JP6808291B2 - ヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ヘッドアップディスプレイ装置に関するものである。

自動車などの車両に対し、ヘッドアップディスプレイ装置（車両用ヘッドアップディスプレイ装置）を設置したものが存在している。このヘッドアップディスプレイ装置は、情報を表示する表示装置と、表示装置の画像を運転席の前方に虚像として表示可能な反射部と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。

そして、表示装置と反射部との間に、光学部品の角度を変更することで虚像の位置を上下に調節可能とした光学部品角度変更装置を備えている。

特開２０１６−１８０７９６号公報

しかしながら、上記特許文献１のヘッドアップディスプレイ装置では、光学部品角度変更装置に付勢力の大きな付勢手段を用いていたので、付勢手段の付勢力に抗して光学部品の角度を変更できるようにするために高トルクの回転駆動装置が必要となっていた。

そこで、本発明は、上記した問題点を解決することを、主な目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、
情報を表示する表示装置の画像を運転席の前方に設けた反射部へ導く光学部品と、
前記光学部品の角度を変更することで前記画像を前記反射部に映すことによって前記運転席の前方に表示される虚像の位置を上下に調節可能な光学部品角度変更装置と、を備え、
該光学部品角度変更装置が、回転駆動装置と、該回転駆動装置の回転駆動力を前記光学部品へ伝える減速歯車機構とを有するヘッドアップディスプレイ装置において、
前記減速歯車機構を、前記回転駆動装置の出力軸に取付けた駆動ギヤと、前記光学部品の回転中心軸に取付けた従動ギヤとを直接噛み合わせた構成にすると共に、
前記従動ギヤを前記駆動ギヤよりも大径とし、
固定点と、前記従動ギヤの先端側部分との間に、前記光学部品を前記固定点の側へ向けて一方向に回動するように付勢する付勢手段を介装し、
前記付勢手段を、該付勢手段の付勢方向が、前記駆動ギヤおよび前記従動ギヤの歯底部の円に対する共通接線と平行になるときが生じる向きに配設したことを特徴とする。
そして、従動ギヤの大径化や、従動ギヤの先端側部分への取付けによる付勢手段の低負荷化や、付勢手段の付勢方向によって、低トルクの回転駆動装置を好適に用いることができるようになる。

本発明によれば、上記構成によって、高トルクの回転駆動装置を使用する必要のない構造を得ることなどができる。

本実施の形態にかかるヘッドアップディスプレイ装置の全体構成図である。 実施例１にかかる光学部品および光学部品角度変更装置の斜視図である。 図２の右側面図である。 図２の左側面図である。 図２の駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合い部分の拡大図である。 実施例２にかかる光学部品および光学部品角度変更装置の斜視図である。 図６の左側面図である。 図６の右側面図である。 図６の駆動ギヤと従動ギヤとの噛み合い部分の拡大図である。

以下、本実施の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図９は、この実施の形態を説明するためのものである。このうち、図２〜図５は実施例１であり、図６〜図９は実施例２である。

＜構成＞以下、この実施例の構成について説明する。

図１に示すように、自動車などの車両に対し、ヘッドアップディスプレイ装置１（車両用ヘッドアップディスプレイ装置）を設置する。

ここで、ヘッドアップディスプレイ装置１は、少なくとも、情報を表示する表示装置２と、表示装置２の画像３を運転席４の前方に虚像５として表示可能な反射部６（または反射部材）とを備えている。車両用のヘッドアップディスプレイ装置１の場合、表示装置２は、主に、運転を支援する情報を表示し得るようになっている。反射部６は、フロントウィンドウガラス７や車室内に設置した反射板８（コンバイナ）などとすることができる。この実施例では、反射部６を反射板８としている。なお、フロントウィンドウガラス７は、楔形状断面のガラスを用いたり、反射膜を設けたりすることで表示装置２の画像３を反射して虚像５を映すことができるようになる。車両用のヘッドアップディスプレイ装置１は、車室内の前部に設置したインストルメントパネル９の内部に設置することができる。インストルメントパネル９は、上面に表示装置２の画像３を反射部６へ導く開口部９ａを有している。

そして、表示装置２と反射部６との間に、表示装置２の画像３を運転席４の前方に設けた反射部６へ導く光学部品１１を単数または複数設ける。
そして、図２に示すように、光学部品１１の角度を変更することで虚像５の位置を上下に調節可能な光学部品角度変更装置１２を備える。
光学部品角度変更装置１２を、回転駆動装置１３と、回転駆動装置１３の回転駆動力を光学部品１１へ伝える減速歯車機構１４とを有するものとする。

ここで、光学部品１１には、光路を曲げたり、表示装置２から反射部６までの光路長を長くしたりするための平面鏡や、更に画像３を拡大するための凹面鏡などがある。

光学部品角度変更装置１２は、主に、乗員の眼の高さに応じて虚像５が見易い位置となるように虚像５の高さ調整を行うためのものである（虚像高さ調整装置）。光学部品角度変更装置１２は、ヘッドアップディスプレイ装置１の使用停止時には光学部品１１を待機位置へ移動し、ヘッドアップディスプレイ装置１の可動中には光学部品１１を使用位置へと移動すると共に、所要の範囲を有している使用位置内で適宜光学部品１１の角度調節ができるようにする。

そして、待機位置から使用位置（の待機位置とは反対側の可動限界）までの角度範囲が光学部品１１の可動域となっている。待機位置は、外部からの太陽光を表示装置２へ向けて反射しないように、光学部品１１が縦向きに起きた位置となっている。また、使用位置は、反射部６に虚像５を映すと共に、乗員の体格に応じた虚像５の位置調節が可能なように光学部品１１が斜めに寝た位置となっている。

回転駆動装置１３は、例えば、ステッピングモータなどのモータとすることができる。この場合、光学部品角度変更装置１２の角度調整の精度は、ステッピングモータの分解能によるものとなる。減速歯車機構１４は、歯車を使用して回転駆動装置１３の回転を遅くするようにした機構である。

以上のような基本的な構成に対し、この実施例では、以下のような構成を備えるようにしている。

（１）図３、図４に示すように、減速歯車機構１４を、回転駆動装置１３の出力軸２１に取付けた駆動ギヤ２２と、光学部品１１の回転中心軸２３に取付けた従動ギヤ２４とを直接噛み合わせた構成にする。
そして、従動ギヤ２４を駆動ギヤ２２よりも大径にする（従動ギヤ２４の径＞駆動ギヤ２２の径）。
更に、固定点２６と、従動ギヤ２４の先端側部分２７との間に、光学部品１１を固定点２６の側へ向けて一方向に回動するように付勢する付勢手段２８を介装する。

ここで、駆動ギヤ２２は、円形ギヤとなっている。光学部品１１の回転中心軸２３は、光学部品１１の幅方向の両側部から、幅方向へ延びるように設けられている。この回転中心軸２３は、光学部品１１の上下方向の中間部の位置などに設けるようにしている。但し、回転中心軸２３の位置は上記に限るものではない。

左右の回転中心軸２３は、それぞれ軸受２９によって軸支している。軸受２９には回転中心軸２３の軸方向の変位や、径方向の変位や、回転方向の変位などを適正に規制すると共に所要の負荷を与えるための軸規制部材を適宜設けている。この実施例では、軸規制部材には、板バネなどの押さえバネやコイルバネなどを適宜用いている。

減速歯車機構１４は、駆動ギヤ２２（第一歯車）と従動ギヤ２４（第二歯車）との２枚のみの構成になる。従動ギヤ２４は駆動ギヤ２２よりも十分に大径となるようにする。従動ギヤ２４と駆動ギヤ２２との大きさの比は、出力軸２１と回転中心軸２３との距離や回転駆動装置１３の発生トルクなどに基づいて設定する。例えば、従動ギヤ２４を、駆動ギヤ２２の３倍〜６倍程度の径などにする。

固定点２６は、固定した点であればどこでも良い。固定点２６は、例えば、車体や、ヘッドアップディスプレイ装置１の本体ケーシングや、ヘッドアップディスプレイ装置１の構成部品のうち位置が固定しているものなどとすることができる。この実施例では、固定点２６を、回転駆動装置１３のケーシングに設けている。

従動ギヤ２４の先端側部分２７は、従動ギヤ２４の歯２４ａを除いた本体部分のうちの従動ギヤ２４の歯に近い側の部分のことである。先端側部分２７は、従動ギヤ２４の本体部分の面の位置や縁部の位置などに、ギヤの噛み合いや回動を妨げないようにして設定する。付勢手段２８には、コイルバネやトーションバネや板バネなどのバネを用いることができる。

（２）図５（図９）に示すように、付勢手段２８を、駆動ギヤ２２および従動ギヤ２４の歯底部の円３１，３２に対する接線方向３３，３４へ向けて配設する。

ここで、付勢手段２８には、付勢方向と変形する方向とが一致する引っ張りバネ（コイルバネ）を用いるのが好ましい。歯底部の円３１，３２は、出力軸２１を中心として駆動ギヤ２２の歯底部を通る円３１、および、回転中心軸２３を中心として従動ギヤ２４の歯底部を通る円３２の、２つの円３１，３２のことである。接線方向３３，３４は、２つの円３１，３２の共通接線と平行な方向のことである。２つの円３１，３２の共通接線は２本存在するが、付勢手段２８の付勢方向に応じてどちらかの共通接線を使うことができる。

具体的には、図２〜図５は、付勢手段２８によって図中下方へ従動ギヤ２４を付勢するようにした例である（実施例１）。この場合、従動ギヤ２４の歯２４ａが駆動ギヤ２２の歯２２ａを上側から下に押え付けることになるので、歯２２ａ，２４ａ間の駆動力の伝達方向と付勢手段２８の付勢方向とが一致するように、駆動ギヤ２２の円３２の下側の接点と従動ギヤ２４の円３２の上側の接点とを結ぶ接線方向３３へ向けて付勢手段２８を設置するようにしている。

また、図６〜図９は、付勢手段２８によって図中上方へ従動ギヤ２４を付勢するようにした例である（実施例２）。この場合、従動ギヤ２４の歯２４ａが駆動ギヤ２２の歯２２ａを下側から上に押え付けることになるので、歯２２ａ，２４ａ間の駆動力の伝達方向と付勢手段２８の付勢方向とが一致するように、駆動ギヤ２２の円３１の上側の接点と従動ギヤ２４の円３２の下側の接点とを結ぶ接線方向３４へ向けて付勢手段２８を設置するようにしている。

（３）従動ギヤ２４を、光学部品１１の可動域と同等の中心角を有するセクタギヤ４１にする。
そして、付勢手段２８を、セクタギヤ４１における固定点２６とは反対側に位置する先端側部分２７に取付ける。

ここで、セクタギヤ４１は、扇形をした部分ギヤのことである。セクタギヤ４１の中心角は、ほぼ１５°〜３０°としている。固定点２６とは反対側に位置する先端側部分２７は、固定点２６から遠い側のセクタギヤ４１の先端側部分２７のことである。例えば、図２〜図５の実施例１では、固定点２６が下側となり、セクタギヤ４１の先端側部分２７は上側となっている。実施例１では、固定点２６は回転駆動装置１３の下側に位置する（ヘッドアップディスプレイ装置１の本体に対する）取付部などを利用して設けている。反対に、図６〜図９の実施例２では、固定点２６が上側となり、セクタギヤ４１の先端側部分２７は下側となっている。実施例２では、固定点２６は回転駆動装置１３の上部から延ばしたアーム１３ａに設けている。

（４）光学部品１１の可動域を越える回動を規制するストッパ部５１を設ける。
そして、ストッパ部５１を、セクタギヤ４１の先端側部分２７が当たる位置に設置する。

ここで、ストッパ部５１は、例えば、車体や、ヘッドアップディスプレイ装置１の本体ケーシングや、ヘッドアップディスプレイ装置１の構成部品のうち位置が固定しているものなどに設けることができる。この場合、ストッパ部５１は、ブロック部材に設けた硬質の突起部としている。

ストッパ部５１は、光学部品１１の可動域のうちのどちらか一方の可動限界の位置に設けても良いし、両方の可動限界の位置に設けても良い。この実施例では、ストッパ部５１は、待機位置側（図中下側）の可動限界に対してのみ設けている。

なお、実施例２のように、ストッパ部５１を下側に設けて、付勢手段２８によってセクタギヤ４１を上方へ付勢するようにした場合には、セクタギヤ４１が下方へ回動してストッパ部５１に当たった時に、セクタギヤ４１の歯２４ａが付勢手段２８によって上方へ付勢されていると共に、（セクタギヤ４１の歯２４ａに上側から噛み合う）駆動ギヤ２２の歯２２ａが回転駆動装置１３の駆動力によって下方への移動となっているため、セクタギヤ４１の歯２４ａと駆動ギヤ２２の歯２２ａとが押し付け合うことで離れないようになっているので、歯２２ａ，２４ａ間にバックラッシュが発生しないという利点が得られる。これにより、ヘッドアップディスプレイ装置１の使用停止時に、光学部品１１を待機位置でガタ付きなく安定して止めることが可能になる。

＜作用＞以下、この実施例の作用について説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置１は、表示装置２の画像３を反射部６で反射することにより、運転席４の前方に画像３を虚像５として表示することができるようにした装置である。これにより、運転中に大きく視線を動かすこと無く運転を支援する情報などを視認できるようにすることが可能となる。

この際、表示装置２と反射部６との間に設けた光学部品１１を用いて表示装置２の画像３の光路を曲げることで、ヘッドアップディスプレイ装置１の内部スペースが小さい場合であっても、表示装置２の画像３を運転席４の前方に設けた反射部６へ支障なく導くことができる。また、光学部品１１で光路を曲げることにより、光路長を長くして、より遠くに虚像５が見えるようにすることができる。そして、光学部品１１を凹面鏡にすると、虚像５を拡大することができる。

更に、光学部品１１は、角度を調整可能にすることで、乗員の体格に応じて、反射部６に映る虚像５の高さを調整することができるようになる。この光学部品１１の角度調整により、虚像５を見易くすることができる。この光学部品１１の角度調整は、光学部品角度変更装置１２の回転駆動装置１３と減速歯車機構１４とを用いて行うことができる。回転駆動装置１３を駆動すると、減速歯車機構１４の駆動ギヤ２２と従動ギヤ２４との噛み合い位置が変わることで、光学部品１１の角度が変化する。

＜効果＞この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。

（効果１）減速歯車機構１４を、回転駆動装置１３の出力軸２１に取付けた駆動ギヤ２２と、光学部品１１の回転中心軸２３に取付けた従動ギヤ２４とを直接噛み合わせる構成とした。これにより、減速歯車機構１４の歯車を２枚に減らして、減速歯車機構１４の最小構成化および小型軽量化を図ることができる。よって、減速歯車機構１４に対する設計自由度を上げると共に設計工数を削減することができる。また、減速歯車機構１４の歯車を２枚に減らすことで、減速歯車機構１４に要する部品コストを削減すると共に減速歯車機構１４の組み付けを容易化することができる。

そして、従動ギヤ２４を駆動ギヤ２２よりも大径にした。これにより、減速歯車機構１４の減速比が大きくなるので、低トルクの回転駆動装置１３であっても従動ギヤ２４を介して光学部品１１を支障なく駆動して角度調整を行うことができる。よって、高トルクの回転駆動装置１３が必要のない構造となり、使用する回転駆動装置１３に対する選択自由度を上げることができる。例えば、回転駆動装置１３を市販の安価なモータの中から広く選択することが可能になる。

そして、固定点２６と従動ギヤ２４との間に、光学部品１１を固定点２６の側へ向けて一方向に回動するように付勢する付勢手段２８を介装した。これにより、付勢手段２８を、駆動ギヤ２２と従動ギヤ２４との噛み合いを良好に保つためのバネとして使うことができる。また、付勢手段２８は、回転駆動装置１３をフリーにした時に光学部品１１が初期位置へ戻るようにするための復帰バネとして使うことも可能となる。そして、付勢手段２８による負荷を光学部品１１に直接与えることなく付勢手段２８の付勢力で光学部品１１の姿勢を安定させることができるようになる。

この際、特に、付勢手段２８の取付け位置を工夫して、従動ギヤ２４の先端側部分２７に対して付勢手段２８を取付けるようにすることで、例えば、回転中心軸２３から近い従動ギヤ２４の基部に付勢手段２８を取付けた場合と比べてモーメントアームを長くすることができる。そのため、付勢手段２８の付勢力が小さくても光学部品１１の付勢に必要なモーメントを得ることができる。よって、付勢手段２８に付勢力の弱い低負荷のバネを使用することができる。

そして、上記したような従動ギヤ２４の大径化や、従動ギヤ２４の先端側部分２７に取付けることによる付勢手段２８の低負荷化によって、低トルクの回転駆動装置１３を好適に用いることができるようになる。低トルクの回転駆動装置１３は、高トルクの回転駆動装置１３と比べて高速に動かせるので、その分、光学部品１１を素早く動かすことが可能になり、ヘッドアップディスプレイ装置１の起動時や終了時や作動中の動作を迅速化することができる。

（効果２）付勢手段２８は、駆動ギヤ２２および従動ギヤ２４の歯底部の円３１，３２に対する接線方向３３，３４へ向けて配設することができる。これにより、駆動ギヤ２２の歯２２ａと従動ギヤ２４の歯２４ａとの間の駆動力の伝達方向と、付勢手段２８の付勢方向とを一致させて、駆動ギヤ２２の歯２２ａと従動ギヤ２４の歯２４ａとを常に一定の方向（接線方向３３，３４）へ安定して押し付け合わせることができるようになるので、歯２２ａ，２４ａ間のバックラッシュの発生を抑制することが可能になる。よって、可動域内での光学部品１１の上記バックラッシュによるガタ付きを抑制・防止することができる。

また、駆動ギヤ２２の歯２２ａと従動ギヤ２４の歯２４ａとを一定の方向へ安定して押し付け合わせ得るようにすることで、無駄な分力が発生しなくなり、分力計算が不要になる分だけ設計工数を削減すると共に、分力の影響による製品バラ付きをなくして、設計通りの動きや性能を得ることが可能になる。

（効果３）従動ギヤ２４はセクタギヤ４１にすることができる。これにより、大径側の従動ギヤ２４の不使用部分を削除して従動ギヤ２４を必要最小限の大きさにまで小さくすることができる。よって、狭いスペースでも大径の従動ギヤ２４を設置することができる。

また、付勢手段２８は、セクタギヤ４１における固定点２６とは反対側に位置する先端側部分２７に取付けることができる。これにより、従動ギヤ２４の回動に伴う付勢手段２８の角度変化を小さくして、付勢手段２８が駆動ギヤ２２および従動ギヤ２４の歯底部の円３１，３２の接線方向３３，３４から大きく外れないように付勢手段２８を容易に設置できる。

この際、セクタギヤ４１における付勢手段２８を取付けた側の先端側部分２７から、セクタギヤ４１と駆動ギヤ２２との噛み合い部分へ向かう方向の延長線上に固定点２６を設けることになるが、上記方向は、回転駆動装置１３の近くを通るので、例えば、回転駆動装置１３からアーム１３ａを延ばすことなどで、固定点２６を適切な位置に容易に設けることができる。

また、付勢手段２８は、セクタギヤ４１における固定点２６側の先端側部分２７に取付けた場合と比べてより長い物（長いバネ）を使用することができるので、光学部品１１の可動域の全域に亘って安定した付勢力を得ることができる。また、付勢手段２８を長くすることで、例えば、巻径を小さくしたり巻数を少なくしたりしたコイルバネを用いることが可能となり、付勢手段２８の簡素化を図ることができるようになる。

（効果４）光学部品１１の可動域を越える回動を規制するためにストッパ部５１を設けることができる。そして、このストッパ部５１を、セクタギヤ４１の先端側部分２７が当たる位置に対して設置することができる。これにより、セクタギヤ４１の先端側部分２７がストッパ部５１に当たることで、セクタギヤ４１の回動を確実に規制して、光学部品１１が可動域を越えて回動すること、および、セクタギヤ４１と駆動ギヤ２２との噛み合いが外れることを防止できる。これにより、セクタギヤ４１を安定して使用することができる。

そして、ストッパ部５１を、セクタギヤ４１に当たる位置に設置したことで、回転駆動装置１３から光学部品１１までの駆動力伝達経路における、回転駆動装置１３に近い側で駆動力の伝達を止めることができるので、より安定して光学部品１１を停止することができる。また、ストッパ部５１が、光学部品１１に直接接触しない位置に存在するので、光学部品１１がストッパ部５１に当たって損傷するなどの不具合を防止できる。更に、セクタギヤ４１が可動限界の位置にてストッパ部５１に当たることで、光学部品１１の一方の可動限界の位置をステッピングモータの零点として機械的に検知することが可能になる。

また、ストッパ部５１をセクタギヤ４１の先端側部分２７が当たる位置に設けることで、例えば、ストッパ部５１を回転中心軸２３から近いセクタギヤ４１の基部が当たる位置に設けた場合よりも、光学部品１１の位置精度を向上することができる。

１ ヘッドアップディスプレイ装置
２ 表示装置
３ 画像
４ 運転席
５ 虚像
６ 反射部
１１ 光学部品
１２ 光学部品角度変更装置
１３ 回転駆動装置
１４ 減速歯車機構
２１ 出力軸
２２ 駆動ギヤ
２３ 回転中心軸
２４ 従動ギヤ
２６ 固定点
２７ 先端側部分
２８ 付勢手段
３１ 円
３２ 円
３３ 接線方向
３４ 接線方向
４１ セクタギヤ
５１ ストッパ部

Claims (3)

1. 情報を表示する表示装置の画像を運転席の前方に設けた反射部へ導く光学部品と、
   前記光学部品の角度を変更することで前記画像を前記反射部に映すことによって前記運転席の前方に表示される虚像の位置を上下に調節可能な光学部品角度変更装置と、を備え、
   該光学部品角度変更装置が、回転駆動装置と、該回転駆動装置の回転駆動力を前記光学部品へ伝える減速歯車機構とを有するヘッドアップディスプレイ装置において、
   前記減速歯車機構を、前記回転駆動装置の出力軸に取付けた駆動ギヤと、前記光学部品の回転中心軸に取付けた従動ギヤとを直接噛み合わせた構成にすると共に、
   前記従動ギヤを前記駆動ギヤよりも大径とし、
   固定点と、前記従動ギヤの先端側部分との間に、前記光学部品を前記固定点の側へ向けて一方向に回動するように付勢する付勢手段を介装し、
   前記付勢手段を、該付勢手段の付勢方向が、前記駆動ギヤおよび前記従動ギヤの歯底部の円に対する共通接線と平行になるときが生じる向きに配設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. 請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記従動ギヤを、前記光学部品の可動域と同等の中心角を有するセクタギヤにすると共に、
   前記付勢手段を、前記セクタギヤにおける前記固定点とは反対側に位置する先端側部分に取付けたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
3. 請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置であって、
   前記光学部品の可動域を越える回動を規制するストッパ部を設けると共に、
   該ストッパ部を、前記セクタギヤの先端側部分が当たる位置に設置したことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。