JP6503717B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、傾動させることができる凹面鏡を内蔵する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1参照)。
特許文献1の図1に示されるよう、表示装置(12)(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)から表示光(L)がフロントガラス(13)に照射される。車両の運転席に着座している運転者(14)は、この照射によって得られた表示像(V)をフロントガラス(13)越しに視認することができる。
運転者(14)が交替すると、体格差(座高差)に基づいて眼の高さが変わる。この変化に対応するように、表示光(L)の位置を変更する技術が、特許文献1に開示されている。
すなわち、特許文献1の図2に示される表示装置(12)は、表示光(L)の出射角度を調節することができる第2反射器(40)を備えている。
第2反射器(40)の一形態が、特許文献1の図8に示されており、表示光を反射する凹面鏡(41)と、この凹面鏡(41)を保持する樹脂製のミラーホルダ(60)とを備え、図8中、左方に位置するミラーホルダ(60)の側面部(61)に、ミラーホルダ(60)をハウジング(50)に設けたボス部(54)の被取付部(54a)に取り付けられるための第1の軸部(62)を設け、第1の軸部(62)には、第1の軸部(62)が被取付部(54a)に取り付けられた際に、第1の軸部(62)に作用する応力を吸収する応力吸収部(62a)が設けられているものである。
さらには、アクチュエータとしてのステッピングモータ(42a)の駆動軸(42b)先端に出力ギヤ(42c)が固定され、第2の軸部(63)の先端側に上記出力ギヤ(42c)と噛み合うように歯車部(63a)が一体形成されている。ここで、第2の軸部(63)は、図8中、右方に位置するミラーホルダ(60)の側面部(61)に設けられている。
そして、凹面鏡(41)がハウジング(50)に取り付けられた状態(つまり第1の軸部(62)が凹部形状の被取付部(54a)に軸受け保持された状態)で、ステッピングモータ(42a)が駆動すると、ステッピングモータ(42a)による駆動力が、出力ギヤ(42c)を介して歯車部(特許文献1図5、符号48a)に伝達する。かかる歯車部(48a)への動力(駆動力)の伝達に伴い、歯車部(48a)が回転軸線(特許文献1図5、符号RA)を中心として回転し、ミラーホルダ(60)及び該ミラーホルダ(60)で保持された凹面鏡(41)が、回転軸線(RA)を中心として所定角度だけ回転(傾動)する構成となっている。
以上により、運転者の目の高さの変更に対応して、表示光の位置を変更することができる。
しかしながら、ステッピングモータ(42a)からの駆動力を受けてミラーホルダ(60)及び凹面鏡(41)が回動する際、第1の軸部(62)が被取付部(54a)に軸受け保持されていることで、第2の軸部(63)の付近に位置するミラーホルダ(60)箇所に応力が集中することが考えられる。この現象は、ミラーホルダ(60)を比較的硬質の樹脂で形成した場合であっても起こり得る。また、この現象は応力吸収部(62a)の有無に関係なく起こり得る。
結果、第2の軸部(63)の付近に位置するミラーホルダ(60)箇所にねじれ(変形)が発生する。
また、別の観点から考察すると、被取付部(54a)と第1の軸部(62)の間には不可避的に摩擦に起因する抵抗力(抵抗トルク)が発生する。被取付部(54a)から最も遠い部位にある第2の軸部(63)がステッピングモータ(42a)で回されると、抵抗を受けている第1の軸部(62)に対して、被取付部(54a)から遠い第2の軸部(63)の回転角が大きくなる。結果、第2の軸部(63)の付近に位置するミラーホルダ(60)箇所にねじれ(変形)が発生する。
このねじれ(変形)の発生に伴って、上述した運転者(14)がフロントガラス(13)越しに視認する表示像(V)がゆがみ、表示像(V)の表示品質が損なわれるという問題点があり、この点の更なる改良の余地が残されている。
特開2012−133244号公報
本発明は、前述の課題に対して対処するため、運転者が視認する表示像の表示品質を向上させることが可能な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、ハウジングと、このハウジングに収納され表示ユニットからの表示光を反射させる反射ミラーと、前記ハウジングに収納されるとともに前記ハウジングに回転可能に取付けられ前記反射ミラーを支えるミラーホルダとを備え、
前記反射ミラーで反射された前記表示光を投影部材に照射し、この照射によって得られた表示像を運転者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記ミラーホルダは、取付部材を介して前記ハウジングで支えられ、
前記ミラーホルダの両端から、前記ミラーホルダの長手方向に沿って第1軸部及び第2軸部が各々延ばされ、前記取付部材に、前記第1軸部を回転自在に支える第1筒状軸受及び前記第2軸部を回転自在に支える第2筒状軸受が設けられ、
前記第1筒状軸受に鋼球が置かれ、前記第2筒状軸受と前記第2軸部との間にこの第2軸部を前記鋼球側へ付勢する付勢部材が置かれ、
前記ミラーホルダの長手方向に沿った方向においては、前記第1筒状軸受に前記鋼球が当たり、この鋼球に前記第1軸部が当たるようにしたことを特徴とする。
請求項2に係る発明では、ハウジングに収納され反射ミラーの角度を調整するようにミラーホルダの位置を調整する位置調整手段を備え、
ミラーホルダは、その下辺の略中央から下方に向けて突出する突出片を備え、この突出片を位置調整手段で移動するようにしたことを特徴とする。
請求項3に係る発明では、、位置調整手段は、ミラーホルダの長手方向に直交する方向に延びる送りねじと、この送りねじを回すステッピングモータと、送りねじで送られ突出片を挟む第1壁及び第2壁を有する移動部材とを備え、
第1壁と突出片の間に第1板ばねが介設され、第2壁と突出片の間に第2板ばねが介設され、突出片が第1第2板ばねで常に付勢されるようにしたことを特徴とする。
請求項1に係る発明では、第1軸部と鋼球は1点で接触する。このように第1軸部と鋼球とは、1点で接触し、接触面積が極く小さくなる。これにより金属材料にて形成された鋼球と1点で接することになる第1軸部の摩耗が抑制され、第1軸部の耐久性を向上させることができるという利点がある。
請求項2に係る発明では、位置調整手段の作動時に、突出片からミラーホルダに作用する応力は、ミラーホルダの中央から左右方向へ均等にされる。従来のようにミラーホルダの一部(第2軸部の付近に位置するミラーホルダ箇所)に局部的に応力が集中する虞は、本発明ではない。結果、当該ミラーホルダ箇所でのねじれ(変形)が大幅に抑制され、これに伴い運転者はゆがみが抑制された表示像を視認でき、表示像の表示品質が向上するという利点がある。
請求項3に係る発明では、ミラーホルダから延びる突出片は、第1壁と第2壁とで単に挟むのではなく、第1第2板ばねで付勢するようにした。突出片の傾きが変化しても、突出片と第1第2板ばねの間に隙間ができることはなく、移動部材から第1第2壁及び第1第2板ばねを介して軸力(ミラーホルダを回転軸を中心として回転させるための力)が突出片に伝達される。結果、ミラーホルダが、がたつく心配は無く、表示像の像ぶれの発生を抑制することができる。
本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。 ヘッドアップディスプレイ装置の要部の分解図である。 ミラーホルダ及びステイの斜視図である。 付勢部材の取付形態を示す図である。 第2軸部と第2筒状軸受の取付形態を示す断面図である。 鋼球と第1軸部と第1筒状軸受の取付形態を示す断面図である。 鋼球の作用を説明する図である。 位置調整手段の斜視図である。 第1・第2板ばねの作用図である。
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。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置10は、例えば自動車等の車両に搭載されるもので、ハウジング11と、このハウジング11に収納される表示ユニット12及びバックライトユニット13と、ハウジング11に収納される平面鏡14及び凹面鏡(反射ミラー)15と、ハウジング11に収納され凹面鏡15の傾き角度を調整する位置調整手段60とを備えている。反射ミラー15は、凹面鏡の他、平面鏡、その他の反射鏡であればよく、種類や形態は問わない。
表示ユニット12は、バックライトユニット13からの光を受けて、表示光16を生成する。生成された表示光16は、平面鏡14で反射され、この反射光が凹面鏡15で反射される。
すなわち、表示ユニット12及びバックライトユニット13を通じて生成され、平面鏡14及び凹面鏡15で反射された表示光16は、車両のフロントガラス(投影部材)17へ照射される。車両の運転席に着座している運転者(車両の利用者)18は、この照射によって得られた表示像19をフロントガラス17越しに視認する。表示像19の内容は、例えば各種車両情報やナビゲーション情報である。投影部材17は、フロントガラスの他、反射体など表示光16を投射(照射)することができる部材であればよく、種類や形態は問わない。
ハウジング11は、例えば黒色の樹脂成形品であり、表示ユニット12、バックライトユニット13、平面鏡14、凹面鏡15、位置調整手段60を収納するほか、フロントガラス17に対向する面に、表示光16を通過させる開口部21を有すると共に開口部21を覆う透光性カバー22を有する。
図2に示すように、凹面鏡15は、両面粘着テープなどの接着層24を介してミラーホルダ30に取付けられる。
ミラーホルダ30の詳細な形状は後述するが、ミラーホルダ30は、第1軸部31及び第2軸部32を備え、第1筒状軸受41及び第2筒状軸受42を介してステイ(取付部材)40で支持される。ステイ40には、第1・第2筒状軸受41、42を上から挿入することができる第1・第2U字凹部43、44を備えている。取付部材40は、ステイの他、ブラケットでもよく、種類や形態は任意である。
ステイ40の詳細な形状は後述するが、上段床部45と、この上段床部45から下がっている下段床部46を有する。下段床部46に、ビス47、47にて位置調整手段60を固定することができる。上段床部45と下段床部46の高低差は、位置調整手段60の高さ寸法を考慮して決定される。好ましくは、上段床部45と下段床部46の高低差は、位置調整手段60の高さ寸法とほぼ等しくする。
また、ハウジング11には、底に断面コ字状の台部25が一体形成されており、台部25にビス26、26にて、ステイ40が固定される。
図3に示すように、ミラーホルダ30は、横長矩形の凹面鏡支持部33と、この凹面鏡支持部33の右辺33aから回転軸34に沿って右へ突出する第1ネック部35と、この第1ネック部35から更に右へ突出し第1ネック部35より小径の第1軸部31と、凹面鏡支持部33の左辺33bから回転軸34に沿って左へ突出する第2ネック部36と、この第2ネック部36に一体形成され第2ネック部36より大径である鍔部37と、この鍔部37から更に左へ突出し第1軸部31と同径の第2軸部32と、左辺33bから右辺33aまでの長さで定められるホルダ幅の中間(略中央)位置にて凹面鏡支持部33の下辺33cから下方へ突出された突出片38とを備えている。
突出片38は、凹面鏡支持部33から凹面鏡支持部33と平行に延びる第1延長部38aと、この第1延長部38aから略水平に延びる第2延長部38bと、この第2延長部38bの先端から下へ延びる第3延長部38cとからなり、この第3延長部38cは、使用状態で略鉛直に向く。すなわち、第3延長部38cを鉛直にするために、斜めの第1延長部38aと略水平の第2延長部38bを、介在させた。
ミラーホルダ30は、樹脂の成形品又は金属のプレス品が好適である。特に、樹脂の射出成形品であれば、複雑な形状のものを安価に且つ容易に得ることができる。
ステイ40は、中央(略中央を含む。)の下段床部46と、この下段床部46から左右に延びる上段床部45、45と、上段床部45、45の両端から上へ延びる右の側壁部48、左の側壁部49とからなる。
ステイ40は、樹脂の成形品又は金属のプレス品が好適である。特に、アルミニウム合金のプレス品であれば、軽量で且つ剛性に富むため、ミラーホルダ30の支持部材として好適である。
凹面鏡支持部33から右へ延びる第1軸部31は、鋼球51を介して有底筒形状の第1筒状軸受41に挿入される。第1筒状軸受41は、右の側壁部48に設けられている第1U字凹部43に上からセットされる。その後、軸受抑え52を右の側壁部48にビス53で固定する。これで、第1筒状軸受41の浮き上がりを防止し、第1筒状軸受41を固定することができる。第1筒状軸受41は、この例では円筒形状としたが、丸穴を有する角筒形状であってもよい。角筒形状の方が、回転を容易に防止できる。
凹面鏡支持部33から左へ延びる第2軸部32は、有底筒形状の第2筒状軸受42に挿入される。第2筒状軸受42は、左の側壁部49に設けられている第2U字凹部44に上からセットされる。その後、軸受抑え52を左の側壁部49にビス53で固定する。これで、第2筒状軸受42の浮き上がりを防止し、第2筒状軸受42を固定することができる。左側には鋼球51は使用しない。代わりに、鍔部37と左の側壁部49の間に付勢部材54を介在させる。第2筒状軸受42も、この例では円筒形状としたが、丸穴を有する角筒形状であってもよい。
すなわち、図4に示すように、付勢部材54は、左の側壁部49を起点にして、鍔部37を押し出す。付勢部材54の固定方法は任意であるが、例えば、ビス55で左の側壁部49に固定する。なお、付勢部材54は、板ばねが、安価であり、適当であるが、圧縮コイルばねであってもよい。
図5に示すように、第2筒状軸受42は、非回転部材であり、第2軸部32が回転部材である。第2筒状軸受42は、第2軸部32を回転自在に支える滑り(すべり)軸受である。第2筒状軸受42は、樹脂製、金属製を問わないが、耐久性の点ではメタルと呼ばれる金属製軸受が適している。
図6に示すように、第1筒状軸受41は、底にV字断面を呈する凹部56を有している。この凹部56に鋼球51を置き、その上で第1筒状軸受41に第1軸部31を嵌合する。第1筒状軸受41も非回転部材であり、第1軸部31が回転部材である。第1筒状軸受41は、第1軸部31を回転自在に支える滑り軸受である。第1筒状軸受41は、樹脂製、金属製を問わないが、耐久性の点ではメタルと呼ばれる金属製軸受が適している。
図7に示すように、鍔部37が付勢部材(図4、符号54)で、鋼球51側へ付勢されるため、第1軸部31が金属部材にて形成された鋼球51側に押圧される。この際、第1軸部31と鋼球51は1つの接触点P1で接するので、第1軸部31と鋼球51との接触面積が極く小さくなる。これにより、金属部材にて形成された鋼球51と1つの接触点P1で接することになる第1軸部31の摩耗が抑制され、第1軸部31の耐久性を向上させることができる。
また、鋼球51の作用は、別の面からも説明できる。
第1軸部31と第2軸部32との距離は、温度変化に伴う熱膨張、収縮により、僅かではあるが変化する。熱膨張を考慮して、第1軸部31と第1筒状軸受41との間、及び第2軸部32と第2筒状軸受42との間に、僅かな隙間を設定する。この隙間により、ミラーホルダ30の円滑な傾動を維持する。
鋼球51が無い場合には、図3に示すミラーホルダ30は、角度調整中に、回転軸34に沿った方向に僅かではあるが振れる(軸方向での往復移動)可能性がある。この振れは像(表示像19)の揺れを誘発するため、移動を制限することが求められる。
本発明では、鋼球51と付勢部材54を設けた。第1軸部31と第2軸部32との距離が減少すると付勢部材54が伸び状態となって第1軸部31を鋼球51に押圧する。第1軸部31と第2軸部32との距離が増大すると付勢部材54が縮み状態となって第1軸部31を鋼球51に押圧する。これにより、回転軸34に沿った方向での振れを抑制することができる。結果、ミラーホルダ30を安定的に角度調整することができ、像(表示像19)の揺れを防止することができる。
次に、位置調整手段60の詳細な構造を説明する。
図8に示すように、位置調整手段60は、底61aとこの底61aの一端から上へ延ばした前壁61bと底61aの他端から上へ延ばした後壁61cからなるブラケット61と、後壁61cに取付けたステッピングモータ62と、後壁61cを貫通して前壁61b側へ延びるモータ軸62aに接続され先端が前壁61bで回転自在に支持される送りねじ(リードスクリューとも呼ばれる。)64と、この送りねじ64と平行に延びて前壁61bと後壁61cで支持されるガイドロッド65と、送りねじ64にねじ込まれているナット66と、このナット66で支持され第1・第2壁67a、67bを有する移動部材67と、第1壁67aの第2壁67b側の面に取付けられた第1板ばね68と、第2壁67bの第1壁67a側の面に取付けられた第2板ばね69とを備えている。
ステッピングモータ62は、正確に送りねじ64を回す役割を果たす手段であり、サーボモータなどのロータリ型アクチュエータに変更することができる。
ガイドロッド65は、非回転部材であり且つ非移動部材であって、移動部材67を貫通している。ステッピングモータ62により、送りねじ64が回されると、非回転のナット66が移動し、このナット66と共に移動部材67が直線的に移動する。
図9(a)に示すように、突出片38の第3延長部38cを、第1板ばね68と第2板ばね69の間に挿入する。この挿入により、第1・第2板ばね68、69は弾性変形する。
図9(b)に示すように、第3延長部38cが鉛直線71に対して図時計回りにαだけ傾斜すると、第1板ばね68が伸び、第2板ばね69が縮む。このときであっても、第1・第2板ばね68、69が、第3延長部38cから離れることはない。
また、図9(c)に示すように、第3延長部38cが鉛直線71に対して図反時計回りにβだけ傾斜すると、第1板ばね68が縮み、第2板ばね69が伸びる。このときであっても、第1・第2板ばね68、69が、第3延長部38cから離れることはない。
結果、図1において、ミラーホルダ30及び凹面鏡15は、ガタつくことなく、滑らかに傾動する。
なお、角度αから角度βまで第3延長部38cが傾動するときに、この第3延長部38cは、円弧運動の一環で、上下にも移動する。板ばね68、69であれば、板ばね68、69に対して第3延長部38cが鉛直方向に滑る(スリップする)ため、円弧運動が妨げられないという利点もある。
次に、突出片38の位置について、検討する。
図3において、仮に、突出片38を廃止して、第2軸部32を回動手段で回すことを想定する。第1筒状軸受41の穴径と第1軸部31の軸径は近似しているため、製作誤差などで、はめあい(嵌合)が固くなることがある。この状態で、第2軸部32を回すと、凹面鏡支持部33の第2ネック部36の近傍に応力が集中することが懸念される。すなわち、凹面鏡支持部33が局部的に変形し、表示像の歪みが発生する虞がある。
この点、本発明のように略中央に突出片38を設け、この突出片38を介してミラーホルダ30を傾動させるようにすると、応力の集中が解消され、表示像の歪みが大幅に軽減される。
また、突出片38の位置については、捩れ角の大きさによって、説明することができる。
図3において、仮に、第1軸部31を抑えながら、第2軸部32を回すと、ミラーホルダ30は、ほぼ回転軸34回りにねじり変形が発生する。この変形量は第1軸部31からの距離に比例して増大する。すると、第2ネック部36の近傍において、凹面鏡支持部33のねじり量が増大し、表示像の歪みが顕著になる。
この点、本発明のようにミラーホルダ30の略中央に偶力(モーメント)を加えると、突出片38から第1軸部31までの距離及び突出片38から第2軸部32までの距離が、ミラーホルダ30の回転軸34に沿った長さの半分になる。距離が半分になるため、第1・第2ネック部35、36の近傍において、凹面鏡支持部33のねじり量が半減し、結果、表示像の歪みが大幅に軽減される。加えて、歪みが発生したとしても、表示像は左右均等に歪む。従来の技術のように、第2ネック部36近傍で局部的に表示像が歪むよりは、本発明による表示像の方が歪みが目立たなくなるという利点もある。
凹面鏡支持部33の右辺33aから突出片38までの距離を右の距離と呼び、凹面鏡支持部33の左辺33bから突出片38までの距離を左の距離と呼ぶ場合、右の距離と左の距離が等しいことが望まれる。しかし、右の距離と左の距離がほぼ等しくても、同等の作用、効果が発揮される。そこで、右の距離/左の距離の比率を、0.8〜1.2、好ましくは0.95〜1.05の範囲に設定する。
このように、突出片38は、ミラーホルダ30(凹面鏡支持部33)のホルダ幅の略中央に設けることで、所望の作用、効果を得ることができる。
尚、実施例では、平面鏡を備えたが、平面鏡を廃止し、表示ユニットからの表示光を直接凹面鏡へ照射するようにしてもよい。
また、実施例では、表示ユニット12から発せられる表示光16がフロントガラス(ウインドシールド)17に照射される例について説明したが、例えばフロントガラス17とは別の専用の反射体に表示光16を照射する構成としてもよい。
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置10は、陸上を走行する車両他、船舶、航空機に搭載することもできる。
本発明は、凹面鏡を内蔵するヘッドアップディスプレイ装置に好適である。
10…ヘッドアップディスプレイ装置、11…ハウジング、12…表示ユニット、15…反射ミラー(凹面鏡)、16…表示光、17…投影部材(フロントガラス)、18…運転者、19…表示像、30…ミラーホルダ、31…第1軸部、32…第2軸部、33…凹面鏡支持部、34…回転軸、38…突出片、40…取付部材(ステイ)、41…第1筒状軸受、42…第2筒状軸受、51…鋼球、54…付勢部材、56…V字断面を呈する凹部、60…位置調整手段、62…ステッピングモータ、64…送りねじ、67…移動部材、67a…第1壁、67b…第2壁、68…第1板ばね、69…第2板ばね。

Claims (3)

  1. ハウジングと、このハウジングに収納され表示ユニットからの表示光を反射させる反射ミラーと、前記ハウジングに収納されるとともに前記ハウジングに回転可能に取付けられ前記反射ミラーを支えるミラーホルダとを備え、
    前記反射ミラーで反射された前記表示光を投影部材に照射し、この照射によって得られた表示像を運転者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置において、
    前記ミラーホルダは、取付部材を介して前記ハウジングで支えられ、
    前記ミラーホルダの両端から、前記ミラーホルダの長手方向に沿って第1軸部及び第2軸部が各々延ばされ、前記取付部材に、前記第1軸部を回転自在に支える第1筒状軸受及び前記第2軸部を回転自在に支える第2筒状軸受が設けられ、
    前記第1筒状軸受に鋼球が置かれ、前記第2筒状軸受と前記第2軸部との間にこの第2軸部を前記鋼球側へ付勢する付勢部材が置かれ、
    前記ミラーホルダの長手方向に沿った方向においては、前記第1筒状軸受に前記鋼球が当たり、この鋼球に前記第1軸部が当たるようにしたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記ハウジングに収納され前記反射ミラーの角度を調整するように前記ミラーホルダの位置を調整する位置調整手段を備え、
    前記ミラーホルダは、その下辺の略中央から下方に向けて突出する突出片を備え、この突出片を前記位置調整手段で移動するようにした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. 前記位置調整手段は、前記ミラーホルダの長手方向に直交する方向に延びる送りねじと、この送りねじを回すステッピングモータと、前記送りねじで送られ前記突出片を挟む第1壁及び第2壁を有する移動部材とを備え、
    前記第1壁と前記突出片の間に第1板ばねが介設され、前記第2壁と前記突出片の間に第2板ばねが介設され、前記突出片が前記第1第2板ばねで常に付勢されるようにしたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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