JP2019064513A - 虚像表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】虚像の視認における快適性が高い虚像表示装置を提供する。【解決手段】虚像表示装置としてのHUD装置は、投影部へ画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する。HUD装置は、画像の表示光を投射する投射器と、投射器から投影部へと至る光路上において、投射器からの表示光を光路の投影部側へ反射する反射面32を保持する反射体31と、反射体31に設けられた回転軸35まわりに、反射体31を回動させることにより、反射面32の向きを変更する駆動出力部45、出力軸側ギヤ49及び回転軸側ギヤ40と、反射面32の向きが変更されることに連動して、反射体31自体を移動させる延伸ガイド条38及び係合部53と、を備える。【選択図】図4

Description

本開示は、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置に関する。
従来、投影部に画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置が知られている。特許文献1に開示の装置は、投射器、反射体及び回転部を有している。投射器は、画像の表示光を投射する。反射体は、投射器から投影部へと至る光路上において、投射器からの表示光を当該光路上の投影部側へ反射する反射面を保持している。回転部は、反射面を回転軸まわりに回動させることにより、反射面の向きを変更する。ここで、回転軸は、チルト軸となっている。
特開2016−206612号公報
このような回転部は、例えば視認者にとって虚像を見易い位置に移動させる位置調整のために設けられている。特許文献1では、回転軸にチルト軸を採用することにより、反射面が回動したときに、意図した方向とは異なる方向に虚像がずれてしまう現象(いわゆる横ずれ)を抑制している。
しかしながら、投影部が例えば除変した曲面形状等の特殊形状を有する場合では、チルト軸を採用しても、横ずれを十分に補正できないことが多い。したがって、より精度よく横ずれを補正することにより、虚像を位置調整する場合の乗員への違和感を低減して、虚像の視認における快適性を高めることが求められている。
開示されるひとつの目的は、虚像の視認における快適性が高い虚像表示装置を提供することにある。
ここに開示された虚像表示装置は、投影部(4)へ画像を投影することにより、画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置であって、
画像の表示光を投射する投射器(20)と、
投射器から投影部へと至る光路(OP)上において、投射器側からの表示光を投影部側へ反射する反射面(32)を保持する反射体(31,231)と、
反射体に設けられた回転軸(35,235)まわりに、反射体を回動させることにより、反射面の向きを変更する回動部と、
反射面の向きが変更されることに連動して、反射体自体を移動させる移動部と、を備える。
このような虚像表示装置によると、反射面の向きが変更されることに連動して、当該反射面を保持する反射体自体が移動する。このようにすると、投射器からの表示光を投影部側へ反射する反射面の向きが変更されたとき、意図した方向とは異なる方向への虚像のずれ(いわゆる横ずれ)を、反射体自体の移動により補正することができる。こうしてより精度良く横ずれを補正することにより、虚像が意図した方向へ直線的に移動させることができる。したがって、虚像を位置調整する場合の乗員への違和感が低減され、虚像の視認における快適性を高めることができる。
なお、括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。
第1実施形態の虚像表示装置の車両への搭載状態を示す模式図である。 第1実施形態の投影部の除変を説明するための図である。 第1実施形態の虚像表示装置の概略構成を説明するための模式図である。 第1実施形態の反射ユニットの正面図である。 第1実施形態の反射ユニットの上面斜視図である。 第1実施形態の反射ユニットを部分的に拡大して示す斜視図である。 第1実施形態における延伸ガイド溝と係合部との係合を説明するための側面図である。 第1実施形態の反射ユニットを部分的に拡大して示す斜視図である。 第1実施形態の駆動出力部の断面図である。 第1実施形態の虚像の表示位置の上下動を説明するための模式図である。 第2実施形態の反射ユニットを示す斜視図である。 第2実施形態の表示位置調整部、第1駆動出力部及び第2駆動出力部を説明するためのブロック図である。
以下、複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。
(第1実施形態)
図1に示すように、本開示の第1実施形態による虚像表示装置は、車両1に用いられ、当該車両1のインストルメントパネル2内に収容されているヘッドアップディスプレイ装置(以下、HUD装置を略称とする)100である。HUD装置100は、車両1のウインドシールド3に設定された投影部4へ向けて画像を投影する。これによりHUD装置100は、画像を視認者としての車両1の乗員により視認可能に虚像表示する。すなわち、投影部4にて反射される画像の表示光が、車両1の室内において座席5に着座する乗員において、視認領域EB内に位置する眼に到達し、当該乗員が当該表示光を虚像VRIとして知覚する。画像として虚像表示される各種情報としては、例えば車速、燃料残量等の車両1の状態を示す情報、又は視界補助情報、道路情報等のナビゲーション情報等が挙げられる。
以下において、特に断り書きが無い限り、前方、後方、前後方向、上方、下方、上下方向、左方、右方、及び左右方向は、水平面HP上の車両1を基準として表記される。
視認領域EBは、HUD装置100により表示される虚像VRIが所定の規格を満たすように視認可能となる空間領域であって、アイボックスとも称される。視認領域EBは、典型的には、車両1に設定されたアイリプスと重なるように設定されるが、後述する位置調整より、上下方向に移動し得る。アイリプスは、乗員のアイポイントの分布を統計的に表したアイレンジに基づいて、楕円体状に設定されている。
本実施形態の車両1の全体形状は、たまごのような流線型となっている。こうした車両1の形状に合わせて、ウインドシールド3も湾曲する湾曲板状に形成されている。本実施形態の車両1では、座席5としての運転席と助手席とが車両の左右方向に並んで配置されており、HUD装置100は、特に運転席に着座する乗員に対して虚像表示するようになっている。
したがって、図2に示すように、ウインドシールド3の投影部4は、車両1の縦中心面LMP(詳細は、JISD0102参照)に対して、左右方向に偏心した位置に設定されている。こうした投影部4に対して、ウインドシールド3自体は縦中心面LMPを挟んで対称形状に形成されている。この結果、投影部4は、左右方向のうち縦中心面LMP側及び下方を向くように傾斜しつつ、湾曲する凹面状に形成されている。より詳細に、ウインドシールド3は、乗員を包み込むように、乗員に対する前方から上方回り込んで湾曲している。
ここで本実施形態では、投影部4の任意の位置において、縦中心面LMPに直交する仮想の鉛直面VPに対して投影部4の仮想の接平面がなす角度を、投影傾斜角θpと定義する。すると、投影部4の下方から上方へ向かうに従って、投影傾斜角θpは、増大するように除変している。例えば、投影部4のうち比較的下方部分(図2の実線参照)での投影傾斜角θp1よりも、比較的上方部分(図2の破線参照)での投影傾斜角θp2の方が、大きくなっている。
このような投影部4に画像を投影するHUD装置100は、図3に示すように、ハウジング10、投射器20、反射ユニット30及び制御ユニット70等により構成されている。
ハウジング10は、HUD装置100の他の要素を収容する中空形状を呈しており、車両1のインストルメントパネル2内に設置される。ハウジング10は、投影部4と対向する上方に、窓部11を有している。窓部11は、表示光を透過可能な防塵シート12で覆われている。
投射器20は、例えば液晶式の投射器である。投射器20は、液晶パネル21及びバックライト22をケーシング20aに収容して形成されている。投射器20は、バックライト22により液晶パネル21の画面を透過照明することで、画像の表示に寄与する表示光を投射するようになっている。なお、投射器20として、液晶式に代えて、レーザ光束が入射する走査ミラーの向きを走査することでスクリーン上に画像を形成するレーザスキャナ方式等を採用することも可能である。
反射ユニット30は、図4,5に示すように、投射器20からの表示光を反射することにより、当該表示光を投影部4へと導光するユニットである。反射ユニット30は、反射体31、駆動出力部45、及び一対の支持体51,55等により構成されている。
反射体31は、例えば合成樹脂ないしはガラス等により、矩形板状に形成されている。反射体31は、その表面にアルミニウムを蒸着させること等により形成された反射面32を保持しており、反射面32を除く周辺部33は、その表面を暗色(例えば黒色)に構成されていることで、光吸収性を有している。反射面32は、中心部が凹む凹面状(より詳細には自由曲面状)を呈している。これにより、反射面32は、投射器20から投影部4へと至る光路OP上において、投射器20側からの表示光を投影部4側へ反射するようになっており、反射と同時に、当該表示光に対して、虚像VRIを拡大する拡大作用を及ぼしている。本実施形態において反射体31は、反射面32が車両1の後方側を向くように配置されている。反射面32に反射された表示光は、窓部11の防塵シート12を透過して投影部4へと向かう。表示光が投影部4にて反射されることにより、上述のように虚像VRIが表示される。
反射体31は、当該反射体31の略中心を長手方向に貫通する如く設けられた回転軸であって、反射体31の両側部にて反射面32とは反対側に突出する一対の軸要素35a,35bにより位置付けられた回転軸35を有している。軸要素35a,35bを互いに結ぶ方向が当該回転軸35の軸方向ADに相当している。本実施形態の軸方向ADは、水平面HPに沿って配置されているが、縦中心面LMPに直交する鉛直面VPに対しては僅かに交差している。こうした回転軸35は、反射体31と一体回転するようになっている。
一方の軸要素35aは、図6,7にも拡大して示すように、小径部36及びガイド部37を有している。小径部36は、反射体31と一体成形され、ガイド部37よりも小径の円柱状を呈し、軸方向ADに延伸している。ガイド部37は、当該小径部36よりも先端側において小径部36との嵌合又は一体成形により、母線を軸方向ADに沿わせた円柱状又は円筒状に設けられている。
ガイド部37において、一対の延伸ガイド条38が互いに2相対称(換言すると180度対称)となる回転対称位置に設けられている。各延伸ガイド条38は、一定の幅を有する細長い有底溝状に形成されている。各延伸ガイド条38は、軸方向ADの変位を伴って回転軸35まわりに延伸することにより、半周未満のいわゆる螺旋状に形成されている。
他方の軸要素35bは、図8にも拡大して示すように、例えば反射体31の本体と嵌合等により一体的に形成されており、円筒部39及び回転軸側ギヤ40を有している。円筒部39は、小径部36と実質的に同径の円筒状に形成されている。回転軸側ギヤ40は、円筒部39よりも反射面32側において当該円筒部39と一体成形により回転軸35側に設けられ、受け板部41、ギヤ部42及びフランジ部43を有している。
受け板部41は、回転軸側ギヤ40のうち内周側に配置され、軸方向ADに直交する直交平面上に延設された薄板状に形成されている。受け板部41は、後述するコイルばね58と当接し、当該コイルばね58からの力を受けるようになっている。
ギヤ部42は、受け板部41よりも外周側に配置され、当該受け板部41よりも肉厚の扇形状に形成されている。ギヤ部42において外周部には、回転軸35まわりに互いに配列された複数のギヤ歯42aが、半周未満の円弧状に並んで形成されている。各ギヤ歯42aは、軸方向ADに沿って延伸している。
フランジ部43は、配列されたギヤ歯42aのうち、最も端に位置するギヤ歯42aに隣接して配置され、径方向外周側に張り出した扁平な矩形片状に形成されている。
駆動出力部45は、図9に示すように、ケーシング45a内に収容されたステッピングモータ46を主体として構成されており、例えばビスにより締結されることにより、ハウジング10に対して固定されている。ステッピングモータ46は、クローポール構造の永久磁石型モータである。ステッピングモータ46では、コイル45bが駆動信号による通電を受けて励磁することで、ロータ磁石45cがモータ軸45dと一体に回転する。
駆動出力部45には、モータ軸45dと連結された減速ギヤ機構47が設けられている。減速ギヤ機構47は、複数の伝達ギヤ47a〜47hを直列に噛合させてなる。具体的に、初段ギヤ47aは、モータ軸45dに形成されている。第1アイドラギヤ47bと第1ピニオンギヤ47cとは、ケーシング45aにより一体回転可能に支持されている。第1アイドラギヤ47bは、初段ギヤ47aに噛合することで、モータ軸45dの回転を減速して第1ピニオンギヤ47cに伝達する。第2アイドラギヤ47dはと第2ピニオンギヤ47eとは、ケーシング45aにより一体回転可能に支持されている。第2アイドラギヤ47dは、第1ピニオンギヤ47cと噛合することで、当該ギヤ47cの回転をさらに減速して第2ピニオンギヤ47eに伝達する。第3アイドラギヤ47fと第3ピニオンギヤ47gとは、ケーシング45aにより一体回転可能に支持されている。第3アイドラギヤ47fは、第2ピニオンギヤ47eに噛合することで、当該ギヤ47eの回転をさらに減速して第3ピニオンギヤ47gに伝達する。最終段ギヤ47hは、出力軸48に形成されて第3ピニオンギヤ47gと噛合することにより、当該ギヤ47gの回転をさらに減速して出力軸48に伝達する。
こうして回動可能に形成された出力軸48は、図4,5,8に示すように、軸方向ADと交差する方向、特に本実施形態では軸方向ADに直交する方向に延伸している。出力軸48においてケーシング45aの外部では、出力軸側ギヤ49が設けられている。出力軸側ギヤ49は、螺旋状の斜歯49aを有するヘリカルギヤとなっている。出力軸側ギヤ49は、そのピッチ円の直径を回転軸側ギヤ40のピッチ円の直径よりも十分小さく設定されている。出力軸側ギヤ49は、出力軸48の先端をフランジ部43と対向させた姿勢にて、当該回転軸側ギヤ40とねじれ状態で噛合している。
減速ギヤ機構47により出力軸48に回転が伝達されると、出力軸側ギヤ49が出力軸48と共に一体回転する。この結果、回転軸側ギヤ40との噛合箇所において斜歯49aが上方又は下方に変位し、回転軸側ギヤ40が回動する。回転軸35は、出力軸側ギヤ49からの回転が伝達されることにより、回転軸側ギヤ40と共に一体回転する。
こうした回転伝達経路をなす減速ギヤ機構47、出力軸側ギヤ49及び回転軸側ギヤ40は、モータ軸45dの回転を回転軸35まで減速伝達することで、駆動出力部45は、回転軸35に回転を出力し、反射体31を回動させる。こうした回転軸35まわりの回動駆動によって、反射体31に保持された反射面32の向きが変更される。
一対の支持体51,55は、回転軸35における各軸要素35a,35bに個別に対応して設けられ、本実施形態では互いに一体に設けられている。各支持体51,55は、例えば金属板をプレス加工することにより、ハウジング10に対して固定された台座となっている。各支持体51,55は、例えばビスにより、ハウジング10に締結されている。各支持体51,55は、回転軸35を介して反射体31を支持している。
軸要素35bに対応する支持体55は、図8に示すように、上側に開口するU字状の支持溝56を有している。支持溝56において半円状に形成された溝底部56aに、軸要素35bの円筒部39が互いに接触した状態で載せられていることにより、軸要素35aは支持体55により回転可能に支持されている。支持体55と受け板部41との間には、螺旋状に巻回されたコイルばね58が円筒部39に挿通された状態で配置されている。コイルばね58の弾性反力により、受け板部41を介して反射体31がコイルばね58とは反対側に適度な圧力で押し付けられている。こうして車両1の振動が反射ユニット30に加わった際の反射体31(特に反射面32)の振動が吸収され、延いては虚像VRIの振動を抑制することができる。
軸要素35aに対応する支持体51は、図6に示すように、上側に開口する支持溝52を有している。支持溝52において溝底部52aは、ガイド部37の径に合わせて軸要素35bの溝底部56aよりも大きな丸穴状に形成されていることで、溝入口部52bは溝底部52aに対して幅を狭く形成されている。この溝底部52aに、ガイド部37が互いに隙間を空けた状態で挿通されている。
図7に示すように、溝底部52aにおいて、上側の溝入口部52bとは略90度をなす両位置を基端部として、当該溝底部52aから回転軸35の中心へ向かって突出する一対の係合部53が突起状に設けられている。本実施形態の各係合部53は、例えば金属により支持体51の本体と一体的な丸ピン状に形成されていることで、ガイド部37を支持するための十分な強度を有している。各係合部53は、ガイド部37の延伸ガイド条38に個別に対応しており、対応する延伸ガイド条38の内部に挿入された状態で、当該延伸ガイド条38と係合している。こうして軸要素35aは、ガイド部37を通じて、一対の係合部53により回転可能に2点支持されている。
回転軸35の回転に従って、各係合部53は、係合対象の延伸ガイド条38の延伸方向に沿うように、当該延伸ガイド条38をスライドすることにより、延伸ガイド条38にガイドされる。ここで、上述のように各延伸ガイド条38は、軸方向ADの変位を伴って、回転軸35まわりに延伸しているので、延伸ガイド条38における係合部53のスライドと共に、回転軸35がハウジング10及び支持体51,55に対して軸方向ADに相対移動する。この結果、反射体31自体が軸方向ADに沿って平行移動することとなる。
このとき、駆動出力部45及び出力軸側ギヤ49はハウジング10に対して相対移動しないため、回転軸側ギヤ40は出力軸側ギヤ49に対して相対移動する。故に、回転軸側ギヤ40における出力軸側ギヤ49との噛合箇所も軸方向ADにずれることなるが、回転軸側ギヤ40の各ギヤ歯42aの歯幅Wtは、各延伸ガイド条38の両端部38a,38bの間の軸方向ADの総変位量Dspよりも大きくされているため、噛合状態は反射体31の移動に関わらず維持され得る(図4参照)。
制御ユニット70は、図3に示すように、調整スイッチ71及び制御回路部72等により構成されている。調整スイッチ71は、ハウジング10外部の、例えば車両1のステアリングハンドル等に設置され、乗員により操作可能となっている。調整スイッチ71は、例えばプッシュ式等の2種類の操作部材71a,71bを有している。具体的に、ダウン操作部材71aは、虚像VRIの表示位置を下方に移動させるための操作部材である。アップ操作部材71bは、虚像VRIの表示位置を上方に移動させるための操作部材である。
制御回路部72は、少なくとも1つのプロセッサ、メモリ、入出力インターフェース等を基板上に実装した電子回路となっている。プロセッサは、入出力インターフェースを通じて入力された信号に基づいて、メモリに記憶されているコンピュータプログラムを実行することで、各種処理を実施可能となっている。また、制御回路部72は、調整スイッチ71と通信可能となっていると共に、駆動出力部45のステッピングモータ46と電気的に接続されている。
制御回路部72は、こうした電子回路を主体として構築されている機能ブロックとして、表示位置調整部73を有している。
表示位置調整部73は、調整スイッチ71からの信号に応じて、図10に示すように虚像VRIの表示位置を調整する。具体的に、表示位置調整部73は、例えばダウン操作部材71aのプッシュ操作時間に基づいて虚像VRIの下方への移動量を算出し、当該移動量に対応した反射面32の変更角度を実現するための回転軸35の回転量から逆算されたステッピングモータ46の出力量を出力するための電気信号を、当該ステッピングモータ46に出力する。虚像VRIを下方に移動させるためには、反射面32の向きがより上方を向くように、すなわち反射面32が寝るように変更すればよいので、このときの回転軸35の回転方向は、軸要素35a側から軸要素35b側を見た場合の反時計回り方向となる。
また、表示位置調整部73は、例えばアップ操作部材71bのプッシュ操作時間に基づいて虚像VRIの上方への移動量を算出し、当該移動量に対応した反射面32の変更角度を実現するための回転軸35の回転量から逆算されたステッピングモータ46の出力量を出力するための電気信号を、当該ステッピングモータ46に出力する。虚像VRIを上方に移動させるためには、反射面32の向きがより車両の後方を向くように、すなわち反射面32が起きるように変更すればよいので、このときの回転軸35の回転方向は、軸要素35a側から軸要素35b側を見た場合の時計回り方向となる。すなわち、虚像VRIを下方に移動させる場合と、上方に移動させる場合とでは、逆方向の回転が出力される。
回転軸35の回転と連動して、延伸ガイド条38の軸方向ADの変位に応じた回転軸35の平行移動が実現されている。本実施形態の延伸ガイド条38は、一端部38aから上述の反時計回り方向に進む程、軸方向ADのうち反射面32側に変位している。換言すると、延伸ガイド条38は、他端部38bから上述の時計回り方向に進む程、軸方向ADのうち反射面32とは反対側に変位している。そして、延伸ガイド条38の軸方向ADの変位量は、投影部4の形状、例えば投影傾斜角θpの除変の態様に合わせて設定されており、特に本実施形態の当該変位量は、回転軸35まわりの変位(すなわち位相変位)に対して、一次関数的に変化するように設定されている。
したがって、仮に回転軸35が軸方向ADに固定されているとすれば虚像VRIの下方への移動に伴って当該虚像VRIが左方にも横ずれしてしまうところ、本実施形態では反射面32の向きがより上方を向くように変更されることに連動して、反射体31自体が軸要素35b側、すなわち軸方向ADに沿って略右方に平行移動するので、当該横ずれは相殺される。故に乗員がダウン操作部材71aを操作した場合に、虚像VRIは、下方へ略真直ぐ移動する。同時に、虚像VRIが回転してしまうことも抑制される。
同様に、仮に回転軸35が軸方向ADに固定されているとすれば虚像VRIの上方への移動に伴って当該虚像VRIが右方にも横ずれしてしまうところ、本実施形態では反射面32の向きがより後方を向くように変更されることに連動して、反射体31自体が軸要素35a側、すなわち軸方向ADに沿って略左方に平行移動するので、当該横ずれは相殺される。故に乗員がアップ操作部材71bを操作した場合に、虚像VRIは、上方へ略真直ぐ移動する。同時に、虚像VRIが回転してしまうことも抑制される。
なお、第1実施形態では、駆動出力部45、出力軸側ギヤ49及び回転軸側ギヤ40が主体となり、反射体31に設けられた回転軸35まわりに当該反射体31を回動させることにより、反射面32の向きを変更する「回動部」が構成されている。また、第1実施形態では、延伸ガイド条38及び係合部53が主体となり、反射面32の向きが変更されることに連動して、反射体31自体を移動させる「移動部」が構成されている。
(作用効果)
以上説明した第1実施形態の作用効果を以下に改めて説明する。
第1実施形態によると、反射面32の向きが変更されることに連動して、当該反射面32を保持する反射体31自体が移動する。このようにすると、投射器20からの表示光を投影部4側へ反射する反射面32の向きが変更されたとき、意図した方向とは異なる方向への虚像VIのずれ(いわゆる横ずれ)を、反射体31自体の移動により補正することができる。こうしてより精度良く横ずれを補正することにより、虚像VRIが意図した方向へ直線的に移動させることができる。したがって、虚像VRIを位置調整する場合の乗員への違和感が低減され、虚像VRIの視認における快適性を高めることができる。
また、第1実施形態によると、移動部は、回転軸35を軸方向ADに移動させることにより、反射体31自体を軸方向ADに沿って平行移動させる。このようにすると、回動部による軸方向ADまわりの反射面32の向きの変更による虚像VRIの表示状態への相互干渉を抑制しつつ、反射体31自体の移動により横ずれを補正することができる。したがって、反射体31の平行移動量を調整して正確に横ずれを補正することが可能となり、虚像VRIの視認における快適性は、より格別なものとなる。
また、第1実施形態によると、延伸ガイド条38と係合することで当該延伸ガイド条38にガイドされる係合部53が、回転軸35の回転に従って、延伸ガイド条38の延伸方向に沿うように当該延伸ガイド条38をスライドする。こうした構造が採用されることにより、回転軸35を回転させる際に、自動的に、回転軸35が支持体51に対して延伸ガイド条38の軸方向ADの変位に応じて相対移動する。したがって、反射面32の向き変更されることに連動して反射体31自体を移動させる移動部を、容易に実現することができる。
また、第1実施形態によると、係合部53は、溝状の延伸ガイド条38の内部に挿入された状態の突起状に形成されている。このようにすると、回転軸35が回転しても、延伸ガイド条38又は係合部53に無理な応力が加わることを抑制して、反射体31を移動させることができる。したがって、HUD装置100の耐久性が高まり、虚像VRIの視認における高い快適性を長きに亘って維持することができる。
また、第1実施形態によると、回転軸側ギヤ40の軸方向ADに沿った歯幅Wtは、延伸ガイド条38の両端部38a,38bの間の軸方向ADの総変位量Dspよりも大きい。このようにすると、反射体31の軸方向AD移動と共に、回転軸側ギヤ40の出力軸側ギヤ49との噛合箇所が軸方向ADに移動しても、回転軸側ギヤ40と出力軸側ギヤ49との噛合状態を維持することができる。
そして、軸方向ADと交差する方向に延伸する出力軸48に設けられた出力軸側ギヤ49を用いて、回転軸側ギヤ40に駆動出力部45の回転を伝達する本構成では、駆動出力部45を支持体51側に固定した状態で、回転軸35を軸方向ADに沿って移動させることが可能となる。故に、固定状態の駆動出力部45から安定した回転を出力できるので、虚像VRIが意図した方向への移動が安定的に実現される。したがって、虚像VRIの視認における快適性を高めることができる。
また、第1実施形態によると、出力軸側ギヤ49は、ヘリカルギヤである。したがって、出力軸側ギヤ49の向きと回転軸側ギヤ40の向きとが異なっていても、出力軸側ギヤ49からの回転を、回転軸側ギヤ40を通じて回転軸35に伝達することが、容易となる。
(第2実施形態)
図11,12に示すように、第2実施形態は第1実施形態の変形例である。第2実施形態について、第1実施形態とは異なる点を中心に説明する。
第2実施形態の反射ユニット230は、図10に示すように、第1実施形態と同様に、投射器20からの表示光を反射することにより、当該表示光を投影部4へと導光するユニットである。反射ユニット230は、反射体231、第1駆動出力部245a、一対の支持体251,255、ステージ260、送りねじ261、及び第2駆動出力部245b等により構成されている。
反射体231は、当該反射体231の略中心を長手方向に貫通する如く設けられた回転軸であって、反射体231の両端部にて突出する一対の軸要素235a,235bにより位置づけられた回転軸235を有している。第2実施形態の軸要素235a,235bには、ガイド部37及び回転軸側ギヤ40等が設けられておらず、単純に円柱状の円柱部236,239がそれぞれ突出した形状となっている。
一方の軸要素235aの円柱部236は、第1駆動出力部245aの出力軸248aと共通化されている。すなわち、出力軸248aは、軸方向ADに延伸することで回転軸235と連結されており、特に本実施形態では当該回転軸235と実施的に一体化されている。第1駆動出力部245aのケーシング内部の構造は、第1実施形態の駆動出力部45と同様となっている。
こうして第1駆動出力部245aは、出力軸248aを通じて回転軸235に回転を出力し、反射体231を回動駆動する。こうした回転軸235まわりの回動駆動によって、反射体231に保持された反射面32の向きが変更される。
一対の支持体251,255は、第1実施形態と同様に、回転軸235における各軸要素235a,235bに個別に対応して設けられている。各支持体251,255は、例えばビスにより、ステージ260に締結されている。各支持体251,255は、第1実施形態の支持体55と同様、上側に開口するU字状の支持溝252,256を有している。支持溝252,256において半円状に形成された溝底部252a,256aに、各円柱部236,239が接触した状態で載せられていることにより、各軸要素235a,235bによる回転軸235は、反射体231と一体回転可能に支持されている。第2実施形態では、延伸ガイド条38が設けられていないので、回転軸235は、回転しても、それだけでは支持体251,255に対して軸方向ADに移動するようにはなっていない。
ステージ260は、例えば合成樹脂により矩形平板状に形成されており、一対の支持体251,255を介して、反射体231を保持している。ステージ260には、軸方向ADに沿って当該ステージ260を貫通する貫通穴260aが設けられている。貫通穴260aの内部には、送りねじ261と嵌合するナット260bがステージ260に固定された状態で配置されている。
送りねじ261は、ハウジング10に対して固定されたステージ台262に回転可能に支持され、軸方向ADに沿って延伸している。送りねじ261は、当該貫通穴260aを貫通した状態でナット260bと嵌合している。送りねじ261は、第2駆動出力部245bの出力軸248bと連結又は一体化されている。第2駆動出力部245bのケーシング内部の構造は、第1駆動出力部245aと同様となっている。
こうして第2駆動出力部245bは、出力軸248bを通じて送りねじ261に回転を出力し、送りねじ261を回動させる。送りねじ261が回動すると、ステージ260が軸方向ADに沿って平行移動し、これにより、ステージ260と連結された反射体231自体も、軸方向ADに沿って平行移動することとなる。こうして反射体231をハウジング10に対して相対移動させることができる。
図12に示すように、第2実施形態の制御ユニット270において、表示位置調整部273は、より細分化された機能ブロックとして、上下移動設定部274、ずれ補正設定部275、及び駆動制御部276を有している。
上下移動設定部274は、虚像VRIの上下方向の移動方向及び移動量に対応した第1駆動出力部245aのステッピングモータ246aに出力する出力量を、設定する。上下移動設定部274は、例えば操作部材71a,71bのプッシュ操作時間に基づいて虚像VRIの上方又は下方への移動量を算出し、当該移動量に対応した反射面32の変更角度を実現するための回転軸235の回転量から逆算されたステッピングモータ246aの出力量を設定する。
ずれ補正設定部275は、上下移動設定部274による上下移動設定に対応して、第2駆動出力部245bのステッピングモータ246bに出力する出力量を、設定する。ずれ補正設定部275は、現在の反射面32の向き及び上下移動設定部274により設定された移動方向及び移動量に基づいて、仮に反射体231自体を移動しなかった場合の虚像VRIの横ずれ方向及び横ずれ量を予測し、予測された横ずれを相殺することを目的とした反射体231の平行移動を実現するための平行移動量から逆算されたステッピングモータ246bの出力量を設定する。
駆動制御部276は、第1駆動出力部245aと第2駆動出力部245bとを、互いに連動して駆動するように同時制御する。すなわち、駆動制御部276は、第1駆動出力部245aのステッピングモータ246aに、上下移動設定部274が設定した出力量に基づいた電気信号を出力する。これと同時に、駆動制御部276は、第2駆動出力部245bのステッピングモータ246bに、ずれ補正設定部275が設定した出力量に基づいた電気信号を出力する。こうして、反射面32の向きが変動されることに連動して、反射体231自体が移動されるのである。
なお、第2実施形態では、第1駆動出力部245a等が主体となり、反射体231に設けられた回転軸235まわりに当該反射体231を回動させることにより、反射面32の向きを変更する「回動部」が構成されている。また、第2実施形態では、第2駆動出力部245b、送りねじ261及びステージ260等が主体となり、反射面32の向きが変更されることに連動して、反射体231自体を移動させる「移動部」が構成されている。
以上説明した第2実施形態によると、反射体231を回転軸235まわりに回動させる第1駆動出力部245aと、反射体231自体を移動させる第2駆動出力部245bとが、駆動制御部276によって、互いに連動して駆動している。このようにすると、反射面32の向きが変更されることに連動して、反射体231自体を移動させることを容易に実現できるだけでなく、投影部4の形状に合わせた反射体231自体の移動量の微調整も制御的に実現されるので容易となる。この結果、より精度良く横ずれを補正することが可能となるのである。
(他の実施形態)
以上、複数の実施形態について説明したが、本開示は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。
具体的に変形例1としては、表示位置調整部73,273は、プロセッサによるプログラム処理に代えて、より単純な電気回路等により実現されていてもよい。
変形例2としては、表示位置調整部73,273としては、調整スイッチ71の操作に基づくことに代えて、車両1に設置されたカメラ等で乗員の眼の位置を検出し、当該眼の位置に基づいて、虚像VRIの表示位置を自動で調整する構成が採用されていてもよい。
変形例3としては、投射器20から投影部4へ至る光路OP上において、反射ユニット30の反射面32とは別の反射鏡又はレンズ等を配置してもよい。
変形例4としては、反射面32は、平面状又は凸面状に形成されていてもよい。
第1実施形態に関する変形例5としては、下方から上方への変位に対して投影傾斜角θpが非線形的に増大するように除変する投影部4に対応して、延伸ガイド条38における軸方向ADの変位量は、回転軸35まわりの変位(位相変位)に対して、非線形的に変化するように設定されていてもよい。
第1実施形態に関する変形例6としては、ガイド部37において、延伸ガイド条38は1つだけ設けられていてもよく、3つ以上設けられていてもよい。
第1実施形態に関する変形例7としては、延伸ガイド条38は、突条であってもよく、係合部53は、延伸ガイド条38とスライド可能に噛合わさることにより、当該延伸ガイド条38と係合していてもよい。
第1実施形態に関する変形例8としては、延伸ガイド条38は、支持体51側に設けられ、係合部53は、回転軸35側に設けられていてもよい。
第1実施形態に関する変形例9としては、出力軸側ギヤ49及び回転軸側ギヤ40を設けずに、駆動出力部45の出力軸48を回転軸35に直結させた構成としてもよい。
第1実施形態に関する変形例10としては、投影部4は、車両1のウインドシールド以外のコンバイナ等に設けられてもよい。
変形例11としては、移動部としては、反射体31を軸方向ADに沿って平行移動させる構成に限られず、反射体31を軸方向ADと交差する方向に平行移動させる構成、又は曲線的に延伸するレールに沿って反射体31を移動させる構成等を採用することができる。
変形例12としては、回転軸35の軸方向ADは、水平面HPに沿って配置されていなくてもよく、回転軸35がいわゆるチルト軸であってもよい。
変形例13としては、虚像表示装置は、航空機、船舶、あるいは移動しない筐体等の各種の乗り物に適用することができる。
100 HUD装置(虚像表示装置)、4 投影部、20 投射器、31,231 反射体、32 反射面、35,235 回転軸、38 延伸ガイド条、40 回転軸側ギヤ、45 駆動出力部、49 出力軸側ギヤ、53 係合部、245a 第1駆動出力部、245b 第2駆動出力部、260 ステージ、261 送りねじ、OP 光路

Claims (7)

  1. 投影部(4)へ画像を投影することにより、前記画像を視認可能に虚像表示する虚像表示装置であって、
    前記画像の表示光を投射する投射器(20)と、
    前記投射器から前記投影部へと至る光路(OP)上において、前記投射器側からの前記表示光を前記投影部側へ反射する反射面(32)を保持する反射体(31,231)と、
    前記反射体に設けられた回転軸(35,235)まわりに、前記反射体を回動させることにより、前記反射面の向きを変更する回動部と、
    前記反射面の向きが変更されることに連動して、前記反射体自体を移動させる移動部と、を備える虚像表示装置。
  2. 前記移動部は、前記回転軸を軸方向(AD)に移動させることにより、前記反射体自体を前記軸方向に沿って平行移動させる請求項1に記載の虚像表示装置。
  3. 前記反射体を、前記回転軸を介して支持する支持体(51,55)を、さらに備え、
    前記移動部は、
    前記回転軸及び前記支持体のうち一方の側に設けられ、前記軸方向の変位を伴って前記回転軸まわりに延伸する延伸ガイド条(38)と、
    前記回転軸及び前記支持体のうち他方の側に設けられ、前記延伸ガイド条と係合することで前記延伸ガイド条にガイドされる係合部であって、前記回転軸の回転に従って、前記延伸ガイド条の延伸方向に沿うように前記延伸ガイド条をスライドする係合部(53)と、を有する請求項2に記載の虚像表示装置。
  4. 前記延伸ガイド条は、溝状に形成され、
    前記係合部は、前記延伸ガイド条の内部に挿入された状態の突起状に形成されている請求項3に記載の虚像表示装置。
  5. 前記回動部は、
    前記軸方向と交差する方向に延伸する出力軸(48)を有し、前記出力軸を回動可能に形成された駆動出力部(45)と、
    前記出力軸に設けられた出力軸側ギヤ(49)と、
    前記回転軸側に設けられ、前記出力軸側ギヤと噛合し、前記出力軸側ギヤからの回転を前記回転軸に伝達する回転軸側ギヤ(40)と、を有し、
    前記回転軸側ギヤの前記軸方向に沿った歯幅(Wt)は、前記延伸ガイド条の両端部(38a,38b)の間の前記軸方向の変位量よりも大きい請求項3又は4に記載の虚像表示装置。
  6. 前記出力軸側ギヤは、ヘリカルギヤである請求項5に記載の虚像表示装置。
  7. 前記回動部は、前記回転軸と連結された出力軸(248a)を通じて、前記反射体を前記回転軸まわりに回動させる第1駆動出力部(245a)を有し、
    前記移動部は、前記反射体と連結されたステージ(260)を、平行移動させることにより、前記反射体自体を移動させる第2駆動出力部(245b)を有し、
    前記第1駆動出力部と、前記第2駆動出力部とが、互いに連動して駆動するように制御する駆動制御部(276)を、さらに備える請求項1又は2に記載の虚像表示装置。
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