JP6455268B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の画像を表す表示光を反射する反射部材を回動可能に支持する支持構造を有するヘッドアップディスプレイ装置に関する。

特許文献１には、反射部材を回転可能に支持する第１支持部と、反射部材の一端部に設けられ第１支持部に支持される第１被支持部と、が実質的に点接触または線接触して組み付けられると共に、第１弾性部材Ｓ１によって反射部材の回転軸方向に第１被支持部と第１支持部とを互いに押しつける反射部材の支持構造を有するヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）が開示されている。このＨＵＤ装置の構成によれば、車両の走行などにより生じた揺れが伝達してＨＵＤ装置が振動しても反射部材の振動が抑制されて、結果的に視認される表示像のぶれが低減できる。

特開２０１４−８５５３９号公報

しかしながら、第１被支持部と第１支持部とを互いに押しつける第１弾性部材Ｓ１の位置決めに改善の余地があり、車両の走行などにより生じた揺れが伝達してＨＵＤ装置が振動した状態にあるときに、反射部材の回動を繰り返すと第１弾性部材が第１被支持部を第１支持部に押し付ける力が、第１支持部の回転軸に沿う方向からずれて第１弾性部材と第１被支持部とが点接触または線接触で摺動せずに異音が発生する虞があった。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされてものであり、与えられた振動により異音が発生する虞を低減できるヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、
画像を表す表示光を出射する表示器と、
前記表示光を反射する反射部と、
前記反射部の端部に設けられ、円筒状の軸部を有する被支持部と、
前記軸部が挿通され前記被支持部を前記軸部を中心に回転可能に支持する支持部と、
一端部に孔部が形成され、前記孔部の中心軸を通る他端部に前記孔部に向かって凸となる球面の凸部が形成された断面コの字状の弾性部材と、を備え、
前記被支持部が前記支持部に支持された状態で、前記軸部の先端が孔部に挿通され、前記軸部の末端側内周縁が前記凸部に当接して、前記弾性部材の前記一端部と前記他端部の内面で前記被支持部と前記支持部を互いに押しつける
ことを第１の特徴とする。

また、第１の特徴を備えたヘッドアップディスプレイ装置の
前記弾性部材は、前記孔部側の端部に傾斜部を有し、
前記軸部の前記孔部に挿通される側の先端に前記傾斜部を案内する傾斜面を有する
ことを第２の特徴とする。

また、第１の特徴または第２の特徴を備えたヘッドアップディスプレイ装置の
前記被支持部には、所定間隔で設けられた複数の球面が形成され、
前記支持部には、前記球面と当接する摺動面が前記所定間隔で形成されている
ことを第３の特徴とする。

本発明によれば、与えられた振動により異音が発生する虞を低減できるヘッドアップディスプレイ装置を提供できる。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置の構成を示す概略断面図である。 （ａ）は、同ＨＵＤ装置が備える反射部及び反射部回転機構の斜視図である。（ｂ）は、同ＨＵＤ装置が備える反射部及び反射部回転機構の分解斜視図である。 反射部及び反射部回転機構を、図２（ａ）に示す矢視Ａの方向から見た図である。 （ａ）は、反射部を構成する第１被支持体の正面図である。（ｂ）は、同図（ａ）に示すＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）は、反射部回転機構を構成する第１支持体の正面図である。（ｂ）は、同図（ａ）に示すＤ−Ｄ断面図である。 （ａ）は、第１被支持体と第１支持体とを挟持する第１弾性部材の斜視図である。（ｂ）は、第１弾性部材の断面図である。 反射部及び反射部回転機構の一部構成の図３に示すＣ−Ｃ断面図である。 反射部及び反射部回転機構の変形例を示す斜視図である。

本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置を図面を参照して説明する。

ＨＵＤ装置１００は、例えば自動車に搭載されるものであり、図１等に示すように、筐体１と、表示器２と、平面鏡３と、反射部材４０を有する反射部４及び反射部回転機構５（図２（ａ）、（ｂ）参照）と、図示しない回路基板と、を備える。なお、図１では、反射部４における反射部材４０以外の構成と反射部回転機構５とを省略している。

ＨＵＤ装置１００は、表示器２が出射した所定の画像を表す表示光Ｌを、平面鏡３と反射部４とで反射させ、ＨＵＤ装置１００が搭載される車両のフロントガラス２００に照射して表示を行う。ＨＵＤ装置１００がこのように表示する内容は、車両の走行速度や各種警告などの車両情報、ナビゲーション情報等である。

筐体１は、例えば黒色の合成樹脂から形成され、表示器２、平面鏡３、反射部４、反射部回転機構５、及び、回路基板（図示せず）を内部に収容する。筐体１のフロントガラス２００に対向する部分には、後述する表示光Ｌをフロントガラス２００に通過させる開口部１０が形成され、この開口部１０は、透光性カバー１１に覆われている。

表示器２は、所定の情報（各種車両情報やナビゲーション情報等）を報知するための画像（報知画像）を表す表示光Ｌを出射するものであり、例えば、液晶パネルとバックライト用光源から構成される透過型液晶ディスプレイ、又は、自発行型ディスプレイから構成される。

平面鏡３は、表示器２が出射した表示光Ｌを、反射部４に向けて反射させるものである。

反射部４は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、平面鏡３で反射した表示光Ｌをさらに反射させ、フロントガラス２００に向けて出射する反射部材４０と、後述する第１被支持体６及び第２被支持体８と、を有する。反射部材４０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成した凹面鏡からなる。

反射部材４０で反射した表示光Ｌは、筐体１の開口部１０に設けられた透光性カバー１１を透過して、フロントガラス２００に向かう。フロントガラス２００に到達し、反射された表示光Ｌは、フロントガラス２００の前方位置Ｆ（図１参照）に報知画像の虚像（観察者Ｅに視認される表示像）を形成するとともに、前方からの光を透過する。これにより、ＨＵＤ装置１００は、虚像と前方に実際に存在する外景等の双方を、観察者Ｅ（主に車両の運転者）に視認させることができる。

反射部回転機構５は、反射部４を回転軸線ＡＸ周りに回転させるものであり、図２（ａ）、（ｂ）等に示すように、第１支持体７と、第１弾性部材Ｓ１と、第２支持体９と、第２弾性部材Ｓ２と、を備える。

なお、図２（ａ）、（ｂ）〜図４には、回転軸線ＡＸと平行なＸ軸を矢印で示した。以下では、反射部回転機構５の構成の理解を容易にするために、Ｘ軸を示す矢印が向く方向を「＋Ｘ方向」、その反対方向を「−Ｘ方向」として、適宜、反射部回転機構５の各部を説明する。

反射部４に設けられた第１被支持体６は、例えば所定の合成樹脂から形成され、第１支持体７に回転軸線ＡＸ周りに回転可能に支持される部材である。第１被支持体６は、反射部材４０の−Ｘ方向側端部に取り付けられ、固定されることで、反射部材４０に対して不動となっている（なお、第１被支持体６は反射部４と一体的に形成されてもよい）。第１被支持体６には、−Ｘ方向に突出する部分である第１被支持部６０が設けられている（図２（ｂ）、図４参照）。第１被支持部６０については、後に詳述する。

第１支持体７は、例えば所定の合成樹脂から形成され、筐体１に取り付けられることで、筐体１に対して不動となる部材であり、第１被支持体６を支持するものである。第１支持体７には、第１被支持部６０と当接し、第１被支持部６０を支持する部分がある第１支持部７０（図２（ｂ）、図４参照）が設けられている。第１支持部７０については、後に詳述する。

また、第１支持体７は、モータ７１と歯車７２とを保持する部材として構成されている。モータ７１は、反射部４を回転軸線ＡＸ周りに回転させるための動力を発生させるものであり、例えばステッピングモータからなる。モータ７１の回転軸（図示せず）には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ねじ歯車７１ａが取り付けられている。歯車７２は、第１支持体７にＸ方向に沿うシャフト７３を介して、回転軸線ＡＸと平行な軸周りで回転可能に保持されており、ねじ歯車７１ａと締結する。また、歯車７２は、第１被支持体６に形成されたギア部６２と締結する。モータ７１により、ねじ歯車７１ａが回転すると、これと締結する歯車７２が回転する。歯車７２は、反射部４の第１被支持体６に形成されたギア部６２とも締結しているため、モータ７１の動力により、反射部４が回転軸線ＡＸ周りに回転する。
反射部回転機構５では、このようにモータ７１の動力を、ねじ歯車７１ａ及び歯車７２を介して、反射部４に伝達することで、反射部４を回転軸線ＡＸ周りに回転させることができる。

第１弾性部材Ｓ１は、断面略コの字状をなすアルミニウムなどの金属製の板バネからなる。第１弾性部材Ｓ１は、第１被支持部６０と第１支持部７０とに組み付けられ、断面略コの字状の内面によって第１被支持部６０と第１支持部７０とを挟持する。第１弾性部材Ｓ１については、後に詳述する。

反射部４に設けられた第２被支持体８は、第２支持体９に回転軸線ＡＸ周りに回転可能に支持される部材である。第２被支持体８は、反射部４の＋Ｘ方向側端部に位置し、反射部材４０に対し不動となっている。第２被支持体８は、例えば、反射部材４０と一体的に形成されるか、反射部材４０に固定されている。第２被支持体８は、＋Ｘ方向に突出する第２被支持部８０を有する（図２（ｂ）参照）。

第２支持体９は、例えば所定の合成樹脂から形成され、筐体１に取り付けられることで、筐体１に対して不動となる部材であり、第２被支持体８を支持するものである。第２支持体９には、第２被支持部８０と当接し、第２被支持部８０を支持する部分である第２支持部９０（図２（ｂ）参照）が設けられている。

第２弾性部材Ｓ２は、図２（ｂ）に示すような断面略コの字状をなすアルミニウムなどの金属製の板バネからなる。第２弾性部材Ｓ２は、第２被支持部８０を第２支持部９０に押し付けるように配設されている。

図示しない回路基板は、例えば筐体１内の所定位置に配設され、ＣＰＵとＲＡＭとＲＯＭ等の演算装置と記憶装置を組み合わせたマイクロコントローラからなる制御部（図示せず）を実装したプリント回路板である。回路基板の制御部は、表示器２及びモータ７１の各々と電気的に接続されている。制御部は、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等の外部装置（図示せず）から通信ラインにより伝送される車両の状態情報を取得し、これに応じて表示器２を駆動する（つまり、表示器２に所定の報知画像を表示させる）。また、ＨＵＤ装置１００には、観察者Ｅ等のユーザが、反射部４の角度を調整するための入力手段（図示せず）が設けられており（この入力手段は、制御部と電気的に接続されたＨＵＤ装置１００の外部装置であってもよい）、制御部は、ユーザの入力手段からの操作内容に応じて、モータ７１を駆動し、モータ７１の回転軸を所定の角度だけ回転させる。これにより、反射部４は、回転軸線ＡＸ周りに回動可能となっている。

ここからは、第１被支持部６０、第１支持部７０、及び第１弾性部材Ｓ１とについて詳細に説明する。

第１被支持部６０は、図２（ｂ）に示すように、回転軸線ＡＸに沿って反射部４の一端部（−Ｘ方向側の端部）に設けられ、−Ｘ方向に突出する形状（凸形状）をなしている。一方、第１被支持部６０を支持する第１支持部７０は、図２（ｂ）に示すように、第１被支持部６０が挿入される孔部（凹部）として形成されている。第１弾性部材Ｓ１は、第１支持部７０に第１被支持部６０が組み付けられた状態でこれらを挟んで、第１支持部７０に第１被支持部６０を押し付ける。

第１被支持部６０は、図４に示すように、貫通穴６３ａを有する円筒状の軸部６３と、軸部６３を中心に１２０°間隔で３つ設けられた球面部６４とから構成されている。軸部６３の先端部には傾斜面６３ｂが形成されている。第１被支持部６０は、軸部６３が円筒状となっていることや、球面部６４が所定間隔で複数設けることにより、第１被支持部６０を射出成型などの金型を用いて成形する際のヒケ（成形収縮によって生じるへこみや窪み）の発生が抑制される。

第１支持部７０は、図５に示すように軸部６３よりも一回り大きい円筒形状の孔からなる第１孔部７４と、第１孔部７４と連通する第２孔部７５とから構成されている。第１孔部７４と第２孔部７５には軸部６３が挿通され、第１孔部７４が軸部６３を収容し、第２孔部７５が球面部６４を収容する。また、第２孔部７５を形成する内面には、回転軸線ＡＸ方向に高さを有する三角錐の側面に沿う形状からなる摺動面が形成されており、このそれぞれの摺動面が球面部６４と対になって当接する。第１支持部７０の第１孔部７４の縁周辺には第１孔部７４を囲って***する凸部７６が形成されている。

第１弾性部材Ｓ１は、図６に示すように、一端部Ｓ１ａと他端部Ｓ１ｂとで挟持する断面コの字状の板バネである。第１弾性部材Ｓ１の一端部Ｓ１ａには孔部Ｓ１ｃが設けられており、他端部Ｓ１ｂには孔部Ｓ１ｃに向かって凸となる球面の凸部Ｓ１ｄが設けられている。また、第１弾性部材Ｓ２の一端部Ｓ１ａの端部には、外側へ反るように屈曲した傾斜部Ｓ１ｄが設けられ、第１弾性部材Ｓ１の他端部Ｓ１ｂの端部内側にはフック部Ｓ１ｆが設けられている。

図７に示すように、第１被支持部６０は、軸部６３が第１孔部７４に挿通されて、軸部６３の傾斜面６３ｂが形成された先端が第１孔部７４が突出するように第１支持部７０に組み付けられる。
また、第１弾性部材Ｓ１は、第１支持部７０に組み付けられた第１被支持部６０に装着される。第１弾性部材Ｓ１の装着は、第１支持部７０の凸部７６と一端部Ｓ１ａの内面が線接触するように、第１孔部７４から突出した第１被支持部６０の軸部６３の傾斜面６３ｂが形成された一端が孔部Ｓ１ｃに挿通されると共に、軸部６３の他端側（末端）の内周縁と他端部Ｓ１ｂの凸部とが線接触するようになされる。

このように第１支持部７０に組み付けられた第１被支持部６０に第１弾性部材Ｓ１が装着されると、第１支持部７０と第１被支持部６０とは、第１弾性部材Ｓ１の一端部Ｓ１ａと他端部Ｓ１ｂの内面とで挟持されて、第１被支持部６０と第１支持部７０との間に隙間がなくなりガタツキが低減した状態で、第１被支持部６０が第１支持部７０に押圧固定される。
そして、第１被支持部６０と第１支持部７０とは、球面部６４と第２孔部７５とが実質的に点接触または線接触状態となり、接触抵抗が極力抑制されたかたちで、第１被支持部６０が第１支持部７０に回転可能に支持される。
また、装着された第１弾性部材Ｓ１は、一端部Ｓ１ａの内面と第１支持部７０の凸部７６とが線接触し、軸部６３の他端側（末端）の内周縁と他端部Ｓ１ｂの凸部Ｓ１ｄとが線接触して第１弾性部材Ｓ１が第１被支持部６０の貫通穴６３ａに位置決めされて、第１被支持部６０の回転を阻害することなく共に回転する。これにより、第１弾性部材Ｓ１の挟持によって第１支持部７０に第１被支持部６０を押圧する力Ｆ１が、軸部６３の中心（回転軸線ＡＸ）に沿った方向からずれる虞が低減され、異音の発生が抑制される。

また、第１弾性部材Ｓ１を装着するにあたっては、傾斜部Ｓ１ｄが軸部６３の傾斜面６３ｂに沿って案内されて装着し易くなっていると共に、装着後はフック部Ｓ１ｆによって脱落が防止されている。

以上に説明したＨＵＤ装置１００は、画像を表す表示光Ｌを出射する表示器２と、表示光Ｌを反射する反射部４と、反射部４の端部に設けられ、円筒状の軸部６３を有する被支持部６０と、軸部６３が挿通され被支持部６０を軸部６３を中心に回転可能に支持する支持部７０と、一端部Ｓ１ａに孔部Ｓ１ｃが形成され、孔部Ｓ１ｃの中心軸を通る他端部Ｓ１ｂに孔部Ｓ１ｃに向かって凸となる球面の凸部Ｓ１ｄが形成された断面コの字状の弾性部材Ｓ１と、を備え、被支持部６０が支持部７０に支持された状態で、軸部６３の先端が孔部Ｓ１ｃに挿通され、軸部６３の末端側内周縁が凸部Ｓ１ｄに当接して、弾性部材Ｓ１の一端部Ｓ１ａと他端部Ｓ１ｂの内面で被支持部６０と支持部７０を互いに押しつける。
このように構成することで、被支持部（第１被支持部）６０の円筒状の軸部６３の先端が第１弾性部材Ｓ１の孔部Ｓ１ｃに挿通されると共に、円筒状の軸部６３の他端側（末端）の内周縁と他端部Ｓ１ｂの凸部Ｓ１ｄの球面とが線接触して位置決めされる。その結果、第１弾性部材Ｓ１による被支持部（第１被支持部）６０と支持部（第１支持部）７０とを互いに押しつける力Ｆ１が、被支持部（第１被支持部）６０の軸部６３の中心（回転軸線ＡＸ）からずれる虞が少ない。これにより、車両の走行などにより生じた揺れが伝達してＨＵＤ装置１００が振動していても、被支持部（第１被支持部）６０の軸部６３の中心（回転軸線ＡＸ）からずれることなく、異音の発生が抑制される。

以上、本発明の一実施形態に係るＨＵＤ装置１００を説明した。本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で実施形態及び図面に変更（構成要素の削除を含む）を加えることができる。

例えば、本発明は、図８に示すように、反射部４に設けられた第１被支持体６と、第１被支持体６を回転軸線ＡＸ周りに回転可能に支持する第１支持体７と、を回転軸線ＡＸと直交する方向に互いに引く第３弾性部材を設けることが好ましい。第３弾性部材によって常に第１被支持体６と第１支持体７とを回転軸線ＡＸと直交する方向で引き合うように付勢することで、モータ７１や、モータ７１の動力を伝えるねじ歯車７１ａや歯車７２のバックラッシュをなくし、ガタツキが低減されて、耐振動性が向上する。

本発明は、車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置として好適である。

１００ ：ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
１ ：筐体
２ ：表示器
３ ：平面鏡
４ ：反射部
４０ ：反射部材
６ ：第１被支持体
６０ ：第１被支持部
６３ ：軸部
６３ａ ：貫通穴
６３ｂ ：傾斜面
６４ ：球面部
７ ：第１支持体
７０ ：第１支持部
７４ ：第１孔部
７５ ：第２孔部
Ｓ１ ：弾性部材
Ｓ１ａ ：一端部
Ｓ１ｂ ：他端部
Ｓ１ｃ ：孔部
Ｓ１ｄ ：凸部
Ｓ１ｅ ：傾斜部
Ｓ１ｆ ：フック部

Claims (3)

1. 画像を表す表示光を出射する表示器と、
   前記表示光を反射する反射部と、
   前記反射部の端部に設けられ、円筒状の軸部を有する被支持部と、
   前記軸部が挿通され前記被支持部を前記軸部を中心に回転可能に支持する支持部と、
   一端部に孔部が形成され、前記孔部の中心軸を通る他端部に前記孔部に向かって凸となる球面の凸部が形成された断面コの字状の弾性部材と、を備え、
   前記被支持部が前記支持部に支持された状態で、前記軸部の先端が孔部に挿通され、前記軸部の末端側内周縁が前記凸部に当接して、前記弾性部材の前記一端部と前記他端部の内面で前記被支持部と前記支持部を互いに押しつける
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
2. 前記弾性部材は、前記孔部側の端部に傾斜部を有し、
   前記軸部の前記孔部に挿通される側の先端に前記傾斜部を案内する傾斜面を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
3. 前記被支持部には、所定間隔で設けられた複数の球面が形成され、
   前記支持部には、前記球面と当接する摺動面が前記所定間隔で形成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。