JP7210623B2 - 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、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
従来、ヘッドアップディスプレイ装置がある。特許文献1には、表示器が出射した所定の画像を表す表示光を反射部で反射させ、反射部で反射した表示光により、画像を視認させるヘッドアップディスプレイ装置が開示されている。
特開2014-85539号公報
ヘッドアップディスプレイ装置の小型化について、なお改良の余地がある。例えば、モータからミラーまでのトルク伝達構造を簡素化することができれば、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化につながる。例えば、モータからミラーまでの部品点数が少なくなれば、ヘッドアップディスプレイ装置の小型化につながる。
本発明の目的は、小型化を実現可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、画像の表示光を出力する画像表示装置と、ドライバの前方に配置された反射部に向けて前記表示光を反射する反射面と、入力軸と、を有する回転可能なミラーと、前記入力軸の延長線上に位置する出力軸を有し、前記出力軸を回転させるモータと、前記入力軸が圧入される筒状の嵌合部と、前記出力軸に対して連結される連結部と、を有し、前記モータの出力トルクを前記出力軸から前記入力軸に伝達する伝達部材と、前記モータを保持する保持部材と、前記保持部材と前記伝達部材との間に介在しており、前記入力軸の軸方向に沿って前記ミラーを前記出力軸へ近づける向きの付勢力を前記伝達部材に与える第一ばねと、を備えたことを特徴とする。
本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置は、ミラーの入力軸が圧入される筒状の嵌合部と、モータの出力軸に対して連結される連結部と、を有し、モータの出力トルクを出力軸から入力軸に伝達する伝達部材と、モータを保持する保持部材と、保持部材と伝達部材との間に介在しており、入力軸の軸方向に沿ってミラーを出力軸へ近づける向きの付勢力を伝達部材に与える第一ばねと、を有する。本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置によれば、小型化を実現できるという効果を奏する。
図1は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両を示す図である。 図2は、実施形態のミラー装置を示す斜視図である。 図3は、実施形態に係るミラー装置の分解斜視図である。 図4は、実施形態に係るミラーの入力軸を示す正面図である。 図5は、実施形態の保持部材を示す斜視図である。 図6は、実施形態の伝達部材を示す斜視図である。 図7は、実施形態の伝達部材を示す斜視図である。 図8は、実施形態のモータを示す斜視図である。 図9は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の要部を示す平面図である。 図10は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の要部を示す断面図である。
以下に、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
図1から図10を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、ヘッドアップディスプレイ装置に関する。図1は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置が搭載された車両を示す図、図2は、実施形態のミラー装置を示す斜視図、図3は、実施形態に係るミラー装置の分解斜視図、図4は、実施形態に係るミラーの入力軸を示す正面図、図5は、実施形態の保持部材を示す斜視図、図6は、実施形態の伝達部材を示す斜視図、図7は、実施形態の伝達部材を示す斜視図、図8は、実施形態のモータを示す斜視図、図9は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の要部を示す平面図、図10は、実施形態のヘッドアップディスプレイ装置の要部を示す断面図である。図10には、図9のX-X断面が示されている。
図1に示すように、実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置10は、車両100に搭載される。ヘッドアップディスプレイ装置10は、車両100のアイポイント201の前方に虚像110を表示する。アイポイント201は、運転席に着座したドライバ200の視点位置として予め定められた位置である。
ヘッドアップディスプレイ装置10は、車両100のダッシュボード101の内側に配置されている。ダッシュボード101の上面には、開口部101aが設けられている。ヘッドアップディスプレイ装置10は、この開口部101aを介してウインドシールド102に画像を投影する。ウインドシールド102は、車両100におけるアイポイント201の前方に位置する反射部である。ウインドシールド102は、例えば、半透過性を有しており、ヘッドアップディスプレイ装置10から入射する表示光DLをアイポイント201に向けて反射する。ドライバ200は、ウインドシールド102によって反射された画像を虚像110として認識する。ドライバ200にとって、虚像110はウインドシールド102よりも前方に存在するかのように認識される。
ヘッドアップディスプレイ装置10は、ミラー装置1、画像表示装置11、および筐体12を有する。画像表示装置11は、表示光DLを出力する装置であり、例えば、レーザスキャナや液晶表示装置である。ミラー装置1は、画像表示装置11から出力された表示光DLをウインドシールド102に向けて反射する。本実施形態のミラー装置1は、反射面の向きを変化させることができる可動ミラー装置である。
図2および図3に示すように、ミラー装置1は、ミラー2、保持部材3、モータ4、伝達部材5、軸受部材6、第一ばね7、および第二ばね8を有する。ミラー2は、図3に示すように、本体20、入力軸21、および被支持軸22を有する。本体20、入力軸21、および被支持軸22は、合成樹脂等によって一体に成型されている。本体20は、反射面20aを有する。反射面20aは、凹状の曲面であり、画像表示装置11から出力された表示光DLを拡大してウインドシールド102に向けて反射する。本実施形態の反射面20aの形状は、自由曲面である。反射面20aには、蒸着等によって反射層が形成されていてもよい。
ミラー2は、ミラー2の長手方向に沿った軸線を回転中心として回転する。本体20は、第一側面20bおよび第二側面20cを有する。第一側面20bおよび第二側面20cは、本体20の長手方向を向く側面である。第一側面20bおよび第二側面20cは、互いに逆の方向を向いている。
入力軸21は、第一側面20bから突出している。入力軸21は、モータ4の出力トルクを受け入れて回転する従動軸である。図3および図4に示すように、例示された入力軸21の形状は、板形状または棒形状である。入力軸21は、略矩形の断面形状を有する。入力軸21は、互いに平行な第一面21aおよび第二面21bを有する。入力軸21は、第一面21aから突出している係合突起21cを有する。係合突起21cは、伝達部材5から入力軸21が抜け出ることを規制する。以下の説明では、入力軸21の中心軸線の方向を単に「軸方向X」と称する。
被支持軸22は、第二側面20cから突出しており、かつ入力軸21と同軸上に位置している。被支持軸22は、軸受部材6によって回転自在に支持される。例示された被支持軸22の形状は、円柱形状である。
本体20の第一側面20bは、入力軸21の基端部に設けられた当接部20dを有する。当接部20dは、入力軸21を囲む環状の***部である。当接部20dは、軸方向Xと直交する当接面20eを有する。当接面20eは、保持部材3の当接部35と当接する。
図3および図5に示すように、保持部材3は、本体30および筒部31を有する。本体30および筒部31は、合成樹脂等によって一体に成型されている。本体30は、筐体12に対してねじ等の締結部材によって固定される。モータ4は、本体30に対して固定され、本体30によって支持される。本体30は、板状の基部32と、基部32から突出した鉤部33と、を有する。基部32は、略平板形状を有しており、軸方向Xと直交する。
基部32は、基部32を板厚方向に沿って貫通する貫通孔32aを有する。貫通孔32aは、図3に示すように、挿入口32bおよび拡幅部32cを有する。挿入口32bは、伝達部材5が挿入される開口であり、円形状を有する。拡幅部32cは、挿入口32bに対して半径方向の外側に位置している。拡幅部32cは、ミラー2の回転範囲に応じて形成されている。伝達部材5の柱状部53(図6参照)は、拡幅部32cの内部を周方向に沿って移動する。鉤部33は、第二ばね8の一端が連結される部分である。例示された鉤部33は、湾曲形状または屈曲形状を有しており、筒部31に対して半径方向の外側に位置している。
筒部31は、筒形状を有し、基部32から軸方向Xに沿って突出している。筒部31は、収容部34と、当接部35と、を有する。収容部34は、筒部31における根元側の部分であり、基部32とつながっている。当接部35は、筒部31における先端部分であり、収容部34とつながっている。
収容部34は、第一ばね7を収容する部分である。収容部34は、内壁34a、外壁34b、および底壁34cを有する。内壁34aおよび外壁34bの形状は、円筒形状である。外壁34bの内径は、内壁34aの外径よりも大きい。外壁34bの内周面と、内壁34aの外周面との間に第一ばね7を収容する円環形状の収容空間34dが形成されている(図3)。底壁34cは、内壁34aの先端と外壁34bの先端とをつないでおり、収容空間34dの一端を閉塞している。底壁34cは、軸方向Xにおいて第一ばね7の一端を支持する。言い換えると、底壁34cは、第一ばね7の付勢力に抗して第一ばね7を支持する。
当接部35は、底壁34cから軸方向Xに沿って突出している。当接部35の形状は、略円筒形状である。当接部35の先端面は、軸方向Xと直交している。当接部35の先端部には、ミラー2の係合突起21cと対応する位置に切欠きが設けられている。当接部35は、ミラー2の当接面20eに当接し、軸方向Xにおいてミラー2を位置決めする。
伝達部材5は、モータ4の出力軸41とミラー2の入力軸21とを同軸上で連結する部材である。図6に示すように、伝達部材5は、基部50、嵌合部51、連結部52、柱状部53、およびアーム54を有する。基部50、嵌合部51、連結部52、柱状部53、およびアーム54は、合成樹脂等によって一体に成型されている。基部50は、円環形状を有しており、軸方向Xと直交する。図3に示すように、基部50の中心には、モータ4の出力軸が挿入される挿入口50aが設けられている。
図6に示すように、嵌合部51および連結部52は、軸方向Xに沿って連続している。より詳しくは、連結部52は、基部50の第一面50bから軸方向Xに沿って突出している。第一面50bは、軸方向Xにおいてミラー2と対向する面である。嵌合部51は、連結部52の先端から軸方向Xに沿って突出している。連結部52は、モータ4の出力軸41に対して連結される部分である。図7に示すように、連結部52の奥部には、断面形状が略矩形の凹部52aが設けられている。伝達部材5は、凹部52aにおいてモータ4の出力トルクを受ける。
嵌合部51は、ミラー2の入力軸21が圧入される部分である。図6に示すように、嵌合部51は、断面形状が略C字形状の筒状に形成されている。言い換えると、嵌合部51の形状は、円筒状の筒に対して先端から基端までスリットが形成された形状である。嵌合部51の内部には、入力軸21が圧入される凹部55が形成されている。軸方向Xと直交する断面における凹部55の断面形状は、略矩形である。凹部55は、入力軸21の第一面21aおよび第二面21bを挟み込む。凹部55には、入力軸21を押圧するガタ詰めのリブ55aが形成されている。リブ55aは、第二面21bの両辺に対して一つずつ配置されており、軸方向Xに延在している。
アーム54は、入力軸21の係合突起21cを係止する。アーム54は、嵌合部51のスリット部に位置している。アーム54は、連結部52の先端から軸方向Xに沿って突出している。アーム54の先端には、係合突起21cと対応する係合孔54aが設けられている。図7等に示すように、柱状部53は、基部50の縁部から軸方向Xに沿って突出している。柱状部53は、連結部52および嵌合部51に対して半径方向の外側に位置しており、半径方向において連結部52および嵌合部51と対向している。
柱状部53の先端には、第二ばね8が固定される突出部56が形成されている。図6に示すように、突出部56は、中心軸線C1を中心とする半径方向の外側に向けて突出している。中心軸線C1は、嵌合部51の中心軸線であり、かつミラー2の入力軸21の中心軸線でもある。例示された突出部56の形状は、湾曲した鉤状または屈曲した鉤状である。柱状部53は、第二ばね8から受けるばね力に対する変形量が十分に小さくなるように高い剛性を有している。
図8に示すように、モータ4は、本体40および出力軸41を有する。モータ4は、例えば、ステップモータである。本体40は、外側に向けて突出した固定部40aを有する。固定部40aは、保持部材3に対して固定される部分であり、貫通孔40bを有する。出力軸41は、本体40から突出している。モータ4は、本体40において発生させたモータトルクを出力軸41から出力する。出力軸41の先端部には、断面形状が略矩形の伝達部41aが設けられている。伝達部41aは、伝達部材5の凹部52aに挿入される。伝達部41aの形状は、伝達部材5に対してトルクを伝達可能な形状であり、かつ凹部52aに対して軸方向Xに相対移動可能なように凹部52aとの間にわずかな隙間を有する形状である。本実施形態の伝達部41aは、凹部52aに対して軸方向に摺動可能であるように構成されている。モータ4の出力トルクは、伝達部41aから伝達部材5を介してミラー2の入力軸21に伝達される。
図2および図3に示すように、軸受部材6は、ミラー2の被支持軸22を回転自在に支持する。例示された軸受部材6は、被支持軸22を摺動可能に支持するすべり軸受である。軸受部材6は、筐体12に対して固定される。
第一ばね7は、伸縮可能なばねであり、例えば、コイルスプリングである。図3を参照して、ミラー装置1の全体構造について説明する。第一ばね7は、保持部材3の収容空間34dに収容される。伝達部材5の嵌合部51は、保持部材3の筒部31に挿入される。伝達部材5は、保持部材3に対して相対回転可能である。ミラー2の入力軸21は、伝達部材5の嵌合部51に圧入される。入力軸21が嵌合部51と嵌合することにより、第一ばね7は、保持部材3と、伝達部材5とによって挟み込まれ、圧縮される。より詳しくは、第一ばね7は、保持部材3の底壁34cと、伝達部材5の基部50とによって挟み込まれる。言い換えると、第一ばね7は軸方向Xの一端を底壁34cに押し付け、軸方向Xの他端を基部50に押し付けた状態で保持される。
モータ4は、出力軸41を伝達部材5に挿入しながら保持部材3に固定される。モータ4は、例えば、雄ねじ9によって保持部材3に対して固定される。ミラー2の入力軸21は、伝達部材5、モータ4、および保持部材3を介して筐体12によって支持される。ミラー2の被支持軸22は、軸受部材6を介して筐体12によって支持される。
第二ばね8は、伸縮可能なばねであり、例えば、コイルスプリングである。第二ばね8の両端は、それぞれリング部を有する。図2に示すように、第二ばね8の一端のリング部は保持部材3の鉤部33に掛けられ、第二ばね8の他端のリング部は伝達部材5の突出部56に掛けられる。第二ばね8は、伸びた状態で保持部材3および伝達部材5に対して固定される。従って、第二ばね8は、突出部56に対して鉤部33に向けて引っ張る力を作用させる。第二ばね8は、回転方向における入力軸21と出力軸41との間のガタを詰める。
図9および図10には、ミラー2、保持部材3、モータ4、伝達部材5、第一ばね7、および第二ばね8の組み付けが完了した状態が示されている。図9に示すように、鉤部33および突出部56は、軸方向Xの同じ位置にある。つまり、ヘッドアップディスプレイ装置10は、第二ばね8によって突出部56に対して周方向の力を作用させ、かつ軸方向Xの力を作用させないように構成されている。ミラー2の入力軸21は、伝達部材5の嵌合部51に圧入されている。よって、入力軸21は、伝達部材5と一体となっている。ミラー2の係合突起21cは、伝達部材5の係合孔54aと係合している。モータ4の出力軸41は、入力軸21の延長線上でかつ同軸上に位置している。
図10に示すように、第一ばね7は、保持部材3の底壁34cと、伝達部材5の基部50との間で押し縮められている。よって、第一ばね7は、軸方向Xに沿った付勢力F1を伝達部材5に与える。付勢力F1は、ミラー2を出力軸41へ近づける向きの力である。付勢力F1は、伝達部材5をモータ4の本体40に向けて押圧する。よって、出力軸41と連結部52との間のトルク伝達面積が適切に確保される。
以上説明したように、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10は、画像表示装置11と、ミラー2と、モータ4と、伝達部材5と、保持部材3と、第一ばね7と、を有する。画像表示装置11は、画像の表示光DLを出力する装置である。ミラー2は、反射面20aと、入力軸21と、を有しており、回転可能である。反射面20aは、ドライバ200の前方に配置された反射部に向けて表示光DLを反射する。モータ4は、入力軸21の延長線上に位置する出力軸41を有し、出力軸41を回転させる。
伝達部材5は、嵌合部51と、連結部52と、を有し、モータ4の出力トルクを出力軸41から入力軸21に伝達する部材である。嵌合部51は、筒状であり、入力軸21が圧入される部分である。連結部52は、出力軸41に対して連結される部分である。保持部材3は、モータ4を保持する部材である。第一ばね7は、保持部材3と伝達部材5との間に介在するばねである。第一ばね7は、入力軸21の軸方向Xに沿ってミラー2を出力軸41へ近づける向きの付勢力F1を伝達部材5に与える。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10によれば、モータ4からミラー2の入力軸21へとトルクを伝達する構成が小型化される。例えば、モータ4の出力軸41とミラー2の入力軸21とを同軸上でかつ近接して配置することで小型化が可能である。本実施形態では、図10に示すように、出力軸41と入力軸21との間は薄い壁で仕切られているのみである。よって、軸方向Xにおける小型化が実現される。また、出力軸41と入力軸21との間にギヤが存在しないことで、トルク伝達構造の小型化が可能である。更に、ギヤを有しないトルク伝達構造により、ミラー2を回転させる際の応答性が高くなる。
また、第一ばね7が伝達部材5と保持部材3との間に介在していることで、ミラー装置1の小型化が可能である。比較例として、第一ばね7に代えて、軸受部材6の側にミラー2をモータ4に向けて押し付けるばねを配置した構成を想定する。比較例では、軸方向Xにおけるミラー装置1の体格が大きくなりやすい。これに対して、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10は、軸方向Xにおけるミラー装置1の小型化が可能である。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10では、第一ばね7の付勢力F1がミラー2に直接作用しないため、付勢力F1に起因するミラー2の変形が生じにくい。例えば、第一ばね7がミラー2に直接当接する場合と比較して、反射面20aに歪み等の変形が生じにくい。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10では、ミラー2は、反射面20aを有する本体20を有する。入力軸21は、本体20の第一側面20bから突出している。保持部材3は、伝達部材5が挿通される中空の筒部31を有する。筒部31の先端は、軸方向Xにおいて本体20の第一側面20bと対抗する当接部35を有する。第一ばね7は、付勢力F1によって当接部35を本体20の側面20bに当接させる。当接部35を側面20bに当接させることで、ミラー2の変形を抑制しつつミラー2を軸方向Xにおいて位置決めることが可能となる。
なお、本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10では、当接部35がミラー2の当接部20dに当接する。当接部20dは、入力軸21を囲むように形成された***部であり、高い剛性を有する。よって、当接部35から受ける力による反射面20aの変形が抑制される。
本実施形態のヘッドアップディスプレイ装置10は、入力軸21と出力軸41との間の回転方向のガタを詰める第二ばね8を有する。伝達部材5は、中心軸線C1を中心とする半径方向の外側に向けて突出した突出部56を有する。第二ばね8の第一端部(一方側の端部)は、保持部材3に連結され、第二ばね8の第二端部(他方側の端部)は突出部56に連結される。この構成により、第二ばね8のばね力は、伝達部材5を介して入力軸21に伝達される。よって、ミラー2に対してばね力が直接作用する構成と比較して、ミラー2の変形が生じにくい。
なお、本実施形態のミラー装置1は、ヘッドアップディスプレイ装置10とは異なる装置に適用されてもよい。ミラー装置1は、例えば、車両以外において使用されるプロジェクタ等に用いられてもよい。
伝達部材5や保持部材3の形状は、例示された形状には限定されない。例えば、保持部材3の鉤部33の形状および配置は、例示された形状および配置には限定されない。例えば、伝達部材5の突出部56の形状および配置は、例示された形状および配置には限定されない。
上記の実施形態に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
1 ミラー装置
2:ミラー、 3:保持部材、 4:モータ、 5:伝達部材、 6:軸受部材
7:第一ばね、 8:第二ばね、 9:雄ねじ
10 ヘッドアップディスプレイ装置
11:画像表示装置、 12:筐体
20:本体、 20a:反射面、 20b:第一側面、 20c:第二側面
20d:当接部、 20e:当接面
21:入力軸、 21a:第一面、 21b:第二面、 21c:係止突起
22:被支持軸
30:本体、 31:筒部、 32:基部、 32a:貫通孔、 32b:挿入口
32c:拡幅部、 33:鉤部、 34:収容部、 34a:内壁、 34b:外壁
34c:底壁、 35:当接部
40:本体、 40a:固定部、 41:出力軸、 41a:伝達部
50:基部、 50a:挿入口、 50b:第一面
51:嵌合部、 52:連結部、 52a:凹部、 53:柱状部、 54:アーム
54a:係合孔、 55:凹部、 56:突出部
100:車両、 101:ダッシュボード、 101a:開口部
102:ウインドシールド、 110:虚像
200:ドライバ、 201:アイポイント
DL:表示光
X:軸方向

Claims (3)

  1. 画像の表示光を出力する画像表示装置と、
    ドライバの前方に配置された反射部に向けて前記表示光を反射する反射面と、入力軸と、を有する回転可能なミラーと、
    前記入力軸の延長線上に位置する出力軸を有し、前記出力軸を回転させるモータと、
    前記入力軸が圧入される筒状の嵌合部と、前記出力軸に対して連結される連結部と、を有し、前記モータの出力トルクを前記出力軸から前記入力軸に伝達する伝達部材と、
    前記モータを保持する保持部材と、
    前記保持部材と前記伝達部材との間に介在しており、前記入力軸の軸方向に沿って前記ミラーを前記出力軸へ近づける向きの付勢力を前記伝達部材に与える第一ばねと、
    を備えたことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
  2. 前記ミラーは、前記反射面を有する本体を有し、
    前記入力軸は、前記本体の側面から突出しており、
    前記保持部材は、前記伝達部材が挿通される中空の筒部を有し、
    前記筒部の先端は、前記軸方向において前記本体の側面と対向する当接部を有し、
    前記第一ばねは、前記付勢力によって前記当接部を前記本体の側面に当接させる
    請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  3. 更に、前記入力軸と前記出力軸との間の回転方向のガタを詰める第二ばねを備え、
    前記伝達部材は、前記入力軸の中心軸線を中心とする半径方向の外側に向けて突出した突出部を有し、
    前記第二ばねの第一端部は、前記保持部材に連結され、前記第二ばねの第二端部は、前記突出部に連結される
    請求項1または2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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