固定するための固定部材32とを有している。コールドミラー31は、略矩形状のガラス基板31aと、このガラス基板31aの片面(第2反射器40の後述する凹面鏡と向かい合う面)に形成された反射層31bとからなる。かかる反射層31bは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。また、コールドミラー31は、液晶表示器20(液晶表示素子22)が発した表示光Lを、第2反射器40(前記凹面鏡)側へ反射させるような位置に傾斜状態にて設けられる。
なお、コールドミラー31は、液晶表示器20の発光波長域を含む可視波長域(450〜750nm)の光を高い反射率(例えば80%以上)で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものが好適である。この場合、コールドミラー31は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光(赤外線あるいは太陽光の熱線)を低い反射率(例えば15%以下)にて反射するものが適用される。なお、反射層31bにて反射されない光は、コールドミラー31を透過するように構成される。また固定部材32は、合成樹脂材料からなり、ハウジング50に固定されてなる。
ミラーユニットである第2反射器40は、図3,4に詳しく示すように、コールドミラー31からの表示光Lを反射させるべく、ハウジング50内に設けられた反射ミラーである凹面鏡41と、この凹面鏡41を保持するためのホルダ42と、凹面鏡41が実装されたホルダ42を回転駆動させ、凹面鏡41の傾斜角度を調整する駆動手段43とを備えている。
凹面鏡41は、合成樹脂(例えばポリカーボネート)からなる板状の基板41aと、この基板41aの前面部(つまりコールドミラー31の反射層31bと向かい合う面)に蒸着形成されるアルミニウム等の金属からなる反射膜41bとを備え、この反射膜41bにより形成される反射面は、所定の曲率を有する凹状の曲面(凹面)となっている。なお、この場合、基板41aは、射出成形によって成形される。
従って、この凹面として形成された反射膜41bは、コールドミラー31からの表示光Lをフロントガラス13側へ反射させるための光反射面となる。なお、凹面鏡41は、反射膜41bによる反射面がコールドミラー31並びに上方のフロントガラス13に対向し、ハウジング50の後述する透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて設けられる。
また、凹面鏡41は、コールドミラー31からの表示光Lを拡大しつつ、前記透光性カバー(車両10のフロントガラス13)側へ反射(投射)させる。このことは、凹面鏡41が、コールドミラー31によって反射された表示光Lを拡大し、この拡大された表示光Lを前記透光性カバーを通じてフロントガラス13に投射することを意味している。また、この場合、凹面鏡41の反射面は、フロントガラス13の曲面形状に合わせて虚像Vの歪みを低減するように補正できる曲面形状としている。
また、凹面鏡41のホルダ42との対向面(反射面と反対側の面)には、凸形状の凸部(当接部)41cが形成されており、凹面鏡41とホルダ42との位置決め用の部材として作用する。
ホルダ42は、凹面鏡を所定位置に保持するためのもので、ハウジング50の線膨張係数(熱膨張率)に近い金属材からなる支持体421と、この支持体421とは、別体の止め部材422と、を設けている。例えば、支持体421としてアルミダイカストを適用でき、また、止め部材422としては、アルミニウム等の板金部材を適用できる。
支持体421は、凹面鏡41の背面側(反射面の反対側)に設けられ、図5に示すように、軸部42aと、位置決め穴42bと、溝部42cと、平坦部42dと、***部42eが形成される。
軸部42aは、駆動手段43による凹面鏡41の回転を軸支するもので、ハウジング50に形成される保持部によって、軸支される。なお、この軸部42aは、ベアリングを介してハウジング50に軸支されてもよい。
位置決め穴42bは、凹面鏡41に形成される凸部41cに対向して形成され、複数の凸部41cのうち一つが位置決め穴42bに嵌まることで凹面鏡41面方向の位置を規制できる。この場合、位置決め穴42bは、傾斜面が形成されて凸部41cを位置決め穴42bの中央側に誘い込むように位置決めできる。
溝部42cは、位置決め穴42bと同様に凸部41cに対向する位置に形成され、凸部41cに対して、所定の線上を摺動可能なように凹面鏡41の位置を規制する規制手段となる。この溝部42cは、位置決め穴42bによる凹面鏡41の位置決め状態に対して、この位置決め穴42bを中心とする回転方向の移動を規制するとともに、凹面鏡41の熱変形(熱膨張や熱収縮)が生じることを加味して、中央付近から外側への線状に形成される。即ち、凹面鏡41が熱変形しても、凸部41cが位置決め穴42b及び溝部42cに嵌まった位置決め状態を維持できる。なお、溝部42cの形状は、凸部41cの形状に対応した大きさであればよく、V溝であっても、U溝であってもよい。
平坦部42dは、上述同様に凹面鏡41の凸部41cに対向する位置に形成され、位置決め穴42bと溝部42cとともに凸部41cに接触している。したがって、凹面鏡41と支持体421の対向面において、位置決め穴42bと、溝部42cと、平坦部42dとに対応した3つの凸部41cを用いて3か所で接触しているため、凹面鏡41と支持体421との熱膨張率の差によって、溝部42cと平坦部42d箇所における凸部41cの相対位置が変わっても、接触状態のまま所望の方向に摺動するだけで済み、凹面鏡41をがたつかせることなく変化に対応しながら保持状態を維持できる。
***部42eは、支持体421側に***して形成される。また、***部42eは、凸部41cに接触する位置決め穴42bと、溝部42cと、平坦部42dとの間で、略中央箇所に形成される。この場合、***部42eは、該中央箇所であり、かつ軸部42aの軸線上に位置するように設けられる。
なお、この中央箇所における***部42eと凹面鏡41との間に、後述する緩衝部材44が設けられ、この緩衝部材44は、***部42eに接着している。この接着には、粘着テープや、硬化性接着剤など任意の手段を適用できる。また、***部42eと緩衝部材44との間だけでなく、支持体421と緩衝部材44との間も接着できる。
これら支持体421の構成によって、温度変化があっても反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて凹面鏡41を保持できる。特に、車載されるヘッドアップディスプレイのように、光源21の発熱時間や、太陽光の照射の有無など、冷熱変化の厳しい場合であっても、熱変形に対応しながら凹面鏡41を保持できるため、有利である。
止め部材422は、位置決め穴42b等で面方向に位置決めされた凹面鏡41を、反射面側から押し付けるようにして保持するための部材である。この場合、止め部材422は、凹面鏡41の長手方向(回転軸方向)に対向する辺(端部)付近を保持するように二か所設けられる。また、止め部材422は、弾性変形可能な緩衝材423を介して凹面鏡41の反射面側に接触しており、熱変形による寸法変化を吸収して、凹面鏡41の保持状態を維持できる。なお、止め部材422は、凹面鏡41を介在した状態で、支持体421をビス止めすることで固定される。
また、止め部材422は、この場合、金属の板材をプレス加工して形成され、弾性変形可能に設けられる。この弾性力を凹面鏡41への押圧力として付与したまま、凹面鏡41を支持体421との間に挟み込むことができる。
なお、緩衝材423によっても該押圧力を付勢できる。また、熱変形した際に止め部材422と凹面鏡41との相対的な位置変化が生じたとしても、緩衝材423の変形や滑りによる位置ずれによって、反射面への影響を低減しつつ、凹面鏡41の位置決め保持状態を維持できる。緩衝材423は、例えば、発泡ウレタン材、または合成ゴム等の部材を適用できる。
これらホルダ42の構成によって、合成樹脂材からなる凹面鏡41が熱変形しても、ハウジング50との軸支状態を維持できるだけでなく、所望の反射面位置を確保できる。また、ホルダ42と凹面鏡41とは、それらの対向面において、複数の凸部41cを介して接触して保持され、ホルダ42は、前記反射面の裏面側に凸部41cを介して接触する支持体421と、支持体421と挟み込んで凹面鏡41を保持する止め部材422とを設け、凹面鏡41の面方向において、凹面鏡41と止め部材422とが間隔Dをおいて設けられる。したがって、間隔Dを設けることによって、凹面鏡41の熱変形と支持体421や止め部材422の熱変形との違いによる相対的な位置変化しても、止め部材422と凹面鏡41とが面方向Xで当接することを抑止できるため、該当接による応力によって凹面鏡41が歪むなどして、表示影響を及ぼすことを防止できる。
また、上述したように、支持体421の***部42eには、凹面鏡41に対向する位置に、弾性を有する緩衝部材44が接着して設けられる。緩衝部材44は、緩衝材423と同じ材質を適用することもできる。緩衝部材44として他にも、接着剤、ブチルゴム等の合成ゴム、衝撃吸収作用を有するゲル材、ポロン、軟質ウレタン等を適用することもできる。
即ち、第2反射器40の構成として、合成樹脂材からなる板状の基板41aに反射面を有する凹面鏡41と、基板41aと異なる材質からなり、凹面鏡41の端部を挟んで保持するホルダ42と、を備え、凹面鏡41とホルダ42との間には、凹面鏡41とホルダ42とを複数箇所で接触する凸状の凸部41cと、弾性を有する緩衝部材44と、を設ける。
この緩衝部材44は、凹面鏡41、またはホルダ42が振動によって撓んでしまう場合にあっても、振幅が大きな位置にて弾性を有しながら突き当てることができるため、振動幅を規制するだけでなく、振動が吸収する作用がある。従って、凹面鏡41とホルダ42との間で、異音が発生してしまうなどの不具合を防ぐことができる。また、緩衝部材44は、凹面鏡41やホルダ42の撓み量がほとんどない通常の状態において、必要以上に凹面鏡41を押し当てないため、凹面鏡41の反射面を変形して表示が歪んでしまうことなく、所望の表示を提供できる。
また、上述した実施形態では、***部42eを支持体421側に形成するものを示したが、例えば、図6に示すように、凹面鏡41の裏面(支持体421との対向面)に凸形状の***部411を形成してもよい。この***部411によって、緩衝部材44との距離を所望に設計でき、必要以上に厚みの大きな緩衝部材44を用いなくてもよい。また、***部411によって、凹面鏡41、またはホルダ42が撓む際に、緩衝部材44との接触位置を定めることができ、必要以上に広い面積の緩衝部材44を用いなくてもよい。なお、図6に示す変形例において、***部411は、複数の凸部41c間の略中央箇所に設けられ、他の構成については、上述実施形態と同じ符号を記し、詳細な説明を省く。
また、図6に示すように、前述の撓み量がほとんどない通常の状態において、凹面鏡41と緩衝部材44とが接触しないような寸法設計にて構成することもできる。この場合、凹面鏡41と支持体421との間の隙間空間によって、支持体421から凹面鏡41へ余計な応力が加わらないため、反射面の歪み影響を更に抑止できる。
駆動手段43は、通電により駆動力を発生するステッピングモータ43aと、このステッピングモータ43aの回動を利用して、凹面鏡41の角度を変化させることができる。この場合、駆動手段43は、ハウジング50に固定されたステッピングモータ43aの回転軸に形成されたリードスクリュータイプのネジを直線方向に移動させ、凹面鏡41から延びるアーム部42fを該ネジによって押引することで、軸部42aを中心に凹面鏡41を回転させるように構成する。なお、駆動手段43は、リードスクリュータイプの他に、ラックアンドピニオンタイプや、ステッピングモータが、ギア等を介して軸部42aを回動させる構成であっても適用できる。
ハウジング50は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材の成形部品や金属部材(アルミダイカスト)を組み合わせて、略箱型形状に形成され、その内部空間である空間部51に液晶表示器20や第1、第2反射器30、40を保持して収容する。これら収容部品は、金属材からなる保持体52によって保持される。
また、ハウジング50は、第2反射器40における凹面鏡41の配設位置の上部(フロントガラス13側)が開口し、この開口を塞ぐように透光部である透光性カバー53が配設されてなる。かかる透光性カバー53は、透光性の合成樹脂材料(例えばアクリル樹脂)からなり、湾曲形状(曲面形状)に形成され、凹面鏡41で反射された表示光Lが透過(通過)する光透過性部材としての機能を有している。つまり、凹面鏡41によって反射された表示光Lは、ハウジング50に形成された透光性カバー53を通じてフロントガラス13に投影され、これにより虚像Vの表示が運転者14に対し行われることになる。
なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。
例えば、上述実施の形態にあっては、光源21の照射光を利用して表示像を形成する液晶表示器20を例に挙げて説明したが、照明光としてレーザー光を走査させて適用したり、DMD(デジタルミラーデバイス)を利用したプロジェクタ方式を適用することもでき、上記ミラーユニットを組み合わせることで、上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、上述のコールドミラー31にあっては、温度条件(光源等の電子部品の発熱)や太陽光の照射条件などによって、これを省くことができ、例えば、液晶表示器20からの表示光を凹面鏡による反射を介してフロントガラスに投影する構成であっても上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。
また、ホルダ42の支持体421は、図7に示すように、略平板状のものも適用でき、加工がし易い。また、支持体421と止め部材422との固定にあっては、反射面以外の面でビス止めでき、例えば、側面や、図7に示すように、裏面からビスBを螺合させてもよい。また、ビス止めだけでなくフックを用いた係合構造を組み合わせるなどしてもよい。
また、上述した***部42e,411を設けずに、凹面鏡41の基板41aと支持体421との距離が近い箇所に緩衝部材を設ける構成も考えられる。この場合、凹面鏡41およびホルダ42における想定される撓み量に基づいて、最適な寸法や弾性を有する緩衝部材を選択すればよく、上述実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、図7に示すように、緩衝材として、平板状のものの他に、球状や円筒状、円柱状の緩衝材423aを適用することもでき、凹面鏡41や止め部材422との接触面積を小さくすることで、凹面鏡41または止め部材422との間での位置ずれや弾性変形し易くなる。また、緩衝材は、止め部材422、または凹面鏡41の何れか一方に接着することもできる。例えば、止め部材422における凹面鏡41との対向面に接着シートを介して貼り付けることができ、位置決めを容易にするため、組み付け性が良好となる。
(他の実施形態)
次に、図8〜図10を用いて本発明の他の実施形態について説明する。なお、上述実施形態と同様または相当する箇所には、同一符号を記し、その詳細な説明を省く。
他の実施形態は、図8に示すように、凹面鏡41に形成される当接部として、凸部41cの他に突出部41dを設けており、更に、図9に示すように、支持体421には、この突出部41dに当接するための平坦部42dが設けられる。この場合、突出部41dと平坦部42dは、凹面鏡41の両端、及び中央箇所にそれぞれ設けられる。
図10に示すように、突出部41dの一部において、突出部41dと、この突出部41dに対向する平坦部42dとの間に緩衝部材44を配置し、凹面鏡41と支持体421とを積層する方向(各面の垂直方向)Yのスペーサとして、振動を吸収しながら所定間隔を維持する作用がある。この突出部41dは、凸部41c箇所の応力集中を緩和できるだけでなく、例えば、凹面鏡41と支持体421との熱変形(膨張や収縮)の差により、面方向Xでの位置ずれが生じても、該所定間隔を維持できる。したがって、上述した実施形態と同様に、反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて凹面鏡41を保持できる効果がある。
また、突出部41dは、緩衝材423を介して止め部材422が凹面鏡41を保持する箇所と重なる位置で平坦部42dに当接している。これにより、例えば、第2反射器40の組み立て時、凹面鏡41が面直方向Yに荷重を受けた際に、突出部41dにおける支持体421の接触によって、凸部41cへの荷重を低減できるため、凸部41cの変形や破損など防止できる。
本発明は、ミラーユニットに関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載される車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などの車載表示装置として好適である。
12 表示装置
20 液晶表示器
30 第1反射器
40 第2反射器(ミラーユニット)
41 凹面鏡(反射ミラー)
41a 基板(基材)
41b 反射膜
41c 凸部(当接部)
410 基材
411 ***部
41d 突出部(当接部)
42 ホルダ
421 支持体
422 止め部材
423 緩衝材
42a 軸部
42b 位置決め穴
42c 溝部(規制手段)
42d 平坦部
42e ***部
43 駆動手段
43a ステッピングモータ
44 緩衝部材
50 ハウジング
L 表示光
D 間隔
X 面方向
Y 面直方向

Claims (3)

  1. 合成樹脂材からなる板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
    前記基材と異なる材質からなり、前記反射ミラーの端部を挟んで保持するホルダと、を備え、
    前記反射ミラーと前記ホルダとの間には、
    前記反射ミラーと前記ホルダとを複数箇所で接触する凸状の当接部と、
    前記弾性を有する緩衝部材と、を設けることを特徴とするミラーユニット。
  2. 前記ホルダは、
    前記反射面の裏面側に前記当接部を介して接触する支持体と、
    前記支持体と挟み込んで前記反射ミラーの前記端部を保持する止め部材とを設け、
    前記当接部は、前記止め部材による前記反射ミラーの保持箇所に重なる位置に形成され、
    前記緩衝部材は、両端部の前記当接部の中央箇所に設けられることを特徴とする請求項1に記載のミラーユニット。
  3. 前記緩衝部材は、前記反射ミラー、または前記ホルダの何れか一方に接着して設けられ、他方に隙間を設けて配置されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のミラーユニット。
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