JP2022086293A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】反射鏡のスラスト方向の位置決めを行うヘッドアップディスプレイ提供する。【解決手段】表示光Ｌｉを出射する表示部２０と、表示光Ｌｉを反射する反射鏡３１を有しと、軸３３を中心に回転することで表示光Ｌｉを反射する方向を調整可能な反射部３０と、軸３３をそれぞれ支持する滑り軸受５０を有し、表示部２０及び反射部３０を収容する下ケース１２と、一方の軸３３に係止される係止端（屈曲腕部４２）と、同じく一方の軸３３を支持する一方の滑り軸受５０の周囲に固定される固定端（座部４１）を有し、軸３３のスラスト方向において自身の弾性力を以て反射部３０を下ケース１２に押圧するコイルスプリング４０と、を備え、下ケース１２から反射部３０へ向かって生じる反力を受ける受け部３２２が、ホルダ３２の一方の軸３３の周囲に設けられるヘッドアップディスプレイ。【選択図】図１

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイに関する。

従来、虚像表示装置としては、ヘッドアップディスプレイが知られている。ヘッドアップディスプレイは、例えば車両の透過反射部材であるウインドシールドへ表示光を投影し、ウインドシールドで表示光を反射させることで、ユーザに空中で浮遊する虚像を視認させることができる。既知のヘッドアップディスプレイの構成としては、例えば特許文献１に示されるような構成がある。特許文献１に開示されるヘッドアップディスプレイ装置（１）は、ウインドシールド（４）に表示光を投影している。

さらに、ヘッドアップディスプレイによっては、透過反射部材への表示光の投影位置を調節することができる。そのための機構として、特許文献１では、表示位置調整ユニット（３）が反射鏡（３２）を回転し、表示光の反射角度を変更することで、下限表示位置（Ｄｌ）と上限表示位置（Ｄｕ）の間で虚像の位置を調節する事ができる。

特開２０１７－２０７５５１号公報

ところで、表示光が経由する光学系に形状の歪みや位置のズレが生じることは極力低減することが望まれている。というのも、それらは最終的な虚像の表示品位に影響するためである。しかしながら、特許文献１に開示されるヘッドアップディスプレイ装置（３）は、弾性部材（３９）が回転可能な反射鏡（３２）のスラストガタを低減しているものの、弾性部材（３９）が反射鏡（３２）の反射面の端部からほど近い箇所に係止されているために、反射面に変形が生じる虞がある。ひいてはこの変形に因って虚像の表示品位が低下しかねない。
そこで本発明の目的とするところは、上述課題に着目し、反射鏡のスラスト方向の位置決めを行うヘッドアップディスプレイ提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、
表示光を出射する表示部と、
前記表示光を反射する反射面を有し、一対の軸を中心に回転することで前記表示光を反射する方向を調整可能な反射部と、
前記軸をそれぞれ支持する軸受を有し、前記表示部及び前記反射部を収容する筐体と、
一方の前記軸に係止される係止端と、前記一方の軸を支持する一方の前記軸受の周囲に固定される固定端を有し、前記軸のスラスト方向において自身の弾性力を以て前記反射部を前記筐体側に押圧する弾性部材と、
を備え、
前記筐体から前記反射部へ向かって生じる反力を受ける受け部が、前記反射部の前記一方の軸の周囲に設けられる。

本開示の第一実施形態における車両Ｃの構成を示す図。 ヘッドアップディスプレイ１の構成を示す図。 ヘッドアップディスプレイ１の構成を簡素化して示す図。 軸３３の周辺の構成を示す図。 軸３３の周辺の構成を示す図。 反射部３０が下ケース１２へ装着される過程を示す図。 コイルスプリング４０が軸３３へ装着される過程を示す図。

以下に、本開示のヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１を車両Ｃに搭載された実施形態及び変形例として例にあげ、添付図面を用いて次の順序で説明する。なお全ての図面に示される方向Ｆ，Ｂ，Ｌ，Ｒ，Ｕ，Ｄはそれぞれ車両Ｃにおける前，後，左，右，上，下方向にそれぞれ対応する。また左右方向は方向Ｘ、上下方向は方向Ｙ、前後方向は方向Ｚと呼称される場合がある。なお説明を容易にするため、図示される部材に付されるはずの符号が一部省略されている。

［第一実施形態］
＜構成について＞
＜軸形状について＞
［第一変形例］
［第二変形例］
［効果例］

［第一実施形態］
＜構成について＞
図１及び図２に示される通り、ヘッドアップディスプレイ１は、車両Ｃに設けられたウインドシールドＷＳの下方に搭載可能である。

ＨＵＤ１は、車両の前側の端が低くなるように傾斜した自由曲面形状を為すウインドシールドＷＳ（反射透過部材）に車両情報を表す表示光Ｌｉを投影することで虚像Ｖを映し出す。ＨＵＤ１は、車両後ろ方向斜め上に向けて表示光Ｌｉを出射する。ＨＵＤ１に出射された表示光Ｌｉは、ウインドシールドＷＳに反射される。ウインドシールドＷＳに反射された表示光Ｌｉを視点ＥＰで視認する利用者（例えば車両Ｃの乗員）は、映し出された虚像ＶをウインドシールドＷＳの奥に浮遊した表示像として視認できる。

虚像Ｖには例えば速度やエンジン回転数と言った車両情報や、ターンバイターンや地図などの経路案内表示、ブラインドスポットモニターや制限速度超過警告などの警告表示など、乗員（利用者、ユーザ）へ注意喚起する必要性が高い情報が表示される。これにより視点移動及び眼の焦点距離調整が低減された運転環境が提供される。虚像Ｖにはこれら情報を示す文字やアイコンの他、背景部分も含まれており、乗員からの平面視ではこれは例えば矩形状を為している。

また、ＨＵＤ１は主に２つのモードで動作する。１つは図１に示すような、ＨＵＤ１がウインドシールドＷＳに表示光Ｌｉを投影することで、視点ＥＰから虚像Ｖを視認することができるディスプレイモードである。もう１つは、ＨＵＤ１がウインドシールドＷＳに表示光Ｌｉを投影せず、視点ＥＰからは虚像Ｖを視認することができない、休止モード（パーキングモード）である。ウインドシールドＷＳに表示光Ｌｉを投影しないパーキングモードのＨＵＤ１は、光線の逆進の原理に基づいて、ウインドシールドＷＳ方向からＨＵＤ１に入射する外光（主に太陽光）を表示光Ｌｉが入射する方向（光学的に表示部が存在する方向）へ反射することが無い位置にあることになる。これにより、車両Ｃが停車している状態であると考えられるＨＵＤ１がパーキングモードであるときに、表示部が外光に照らされて高温状態となることを防止することとなる。
ＨＵＤ１は、これらのモードを切り替えるために、後述の構成に依って反射部３０を回転させる。

ディスプレイモードのＨＵＤ１は、虚像Ｖを視認できる視点ＥＰの高さを調節するために、表示光Ｌｉの光路を後述する構成により変更することができる。本開示では図面に示す通り、ショーター表示光Ｌｓ、センター表示光Ｌｃ、トーラー表示光Ｌｔの３種類に変更が可能である。ショーター表示光Ｌｓは、ディスプレイモードでは、ＨＵＤ１はウインドシールドＷＳの比較的下部へ表示光Ｌｉを投影し、虚像Ｖを映し出す。トーラー表示光Ｌｔでは、ＨＵＤ１はウインドシールドＷＳの比較的上部へ表示光Ｌｉを投影し、虚像Ｖを映し出す。センター表示光Ｌｃでは、前述２つの表示光路の間を通り、虚像Ｖを映し出す。

ＨＵＤ１は、制御部と、上ケース１１と、下ケース１２と、表示部２０と、反射部３０と、コイルスプリング４０と、滑り軸受５０と、を備える。

図示されない制御部は、所定プログラムや各種データの格納、演算時の記憶領域などに用いる図示しないＲＯＭやＲＡＭ等の記憶部と、前記所定プログラムに従って演算処理するためのＣＰＵと、入出力インターフェース等を設けたマイクロコンピュータを適用できる。制御部は表示部２０及び動力部、ＨＵＤ１の外部の電子機器と電気的に接続されている。制御部は、ＨＵＤ１の外部の車載機器から受信した車両情報に基づき、表示部２０に表示する画像を生成したり、表示部２０の表示を制御したり、表示部２０の照度を制御したり、反射部３０の回転を制御する。

上ケース１１及び下ケース１２は、ＨＵＤ１に備わる部材を接着や嵌合、ビス止めなど公知の手段で固定する筐体である。例えば下ケース１２は表示部２０や制御部、滑り軸受５０を固定する。また上ケース１１は、下ケース１２を上から覆うように設けられる蓋状の筐体であり、中央には表示光Ｌｉが通過する窓部１１１を有している。窓部１１１は、透明な硬質合成樹脂（アクリルやポリカーボネート等）を用いて塞がれていても良い。車両Ｃのユーザは、ＨＵＤ１の内部をこの窓部１１１を介してのみ視認することができる。

表示部２０は表示光Ｌｉを出射する部材である。本開示では方向Ｆへ向かって出射している。表示光Ｌｉを出射する部材としては、例えばＴＦＴ液晶モジュールを用いる構成や、有機ＥＬを用いた構成、ＤＭＤ(Digital Micro-mirror Device)を用いたプロジェクタなどを適用できる。ＴＦＴ液晶モジュールを用いた構成では、例えば表示部２０はそれぞれ制御部に接続されたバックライトユニットと液晶表示素子を固定された状態で設ける構成で、制御部の制御により情報を表示する液晶表示素子が制御部の制御により点滅を制御されるバックライトユニットから出る照明光に照らされることで表示光Ｌｉを出射する。しかしながら、例示したもの以外でも、表示光を出射できる構成であれば本開示の構成の効果を発揮できることは言うまでもない。

反射部３０は、反射鏡３１、ホルダ３２を設ける。

反射鏡３１は、表示光Ｌｉを反射する。反射鏡３１は例えば、表示光Ｌｉを反射する面が凹状自由曲面形状であり、蒸着やスパッタリングなどの手法により鏡面が形成されている。反射鏡３１は、表示光Ｌｉを拡大しつつ反射を行う。反射鏡３１は、基材に硬質合成樹脂や無機ガラスを適用できる。また、反射面３１ａは自由曲面形状によってウインドシールドＷＳで生じることが想定される虚像Ｖの歪みを相殺する形状であることが望ましい。

ホルダ３２は、反射鏡３１を接着やビス止めなどの公知の手段により固定する保持部材である。またホルダ３２は、反射鏡３１を回転軸Ａ中心に回転可能に保持される。ホルダ３２の素材は、マグネシウムや鉄などの硬質金属や、ＡＢＳ樹脂などの硬質合成樹脂を適用できる。

図３は、反射部３０（ホルダ３２）が保持される様子を模式的に示したものである。具体的には、下ケース１２の表現が簡略化されている。
ホルダ３２は、下ケース１２に圧入された滑り軸受５０に軸３３が支持されることで、保持される。また、ホルダ３２は、弾性部材の一例であるコイルスプリング４０の弾性力に依ってスラスト方向（Ｘ方向）に対して付勢されている。本開示では、コイルスプリング４０は、自然状態より圧縮された状態であり、ホルダ３２をＬ方向に対して付勢している。
ホルダ３２は、軸３３、図３に図示されるホルダレバー３２１を設ける。

本実施形態では、反射部３０が反射鏡３１及びホルダ３２で構成される態様を示した。しかし、軸、ホルダレバーを反射鏡と一体に設けても良い。この場合、ＨＵＤを更に小型にすることが可能であったり、部材が減少することで組み立て等製造コストを低減することができたりする。

図４は、本開示のＨＵＤ１の構成を簡素化して示す図である。具体的には、簡素化した下ケース１２と、ホルダ３２と、軸３３と、コイルスプリング４０と、滑り軸受５０とが図示されている。また、図５は、軸３３の周辺を拡大した図であり、図６は、背面方向（Ｂ方向）から軸３３の周辺を拡大した図である。図４，図５，図６を参照しつつ、ＨＵＤ１の構成を引き続き説明する。

下ケース１２は、後述される滑り軸受５０の筒部５１の外形程度の大きさの孔である圧入孔１２１を有し、滑り軸受５０はここに圧入される。そのため、下ケース１２は位置決め、圧入に耐えうる程度の剛性がある素材（ステンレスなどの硬質金属や、ＡＢＳなどの硬質合成樹脂）であることが望ましい。

ホルダレバー３２１は、ホルダ３２に設けられた突出腕片部である。ホルダレバー３２１は図示しない動力部から押圧されることにより、回転軸Ａを中心に反射部３０を回転することができる。動力部は、例えばリードスクリューとモータを用いた構成を適用できる。具体的には、回転軸を入力信号に応じて回転させるモータなどの駆動部、その回転に応じて回転するネジ軸、ネジ軸に螺合する輪状のナット部、ナット部の回転を抑制するガイド部を有し、後述の動力伝達部をナットに固定した構成である。ガイド部によって回転を抑制されたナット部は、駆動部によって回転されるネジ軸の軸方向に沿って直線運動を行うことができる。この直線運動に基づきホルダレバー３２１の位置が変位し、反射部３０が回転する。しかし、動力部はあくまでも反射部３０を回転させることができる程度のトルクを生じる動力部であればよく、モータと変速ギア、ウォームギア、ラックアンドピニオンなどを用いた構成であっても良い。

受け部３２２は、ホルダ３２に形成された突起である。受け部３２２は、ホルダ３２と下ケース１２とのスラスト方向相対位置を位置決めするピンである。受け部３２２は、コイルスプリング４０の押圧によって、下ケース１２へ押し当てられる。受け部３２２は、回転軸Ａの方向からの平面視において、回転軸Ａ（軸３３）に対して点対称に形成されることが望ましい。これにより、ホルダ３２がスラスト方向へ押圧された際の下ケース１２からの垂直応力に因って生じる回転モーメントが相殺され、ひいては反射部３０の摺動性が向上される。

軸３３は、凸部３３１と凹部３３２と有する。凸部３３１は、滑り軸受５０と軸３３との間の接触面積を低減するために設けられた形状である。凹部３３２は、凸部３３１を形成するための凹形状である。

滑り軸受５０は、反射部３０が回転する際の摺動性を向上するための滑り軸受である。例えば、本実施形態では、滑り軸受５０は、例えば、板材が円筒状に巻かれた滑り軸受けである。この板材は、厚さ０．２５ｍｍの電気亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）と、電気亜鉛メッキ鋼板の裏金上に配置される強化材料としての銅製のワイヤーメッシュと、このワイヤーメッシュを覆うポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）からなるオーバーレイ層と、を備える。この板材は、例えば、厚さ０．７５ｍｍである。

滑り軸受５０は、筒部５１とフランジ部５２と合わせ面で形成される。すなわち、本開示の滑り軸受５０はフランジ付きブッシュである。

筒部５１は、軸受面５１１を形成する。軸受面５１１は、軸３３がされる円筒状の空間を形成している。軸受面５１１の内径は、軸３３の外径程度の大きさにすることで、軸受面５１１へ軸３３を挿入できる。
筒部５１の外形はおおよそ圧入孔１２１の内径と一致させることで、圧入孔１２１へ滑り軸受５０を圧入できる。すなわち、図４は、圧入された状態の滑り軸受５０を示している。

フランジ部５２は、軸受面５１１から引き続いてＲ方向を向く面に摺動性の良い面を設けている。また本開示では、滑り軸受５０を、フランジ部５２が反射鏡３１と対向するような向きで組み付けている。この構成に依れば、図４に示されるように、反射部３０がスラスト方向へずれた場合でも、軸３３の側面は摺動性の良いフランジ部５２に当接するため、摺動性をある程度維持することができる。

コイルスプリング４０は、ホルダ３２（反射部３０）をスラスト方向（ＬＲ方向）に対して押圧するバネである。具体的には、フランジ部５２（滑り軸受５０）と接する点と、軸３３と接する点とを固定端として、ホルダ３２をＲ方向に対して押し出す様に押圧している。すなわち、図示されたコイルスプリングは、自由高さより縮められた状態にある。

図５を参照しつつ、コイルスプリング４０と軸３３の形状について詳細に説明する。

軸３３は、更に係止部３３５を有する。係止部３３５は、コイルスプリング４０が軸３３（ホルダ３２）を押圧するべく、コイルスプリング４０が係止される様に設けられた形状である。一例として、係止部３３５は、軸３３が形成する円柱形状の外形内部に形成された、円周方向に突出した形状を成す。係止部３３５は図６に示される形状以外であっても、後述のコイルスプリングの屈曲腕部４１（被係止部、係止端）が引っかかることで固定される形状であればよい。

コイルスプリング４０は、更に屈曲腕部４１（係止端）と座部４２（固定端）を有する。座部４２は、滑り軸受５０と接することで、弾性力を発揮するための一方の固定端（支点）となる。屈曲腕部４１は、軸３３に係止される被係止部であって、弾性力を発揮するための他方の固定端（力点）となる。

すなわち、コイルスプリング４０は、ホルダ３２を軸３３（回転軸Ａ）のスラスト方向において反射部３０を下ケース１２（筐体）に自身の弾性力を以て押圧する弾性部材の一例である。

また、受け部３２２は、コイルスプリング４０が発生する弾性力に応じて下ケース１２からもたらされる反力を、滑り軸受５０の周囲で、受ける構成を採っている。この構成では、弾性力により反射部３０に与えられる応力が、反射鏡３１を介さずに、短いルート（係止部３３５、軸３３、ホルダ３２の一部、受け部３２２）でしか伝わらない。なお、滑り軸受５０の周囲とは、少なくとも反射鏡３１より軸３３に近い部分のことを指す。

ヘッドアップディスプレイは、一般的に光学部材（表示器や鏡、筐体）などに歪みが生じると、最終的に虚像の歪みを引き起こしてしまう。その点、上述の構成であれば、軸３３やホルダ３２の一部には力が加わるものの、速やかに受け部３２２へ力が逃げるため、結果的に反射鏡３１は弾性力により歪まされることなく、スラスト方向の位置決めを行える。

＜組付け手順＞
図６Ａ～図６Ｄ，図７Ａ～図７Ｃを参照しつつ、ホルダ３２とすべり軸受５０が下ケース１２へ装着される態様の一例を説明する。

（図６Ａ）
下ケース１２は、軸３３の直径以上かつ筒部５１の外径未満の幅の切り欠き１２２と、これに連結して設けられた筒部５１の外径程度の孔である圧入孔１２１とを有する。
（図６Ｂ，図６Ｃ）
ホルダ３２は、滑り軸受５０が圧入されていない状態で切り欠き１２２を通過して圧入孔１２１へ挿入される。
（図６Ｄ）
挿入後、ホルダ３２は、滑り軸受５０が圧入孔１２１へ圧入されることで、下ケース１２へ回転可能に装着される。
（図７Ａ，図７Ｂ）
圧入後、コイルスプリング４０が、スラスト方向から軸３３へ挿入されることで、仮装着される。この際、屈曲腕部４１を押圧することで、コイルスプリング４０を圧縮する。
（図７Ｃ）
屈曲腕部４１の基部４１２が係止部３３５を通過する程度に圧縮されたときに、図面内において反時計回りにコイルスプリング４０を回転する。これにより、屈曲腕部４１の先端４１１が固定部３３６の凹みへ固定される。すなわち、図７Ｃに示される状態では、コイルスプリング４０は押しバネとして機能するべく圧縮された状態が維持されている。

なお、係止部３３５の形状を反転し、時計回りにコイルスプリング４０を回転することで固定する構成も考えられるが、その際はコイルスプリング４０のバネ形状が開かれる方向に力を受ける。また、座部４２とフランジ部５２の間で何らかの原因で引っかかりが生じていると、より力を受ける。このバネの開きは、コイルスプリング４０のバネ係数に大きく影響を与えるため、図面の様に、コイルスプリングの巻き形状に沿う方向に、係止部３３５は形成されることが望ましい。

［変形例］
なお、本発明のヘッドアップディスプレイ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。

受け部３２２が２箇所に形成された構成を例示したが、より多い箇所に形成されていても良い。その場合も、受け部３２２の各箇所は、回転軸Ａに対して対称に形成されていることが好ましい。

図６Ａでは、ホルダ３２が下ケース１２へ装着される際に、挿入角度が一定に保たれるように、受け部３２２をガイドする溝形状が下ケース１２に形成されていても良い。この溝形状は、切り欠き１２２に沿う形状であるとよい。なお、溝形状が装着後の反射部の回転を阻害しないよう、溝形状の末端では回転軸Ａを中心とする溝形状が形成されていても良い。

上述の実施形態では、滑り軸受５０と圧入孔１２１とからなる軸受部を例に説明を行ったが、軸受部の構成はこれに限られるものではなく、軸３３を回転可能に固定できる軸受形状であればよい。例えば、転がり軸受と圧入孔から構成されていてもよいし、下ケースに設けられた孔（Ｕ字状など）から構成されていてもよい。

Ｃ 車両
ＷＳ ウインドシールド（反射透過部材の一例）
ＥＰ 視点
Ｖ 虚像
Ａ 回転軸
Ｌｉ，Ｌｔ，Ｌｃ，Ｌｓ 表示光

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
１１ 上ケース
１１１ 窓部
１２ 下ケース
２０ 表示部
３０ 反射部
３１ 反射鏡
３２ ホルダ
３２１ ホルダレバー
３２２ 受け部
３３ 軸
３３１ 凸部
３３２ 凹部
３３５ 係止部
４０ コイルスプリング
５０ 滑り軸受
５１ 筒部
５２ フランジ部

Claims (2)

1. 表示光を出射する表示部と、
   前記表示光を反射する反射面を有し、一対の軸を中心に回転することで前記表示光を反射する方向を調整可能な反射部と、
   前記軸をそれぞれ支持する軸受を有し、前記表示部及び前記反射部を収容する筐体と、
   一方の前記軸に係止される係止端と、前記一方の軸を支持する一方の前記軸受の周囲に固定される固定端を有し、前記軸のスラスト方向において自身の弾性力を以て前記反射部を前記筐体側に押圧する弾性部材と、
   を備え、
   前記筐体から前記反射部へ向かって生じる反力を受ける受け部が、前記反射部の前記一方の軸の周囲に設けられる
   ヘッドアップディスプレイ。
2. 前記反射部は、前記反射部を有する反射鏡と、前記軸を有し前記反射鏡が固定されるホルダを設け、
   前記受け部は、前記ホルダのうち前記一方の軸の周囲の面から突出する突起で形成され、前記筐体と当接することで前記反力を受ける
   請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
   

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