JP2017044926A - ミラーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化があっても反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて反射ミラーを保持するミラーユニットを提供する。【解決手段】板状の基板４１ａに反射面を有する凹面鏡４１と、基板４１ａと異なる材質からなり、凹面鏡４１を保持するためのホルダ４２と、を備えてなり、ホルダ４２と凹面鏡４１とは、複数の凸部４１ｃを介して接触し、複数の凸部４１ｃのうち一つの凸部４１ｃは、ホルダ４２と凹面鏡４１とを位置決め固定し、他の凸部４１ｃは、ホルダ４２に対して凹面鏡４１が摺動可能に当接する。【選択図】図４

Description

本発明は、表示像を投影するミラーユニットに関し、例えば、ヘッドアップディスプレイなどの車載用表示装置に用いられるミラーユニットとして好適である。

従来、表示光を反射させる反射ミラーを有するミラーユニットを用いた表示装置としては、ヘッドアップディスプレイがあり、例えば特許文献１に開示されている。かかる特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、車両のインストルメントパネル（以下、インパネと言う）内部に取り付けられており、表示装置が発する表示光を車両のフロントガラス（投影部材）に投影し、車両の利用者（運転者）に対し虚像を表示する。

前述した表示装置は、光源と、この光源の発光に伴い表示光を発する表示器と、この表示器が発する表示光をフロントガラス側に反射させるためのミラーユニットと、光源と表示器とミラーユニットとを収容する収納部及びミラーユニットによって反射された表示光を透過させる透光部を有する合成樹脂からなるハウジングとから主に構成されており、ミラーユニットの反射ミラーによって反射された表示光を前記透光部を通じてフロントガラスに投影し、虚像を表示する。

特開平９−１０９７３２号公報

これらヘッドアップディスプレイは、車両に搭載され、車外の温度環境の変化だけでなく太陽光の照射による高温化など、温度変化が大きい。このため、反射ミラーとこの反射ミラーを保持するホルダとの温度変化による膨張率の差異によって、接着状態が解けたり、ミラー面に応力が加わり表示が歪んでしまうという課題があった。

特に、ミラーユニットが大型であったり、反射ミラーの基材と、ホルダとの材質が異なる場合には、前述課題が顕著になってしまうため、熱影響があっても歪が少なく、かつ所望の位置に反射ミラーを保持できる構造が望まれていた。

そこで本発明の目的は、前述の課題に着目し、温度変化があっても反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて反射ミラーを保持するミラーユニットを提供することにある。

本発明のミラーユニットは、
板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
前記基材と異なる材質からなり、前記反射ミラーを保持するためのホルダと、を備えてなり、
前記ホルダと前記反射ミラーとは、複数の当接部を介して接触し、
前記複数の当接部のうち一つの当接部は、前記ホルダと前記反射ミラーとを位置決め固定し、
他の当接部は、前記ホルダに対して前記反射ミラーが摺動可能に当接することを特徴とする。

また、前記他の当接部において、摺動方向を所定の線上に規制する規制手段が設けられることを特徴とする。

また、前記当接部は、前記ホルダと前記反射ミラーとの対向面に対して傾斜する傾斜面を用いて摺動可能に接触することを特徴とする。

また、前記ホルダは、前記反射面の裏面側に前記当接部を介して接触する支持体と、前記支持体と挟み込んで前記反射ミラーを保持する止め部材とを設け、前記当接部は、前記支持体と前記反射ミラーとのうち一方から突出する凸部と、前記ホルダと前記反射ミラーとのうち他方に形成され、前記凸部に対向して当接する凹部と、を設けることを特徴とする。

また、前記支持体と前記反射ミラーとは、３つの前記当接部を介して接触することを特徴とする。

本発明のミラーユニットは、温度変化があっても反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて反射ミラーを保持できる。

本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイの概略図。 同実施形態による表示装置の断面図。 同実施形態によるミラーユニットを示す図。 同実施形態によるミラーユニットの要部を示す断面図。 同実施形態による支持体の凹面鏡との当接面側を示す図。

以下、本発明のミラーユニットを車両用のヘッドアップディスプレイに適用した実施形態について、図面を用いて説明する。

ヘッドアップディスプレイは、図１に示すように車両１０のインパネ（インストルメントパネル）１１内部に配設された表示ユニットである表示装置１２が投射する表示光Ｌを投影部材である車両１０のフロントガラス（風防ガラス）１３で車両１０の運転者（利用者）１４の方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行う。換言すれば、ヘッドアップディスプレイは、表示装置１２の後述する液晶表示器２０から発せられる表示光Ｌをフロントガラス１３に出射（投射）し、この出射によって得られた表示像（虚像）Ｖを運転者１４に視認させる。これにより運転者１４は、運転席前方に表示される虚像Ｖを風景と重畳させて観察できる。

表示装置１２は、図２に示すように液晶表示器２０と、第１反射器３０と、ミラーユニットである第２反射器４０と、ハウジング５０とから主に構成されている。

液晶表示器２０は、配線基板Ｈに実装された発光ダイオードからなる光源２１と、この光源２１からの照明光を透過して表示光Ｌを形成するように光源２１の照明方向に対向して配置されるＴＦＴ型の液晶表示素子２２とを設けている。このことは、液晶表示素子２２の背後（表示光Ｌの出射と反対側）に光源２１が設けられ、液晶表示素子２２は、光源２１から発せられる光を透過して、所定情報を投影表示することを意味している。

かかる液晶表示器２０は、表示光Ｌの出射側の面が第１反射器３０の後述するコールドミラーに対向するようにしてハウジング５０内に設けられ、表示光Ｌの光軸が前記コールドミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。

また液晶表示素子２２は、図示しない素子駆動回路によって所定情報（例えば車両１０の速度やエンジン回転数、経路案内など車両情報）を、数値や文字、マーク等で画像形成する。液晶表示器２０は、光源２１からの照明光を利用して、可視波長域の光からなる表示光Ｌを出力する。例えば、白色光を発する光源２１を適用し、液晶表示素子２２に設けられるカラーフィルタを介して、有色（赤色や緑色など）の表示光Ｌを形成できる。なお、液晶表示素子２２が画像形成する所定情報は、車両の速度やエンジン回転数などの車両情報に限らず、時刻や動画などあらゆる表示形態を採用できることは言うまでもない。

第１反射器３０は、コールドミラー３１と、このコールドミラー３１を所定の固定手段を用いて取付固定するための固定部材３２とを有している。コールドミラー３１は、略矩形状のガラス基板３１ａと、このガラス基板３１ａの片面（第２反射器４０の後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された反射層３１ｂとからなる。かかる反射層３１ｂは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。また、コールドミラー３１は、液晶表示器２０（液晶表示素子２２）が発した表示光Ｌを、第２反射器４０（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて設けられる。

なお、コールドミラー３１は、液晶表示器２０の発光波長域を含む可視波長域（４５０〜７５０ｎｍ）の光を高い反射率（例えば８０％以上）で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものが好適である。この場合、コールドミラー３１は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光（赤外線あるいは太陽光の熱線）を低い反射率（例えば１５％以下）にて反射するものが適用される。なお、反射層３１ｂにて反射されない光は、コールドミラー３１を透過するように構成される。また固定部材３２は、合成樹脂材料からなり、ハウジング５０に固定されてなる。

ミラーユニットである第２反射器４０は、図３，４に詳しく示すように、コールドミラー３１からの表示光Ｌを反射させるべく、ハウジング５０内に設けられた反射ミラーである凹面鏡４１と、この凹面鏡４１を保持するためのホルダ４２と、凹面鏡４１が実装されたホルダ４２を回転駆動させ、凹面鏡４１の傾斜角度を調整する駆動手段４３とを備えている。

凹面鏡４１は、合成樹脂（例えばポリカーボネート）からなる板状の基板４１ａと、この基板４１ａの前面部４５（つまりコールドミラー３１の反射層３１ｂと向かい合う面）に蒸着形成されるアルミニウム等の金属からなる反射膜４１ｂとを備え、この反射膜４１ｂにより形成される反射面は、所定の曲率を有する凹状の曲面（凹面）となっている。なお、この場合、基板４１ａは、射出成形によって成形される。

従って、この凹面として形成された反射膜４１ｂは、コールドミラー３１からの表示光Ｌをフロントガラス１３側へ反射させるための光反射面となる。なお、凹面鏡４１は、反射膜４１ｂによる反射面がコールドミラー３１並びに上方のフロントガラス１３に対向し、ハウジング５０の後述する透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて設けられる。

また、凹面鏡４１は、コールドミラー３１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両１０のフロントガラス１３）側へ反射（投射）させる。このことは、凹面鏡４１が、コールドミラー３１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてフロントガラス１３に投射することを意味している。また、この場合、凹面鏡４１の反射面は、フロントガラス１３の曲面形状に合わせて虚像Ｖの歪みを低減するように補正できる曲面形状としている。

ホルダ４２は、凹面鏡を所定位置に保持するためのもので、ハウジング５０の線膨張係数（熱膨張率）に近い金属材からなる支持体４２１と、止め部材４２２と、を設けている。例えば、支持体４２１としてアルミダイカストを適用でき、また、止め部材４２２としては、アルミニウム等の板金部材や、ポリカボネート等の合成樹脂を適用できる。

支持体４２１は、凹面鏡４１の背面側（反射面の反対側）に設けられ、図５に示すように、軸部４２ａと、位置決め穴４２ｂと、溝部４２ｃと、平坦面４２ｄとが形成される。

軸部４２ａは、駆動手段４３による凹面鏡４１の回転を軸支するもので、ハウジング５０に形成される保持部によって、軸支される。なお、この軸部４２ａは、ベアリングを介してハウジング５０に軸支されてもよい。

位置決め穴４２ｂは、凹面鏡４１に形成される球面状の凸部（当接部）４１ｃに対向して形成され、複数の凸部４１ｃのうち一つが位置決め穴４２ｂに嵌まることで凹面鏡４１面方向の位置を規制できる。この場合、位置決め穴４２ｂは、傾斜面が形成されて凸部４１ｃを位置決め穴４２ｂの中央側に誘い込むように位置決めできる。

溝部４２ｃは、位置決め穴４２ｂと同様に凸部４１ｃに対向する位置に形成され、凸部４１ｃに対して、所定の線上を摺動可能なように凹面鏡４１の位置を規制する規制手段となる。この溝部４２ｃは、位置決め穴４２ｂによる凹面鏡４１の位置決め状態に対して、この位置決め穴４２ｂを中心とする回転方向の移動を規制するとともに、凹面鏡４１の熱変形（熱膨張や熱収縮）が生じることを加味して、中央付近から外側への線状に形成される。即ち、凹面鏡４１が熱変形しても、凸部４１ｃが位置決め穴４２ｂ及び溝部４２ｃに嵌まった位置決め状態を維持できる。なお、溝部４２ｃの形状は、凸部４１ｃの球面形状に対応した大きさであればよく、Ｖ溝であっても、Ｕ溝であってもよい。また、この場合、溝部４２ｃは、前記中央付近と位置決め穴４２ｂとを通る直線上に凸部４１ｃを摺動可能なように溝形成される。

平坦面４２ｄは、上述同様に凹面鏡４１の凸部４１ｃに対向する位置に形成され、位置決め穴４２ｂと溝部４２ｃとともに凸部４１ｃに接触している。したがって、凹面鏡４１と支持体４２１の対向面において、位置決め穴４２ｂと、溝部４２ｃと、平坦面４２ｄとに対応した３つの凸部４１ｃを用いて３か所で接触しているため、凹面鏡４１と支持体４２１との熱膨張率の差によって、溝部４２ｃと平坦面４２ｄ箇所における凸部４１ｃの相対位置が変わっても、接触状態のまま所望の方向に摺動するだけで済み、凹面鏡４１をがたつかせることなく変化に対応しながら保持状態を維持できる。

止め部材４２２は、位置決め穴４２ｂ等で面方向に位置決めされた凹面鏡４１を、反射面側から押し付けるようにして保持するための部材である。この場合、止め部材４２２は、弾性変形可能な緩衝剤４２３を介して凹面鏡４１の反射面側に接触しており、熱変形による寸法変化を吸収して、凹面鏡４１の保持状態を維持できる。なお、止め部材４２２は、凹面鏡４１を介在した状態で、支持体４２１をビス止めすることで固定される。

これらホルダ４２の構成によって、合成樹脂材からなる凹面鏡４１が熱変形しても、ハウジング５０との軸支状態を維持できるだけでなく、所望の反射面位置を確保できる。

駆動手段４３は、通電により駆動力を発生するステッピングモータ４３ａと、このステッピングモータ４３ａの回動を利用して、凹面鏡４１の角度を変化させることができる。この場合、駆動手段４３は、ハウジング５０に固定されたステッピングモータ４３ａの回転軸に形成されたリードスクリュータイプのネジを直線方向に移動させ、凹面鏡４１から延びるアーム部４２ｅを該ネジによって押引することで、軸部４２ａを中心に凹面鏡４１を回転させるように構成する。なお、駆動手段４３は、リードスクリュータイプの他に、ラックアンドピニオンタイプや、ステッピングモータが、ギア等を介して軸部４２ａを回動させる構成であっても適用できる。

ハウジング５０は、例えば黒色の遮光性合成樹脂材の成形部品や金属部材（アルミダイカスト）を組み合わせて、略箱型形状に形成され、その内部空間である空間部５１に液晶表示器２０や第１、第２反射器３０、４０を保持して収容する。これら収容部品は、金属材からなる保持体５２によって保持される。

また、ハウジング５０は、第２反射器４０における凹面鏡４１の配設位置の上部（フロントガラス１３側）が開口し、この開口を塞ぐように透光部である透光性カバー５３が配設されてなる。かかる透光性カバー５３は、透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、湾曲形状（曲面形状）に形成され、凹面鏡４１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。つまり、凹面鏡４１によって反射された表示光Ｌは、ハウジング５０に形成された透光性カバー５３を通じてフロントガラス１３に投影され、これにより虚像Ｖの表示が運転者１４に対し行われることになる。

かかるヘッドアップディスプレイの第２反射器（ミラーユニット）４０は、板状の基板４１ａに反射面を有する凹面鏡４１と、基板４１ａと異なる材質からなり、凹面鏡４１を保持するためのホルダ４２と、を備えてなり、ホルダ４２と凹面鏡４１とは、複数の凸部４１ｃを介して接触し、複数の凸部４１ｃのうち一つの凸部４１ｃは、ホルダ４２と凹面鏡４１とを位置決め固定し、他の凸部４１ｃは、ホルダ４２に対して凹面鏡４１が摺動可能に当接する。

したがって、温度変化があっても反射面の歪が少なく、かつ所望の位置にて凹面鏡４１を保持できる。特に、車載されるヘッドアップディスプレイのように、光源２１の発熱時間や、太陽光の照射の有無など、冷熱変化の厳しい場合であっても、凹面鏡４１を保持できるため、有利である。

なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。例えば、凸部４１ｃを凹面鏡４１側に形成し、これに対応する凹形状の位置決め穴４２ｂや溝部４２ｃをホルダ４２側に設ける構造を示したが、当接部は、凹面鏡とホルダとの何れかにあれば良く、ホルダ側に凸形状を設け、凹面鏡側に凹部を設けるなどして、凹凸関係を入れ替えた当接部としてもよい。

また、上述実施の形態にあっては、光源２１の照射光を利用して表示像を形成する液晶表示器２０を例に挙げて説明したが、照明光としてレーザー光を走査させて適用したり、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を利用したプロジェクタ方式を適用することもでき、上記ミラーユニットを組み合わせることで、上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述のコールドミラー３１にあっては、温度条件（光源等の電子部品の発熱）や太陽光の照射条件などによって、これを省くことができ、例えば、液晶表示器２０からの表示光を凹面鏡による反射を介してフロントガラスに投影する構成であっても上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、ミラーユニットに関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載される車両情報やターンバイターン表示等の道路情報などの車載表示装置として好適である。

１２ 表示装置
２０ 液晶表示器
３０ 第１反射器
４０ 第２反射器（ミラーユニット）
４１ 凹面鏡（反射ミラー）
４１ａ 基板（基材）
４１ｂ 反射膜
４１ｃ 凸部（当接部）
４２ ホルダ
４２１ 支持体
４２ａ 軸部
４２ｂ 位置決め穴
４２ｃ 溝部（規制手段）
４２ｄ 平坦部
４３ 駆動手段
４３ａ ステッピングモータ
５０ ハウジング
Ｌ 表示光

Claims (5)

1. 板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
   前記基材と異なる材質からなり、前記反射ミラーを保持するためのホルダと、を備えてなり、
   前記ホルダと前記反射ミラーとは、複数の当接部を介して接触し、
   前記複数の当接部のうち一つの当接部は、前記ホルダと前記反射ミラーとを位置決め固定し、
   他の当接部は、前記ホルダに対して前記反射ミラーが摺動可能に当接することを特徴とするミラーユニット。
2. 前記他の当接部において、摺動方向を所定の線上に規制する規制手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載のミラーユニット。
3. 前記当接部は、前記ホルダと前記反射ミラーとの対向面に対して傾斜する傾斜面を用いて摺動可能に接触することを特徴とする請求項１に記載のミラーユニット。
4. 前記ホルダは、前記反射面の裏面側に前記当接部を介して接触する支持体と、前記支持体と挟み込んで前記反射ミラーを保持する止め部材とを設け、
   前記当接部は、前記支持体と前記反射ミラーとのうち一方から突出する凸部と、前記ホルダと前記反射ミラーとのうち他方に形成され、前記凸部に対向して当接する凹部と、を設けることを特徴とする請求項１に記載のミラーユニット。
5. 前記支持体と前記反射ミラーとは、３つの前記当接部を介して接触することを特徴とする請求項４に記載のミラーユニット。

Images