JP2007156158A - 投射型表示装置およびそれを備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、振動などにより画像が乱れることを確実に防止可能な投射型表示装置、およびこの投射型表示装置を搭載した車両を提供すること。
【解決手段】投射型表示装置１は車載用であり、レンズユニット４および反射ミラーユニット５のいずれにおいても、モータ４２１、５２１を駆動して倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０の位置や姿勢を調整した後、モータ４２１、５２１を停止すると、歯車輪列４７、５７では、従動歯車４２３、５２３とロッキングディスク付き欠歯車４２２、５２２とによって構成したロック機構４７０、５７０で歯車同士の拘束が起こり、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０は、その位置で保持される。このため、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０は、振動が加わったときでも変位せず、画像を乱すことがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、投射型表示装置およびそれを備えた車両に関するものである。

生成した画像を出射する画像生成装置と、画像生成装置から出射された画像を投射する光学系とを有する投射型表示装置については、家庭用あるいはオフィス用のプロジェクタとして普及しつつある。また、投射型表示装置については車両のダッシュボード内に配置し、フロントガラスを被投射面として画像を表示することも提案されている（特許文献１参照）。
特開２００５−２０２１４５号公報

しかしながら、光学系において画像の投射方向や拡大倍率などを調整する光学素子については、その位置や姿勢を切り換える必要があるため、可動状態になっているので、このような可動光学素子は、弱い振動が加わったときでも変位し、画像が揺れるなど原因となりやすいという問題点がある。特に、投射型表示装置の場合には、画像を拡大投射するため、可動光学素子の小さな振動でも画像が揺れる原因となる。かといって、大掛かりな耐振装置やブレーキ・ロック機構などを付加すると、装置構成が複雑化し、装置の小型化、低価格化を図ることができなくなってしまうという問題点がある。

以上の問題に鑑みて、本発明の課題は、簡素な構成で、振動などにより画像が乱れることを確実に防止可能な投射型表示装置、およびこの投射型表示装置を搭載した車両を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、生成した画像を出射する画像生成装置と、該画像生成装置から出射された画像を投射する光学系とを有する投射型表示装置において、前記光学系は、モータの回転が歯車輪列を介して伝達される駆動装置により位置あるいは姿勢が切り換えられる可動光学素子を含み、前記歯車輪列には、回転伝達の休止時に歯車同士の拘束により前記可動光学素子の位置保持を行うロック機構が構成されていることを特徴とする。

本発明では、モータを駆動して可動光学素子の位置や姿勢を調整した後、モータを停止すると、駆動装置の歯車輪列では、歯車同士の拘束が起こり、可動光学素子の位置保持を行う。このため、可動光学素子は、振動が加わったときでも変位せず、画像を乱すことがない。また、本発明では、ロック機構は、歯車同士の拘束を利用しているので、構成が簡素で済む。

本発明において、前記ロック機構としては、駆動側のロッキングディスク付き欠歯車と、回転伝達の休止時に前記ロッキングディスクにより拘束される従動歯車とを備えたものを用いることができる。

本発明において、前記光学系は、前記可動光学素子として、例えば、前記画像生成装置から出射された画像の倍率を調整する倍率変換レンズ、および前記画像生成装置から出射された画像の投射方向を調整する投射方向調整ミラーのうちの少なくとも一方を備えている。

本発明に係る投射型表示装置は、例えば、車両の車内、例えば、ダッシュボード内に配置されてフロントガラスに画像を投射するのに用いられる。

本発明では、モータを駆動して可動光学素子の位置や姿勢を調整した後、モータを停止すると、駆動装置の歯車輪列では、歯車同士の拘束が起こり、可動光学素子の位置保持を行う。このため、可動光学素子は、振動が加わったときでも変位せず、画像を乱すことがない。それ故、本発明を適用した投射型表示装置は、振動や伝わりやすい環境下、例えば、人の動きが多い家庭や、振動が発生しやすい車両などで用いるのに適している。また、本発明では、ロック機構は、歯車同士の拘束を利用しているので、構成が簡素で済む。それ故、投射型表示装置の小型、軽量化、および低価格化を図ることができる。

図面を参照して、本発明を適用した投射型表示装置の一例を説明する。

（全体構成）
図１および図２は、本発明を適用した投射型表示装置を反射ミラーの側からみたときの斜視図、および図１に示す投射型表示装置を画像生成装置の側からみたときの分解斜視図である。なお、図１および図２では、主な部材のみに符号を付してあり、それらの詳細は、図３〜図６を参照して後述する。なお、部材の取り付け位置については、一点鎖線と、丸で囲んで数字とにより表わしてある。

図１および図２に示す投射型表示装置１は、車両の車内、例えば、ダッシュボード内に配置されてフロントガラスに画像を投射するための装置であり、矩形の本体ベース６を有している。以下、本体ベースの長辺方向をｘ軸方向（前後方向）とし、短辺方向をｙ軸方向（左右方向）とし、ｘｙ面に対して垂直な方向をｚ軸方向（上下方向）と定義して説明する。

本体ベース６上には、生成した画像を出射する画像生成装置３と、レンズユニット４と、反射ミラーユニット５とがｘ方向にこの順に搭載されている。画像生成装置３は、液晶パネルおよびこの液晶パネルで生成された画像情報を画像として出射するための光源とを備えており、画像をｘ軸方向に向けて本体ベース６と平行に出射する。レンズユニット４は、倍率変換レンズ４０（可動光学素子）を備えており、投射する画像の拡大倍率を調整する。反射ミラーユニット５は、反射ミラー５０（可動光学素子）を備えており、レンズユニット４から出射された拡大画像の投射方向を調整する。投射型表示装置１は、光学系として、倍率変換レンズ４０や反射ミラー５０以外にも、複数の光学素子を備えているが、本形態では、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０のみを表わしてあり、他の光学素子については図示および説明を省略する。

本体ベース６の上面には、画像生成装置３の搭載位置に角度・位置調整用リブ６２１が形成されており、角度・位置調整用リブ６２１と画像生成装置３とを干渉させることにより、画像生成装置３の角度および位置の調整を行う。また、本体ベース６の上面には、反射ミラーユニット５の搭載位置に角度調整用ボス６３と角度調整用リブ６２２とが形成されており、反射ミラーユニット５の反射ミラー支持台５１に形成されている丸穴５１１に角度調整用ボス６３が嵌り、かつ、角度調整用リブ６２２に干渉するように反射ミラーユニット５を本体ベース６に搭載する。さらに、本体ベース６の上面には、後述する板バネ６４の一方端が固定されている。

本体ベース６の上面において、レンズユニット４の搭載位置の左右両側には、スライド軸保持部６１が２つずつ起立しており、これらのスライド軸保持部６１の上端部に形成された溝内には、後述する２本のスライド軸４６の端部が各々固定され、２本のスライド軸４６は、互いに平行にｘ方向に延びた状態に配置される。

（レンズユニットの構成および動作）
図３は、本発明を適用した投射型表示装置に用いた倍率調整レンズに対する駆動装置の斜視図である。図４（ａ）、（ｂ）は、図３に示す駆動装置の分解斜視図、およびこの駆動装置に構成したロック機構の構成を模式的に示す説明図である。

図３および図４（ａ）に示すように、レンズユニット４は、倍率変換レンズ４０と、この倍率変換レンズ４０を保持するコの字形状のスライダ４１と、このスライダ４１を左右両側で軸受４５を介して支持する２本のスライド軸４６と、２本のスライド軸４６上に沿ってスライダ４１を移動させるレンズ駆動装置４２とを備えている。倍率変換レンズ４０は、両面が凸のレンズ部４０ａと、このレンズ部４０ａを囲む矩形枠状のフランジ部４０ｄとを備えており、フランジ部４０ｄの両側面部が各々、スライダ４１の内側面に千鳥状に配置されたリブ４１ａにより形成された溝内に固定される。また、倍率変換レンズ４０は、スライダ４１の上端部に水平に固定されたレンズ押さえ４３によりスライダ４１に固定される。

レンズ駆動装置４２は、双方向に回転可能なモータ４２１と、このモータ４２１の出力軸の回転を伝達する歯車輪列４７と、この歯車輪列４７を介してモータ４２１により軸線周りに回転駆動されるリードスクリュー４２４と、これらの部材を保持するフレーム４２５とを備えている。リードスクリュー４２４は、玉４２６および軸受４２７によって軸線周りに回転可能にフレーム４２５に保持されている。モータ４２１は、ステッピングモータから構成され、本体部分がフレーム４２５に直接固定されている一方、出力軸の先端部は軸受４２９を介してフレーム４２５に軸線周りに回転可能に支持されている。

スライダ４１の外側側面の一方には上下方向の延びた板状の嵌合部４４が取り付けられており、嵌合部４４の外面の下端側には、２つの爪状突起４４ａがｘ軸方向で離間した位置に形成されている。２つの爪状突起４４ａは、リードスクリュー４２４のリードネジ部に対して一山飛ばしで弾性をもって係合している。但し、２つの爪状突起４４ａの間隔は、リードスクリュー４２４のリードピッチよりも狭めに設定され、がたつきの発生が防止されている。

歯車輪列４７は、モータ４２１の出力軸に固定されたロッキングディスク付き欠歯車４２２と、このロッキングディスク付き欠歯車４２２に従動する従動歯車４２３とを備えており、従動歯車４２３は、リードスクリュー４２４の一方の端部に固定されている。図４（ｂ）に示すように、ロッキングディスク付き欠歯車４２２は、１／４回転ごとに厚い歯部４２２ａが形成されているとともに、これらの歯部４２２ａの間に薄い連続歯４２２ｂ（ロッキングディスク）が形成されている。これに対して、従動歯車４２３は、１６／４８回転位置ごとに厚い歯部４２３ａと薄い歯部４２３ｂとが交互に形成されている。このため、モータ４２１が回転すると、ロッキングディスク付き欠歯車４２２は、１／４回転するたびに従動歯車４２３を回転させる。その間、モータ４２１が回転してロッキングディスク付き欠歯車４２２が回転しても、ロッキングディスク付き欠歯車４２２および従動歯車４２３の歯部同士が噛み合わない限り、従動歯車４２３は、回転しない。

また、モータ４２１が回転を停止している期間中、従動歯車４２３の連続歯４２２ｂが従動歯車の２つの厚い歯部４２３ａに接した状態にあり、従動歯車４２３は、ロッキングディスク付き欠歯車４２２を拘束し、倍率変換レンズ４０の位置保持を行う。このようにして本形態では、ロッキングディスク付き欠歯車４２２および従動歯車４２３により、ロック機構４７０が構成されている。なお、歯車輪列４７にロック機構４７０を構成するにあたっては、ゼネバ歯車機構を採用してもよい。

このように構成したレンズユニット４において、モータ４２１が回転すると、ロッキングディスク付き欠歯車４２２は、１／４回転するたびに従動歯車４２３を１６／４８回転させ、このような間欠動作により、リードスクリュー４２４が軸線周りに間欠的に回転する。その結果、リードスクリュー４２４のリードネジ部に係合する２つの爪状突起４４ａを備えた嵌合部４４は、リードスクリュー４２４により軸線方向に推進されるので、スライダ４１は、スライド軸４６上を移動する。その結果、スライダ４１に保持された倍率変換レンズ４０は、光軸に沿って移動し、投射画像の拡大倍率を調整する。

また、歯車輪列４７では、従動歯車４２３とロッキングディスク付き欠歯車４２２とによってロック機構４７０が構成されているため、モータ４２１が回転を停止している期間中、従動歯車４２３とロッキングディスク付き欠歯車４２２とが拘束し合い、従動歯車４２３の回転が阻止される。それ故、倍率変換レンズ４０は、その位置で保持され、振動が伝わってきても変位することがない。

（反射ミラーユニットの構成および動作）
図５は、本発明を適用した投射型表示装置に用いた反射ミラーに対する駆動装置の斜視図である。図６（ａ）、（ｂ）は、図５に示す駆動装置の分解斜視図、およびこの駆動装置に構成したロック機構の構成を模式的に示す説明図である。

図５および図６（ａ）に示すように、反射ミラーユニット５は、板状の反射ミラー５０と、この反射ミラー５０を保持する板状のホルダ５０ａと、このホルダ５０ａの左右の側面部に形成された凸部５０ｂおよび２つの軸受５２５を介してホルダ５０ａを水平軸線周りに回転可能に支持する起立部５１ｆを備えた反射ミラー支持台５１と、ホルダ５０ａを水平軸線周りに回転駆動する反射ミラー駆動装置５２とを有している。

ここで、反射ミラー５０の裏面には、半円状の外歯歯車からなる歯車５０ｃが突出するように構成されている一方、反射ミラー駆動装置５２は、双方向に回転可能なモータ５２１と、このモータ５２１の出力軸の回転を歯車５０ｃに伝達する歯車輪列５７とを備えている。

歯車輪列５７は、モータ５２１の出力軸に固定されたロッキングディスク付き欠歯車５２２と、このロッキングディスク付き欠歯車５２２に従動する従動歯車５２３と、従動歯車５２３と同軸状に形成された外歯歯車５２３ａと、従動歯車５２３の回転を減速するための４枚の減速歯車５２４とを備えており、４枚の減速歯車５２４は、いずれも同一構造の歯車からなる。４枚の減速歯車５２４はいずれも、反射ミラー支持台５１の底板部５１ｂから上方に垂直に起立する支持板部５１ｃから水平に突き出た軸部５１ｄにボス５２９によって回転可能に支持され、この支持板部５１ｃの反対側の面にはモータ５２１が固定されている。また、従動歯車５２３および外歯歯車５２３ａの回転軸としての筒部５２６は、支持板部５１ｃから水平に突き出た軸部５１ｅに嵌った状態で支持されている。支持板部５１ｃの軸部５１ｄ、５１ｅの先端部は、歯車カバー５２７から突出した筒部に嵌っており、さらに、歯車カバー５２７から突出した軸部には、玉５２８を介してロッキングディスク付き欠歯車５２２が回転可能に支持されている。なお、図１および図２を参照して説明したように、本体ベース６の上面には板バネ６４の一方端が固定されており、この板バネ６４によって、歯車輪列５７のバックラッシュが防止されている。

ロッキングディスク付き欠歯車５２２、および従動歯車５２３は各々、レンズユニット４においてロック機構４７０を構成するロッキングディスク付き欠歯車４２２、および従動歯車４２３と歯数などの構成が同一である。すなわち、図６（ｂ）に示すように、ロッキングディスク付き欠歯車５２２は、１／４回転ごとに厚い歯部５２２ａが形成されているとともに、これらの歯部５２２ａの間に薄い連続歯５２２ｂ（ロッキングディスク）が形成されている。これに対して、従動歯車５２３は、１６／４８回転位置ごとに厚い歯部５２３ａと薄い歯部５２３ｂとが交互に形成されている。このため、モータ５２１が回転すると、ロッキングディスク付き欠歯車５２２は、１／４回転するたびに従動歯車５２３を回転させる。その間、モータ５２１が回転してロッキングディスク付き欠歯車５２２が回転しても、ロッキングディスク付き欠歯車５２２および従動歯車５２３の歯部同士が噛み合わない限り、従動歯車５２３は、回転しない。

また、モータ５２１が回転を停止している期間中、従動歯車５２３の連続歯が従動歯車の２つの厚い歯部に接した状態にあり、従動歯車５２３は、ロッキングディスク付き欠歯車５２２を拘束し、反射ミラ−５０の位置保持を行う。このようにして、本形態では、ロッキングディスク付き欠歯車５２２および従動歯車５２３により、ロック機構５７０が構成されている。なお、歯車輪列５７にロック機構５７０を構成するにあたっては、ゼネバ歯車機構を採用してもよい。

このように構成した反射ミラーユニット５において、モータ５２１が回転すると、ロッキングディスク付き欠歯車５２２は、１／４回転するたびに従動歯車５２３を回転させ、このような間欠動作は、減速歯車５２４を介して、反射ミラー５０の裏面に形成されている歯車５０ｃに伝達される。その結果、反射ミラ−５０を搭載したホルダ５０ａが水平軸線周りに回転するので、反射ミラー５０は、その姿勢を変え、画像の方向を調整する。

また、歯車輪列５７では、従動歯車５２３とロッキングディスク付き欠歯車５２２とによってロック機構５７０が構成されているため、モータ５２１が回転を停止している期間中、従動歯車５２３とロッキングディスク付き欠歯車５２２とが拘束し合い、従動歯車５２３の回転が阻止される。それ故、反射ミラー５０は、その位置で保持され、振動が伝わってきても変位することがない。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、レンズユニット４および反射ミラーユニット５のいずれにおいても、モータ４２１、５２１を駆動して倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０の位置や姿勢を調整した後、モータ４２１、５２１を停止すると、歯車輪列４７、５７では、従動歯車４２３、５２３とロッキングディスク付き欠歯車４２２、５２２とによって構成したロック機構４７０、５７０で歯車同士の拘束が起こり、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０は、その位置で保持される。このため、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０は、振動が加わったときでも変位せず、画像を揺らすことがない。それ故、本発明を適用した投射型表示装置１は、振動や伝わりやすい環境下、例えば、振動が発生しやすい車両などに搭載するのに適している。

また、ロック機構４７０、５７０は、歯車輪列４７、５７の従動歯車４２３、５２３とロッキングディスク付き欠歯車４２２、５２２との拘束を利用しているので、構成が簡素で済む。それ故、投射型表示装置１の小型、軽量化、および低価格化を図ることができる。

（その他の実施の形態）
上記形態においては、投射型表示装置１に対して、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０の双方に対してロック機構４７０、５７０を備えた駆動装置を構成したが、倍率変換レンズ４０および反射ミラー５０の一方に対してロック機構を備えた駆動装置を構成してもよい。

また、上記形態においては、倍率変換レンズ４０をスライド移動させるためにリードスクリュー４２４を用いたが、倍率変換レンズ４０をスライド移動させることができる部材であれば、リードスクリュー４２４に限らず任意の部材を用いてもよい。

さらに、上記形態において使用した従動歯車４２３、５２３としては１６／４８回転位置ごとに歯部を備え、ロッキングディスク付き欠歯車４２２、５２２としては１／４回転ごとに歯部を備えたものを用いたが、従動歯車４２３、５２３、およびロッキングディスク付き欠歯車４２２、５２２の歯数などの構成については、前述した構成に限定されるものではなく、任意の従動歯車４２３、５２３およびロッキングディスク付き欠歯車４２２、５２２を用いることができる。その際、従動歯車４２３、５２３の１回の送り動作による被投射面における画像の変位量は、画像生成装置３における分解能の幅よりも小さくなるような減速比に設定されていることが好ましい。

本発明を適用した投射型表示装置を反射ミラーの側からみたときの斜視図である。 図１に示す投射型表示装置を画像生成装置の側からみたときの分解斜視図である。 本発明を適用した投射型表示装置に用いた倍率変換レンズに対する駆動装置の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、図３に示す駆動装置の分解斜視図、およびこの駆動装置に構成したロック機構の構成を模式的に示す説明図である。 本発明を適用した投射型表示装置に用いた反射ミラーに対する駆動装置の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、図５に示す駆動装置の分解斜視図、およびこの駆動装置に構成したロック機構の構成を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１ 投射型表示装置
３ 画像生成装置
４ レンズユニット
５ 反射ミラーユニット
６ 本体ベース
４０ 倍率変換レンズ
４２ レンズ駆動装置
４７、５７ 歯車輪列
５０ 反射ミラー
５２ 反射ミラー駆動装置
４２２、５２２ ロッキングディスク付き欠歯車
４２３、５２３ 従動歯車
４７０、５７０ ロック機構

Claims (5)

1. 生成した画像を出射する画像生成装置と、該画像生成装置から出射された画像を投射する光学系とを有する投射型表示装置において、
   前記光学系は、モータの回転が歯車輪列を介して伝達される駆動装置により位置あるいは姿勢が切り換えられる可動光学素子を含み、
   前記歯車輪列には、回転伝達の休止時に歯車同士の拘束により前記可動光学素子の位置保持を行うロック機構が構成されていることを特徴とする投射型表示装置。
2. 請求項１において、前記光学系は、前記可動光学素子として、前記画像生成装置から出射された画像の倍率を調整する倍率変換レンズ、および前記画像生成装置から出射された画像の投射方向を調整する投射方向調整ミラーのうちの少なくとも一方を備えていることを特徴とする投射型表示装置。
3. 請求項１または２において、前記ロック機構は、駆動側のロッキングディスク付き欠歯車と、回転伝達の休止時に前記ロッキングディスクにより拘束される従動歯車とを備えていることを特徴とする投射型表示装置。
4. 請求項１または２において、前記ロック機構は、ゼネバ歯車機構からなることを特徴とする投射型表示装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の投射型表示装置を車内に備えていることを特徴とする車両。

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