JP2017144847A

JP2017144847A - ヘッドアップディスプレイ装置

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Publication number: JP2017144847A
Application number: JP2016027336A
Authority: JP
Inventors: 信輔久次; Shinsuke Hisatsugi; 伊藤　健二; Kenji Ito; 健二伊藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2016-02-16
Publication date: 2017-08-24

Abstract

【課題】反射鏡のがたつきの抑制と、回転軸への負荷低減とを両立するＨＵＤ装置を提供する。【解決手段】ＨＵＤ装置は、投射部２０と、回転軸３６まわりに回動可能に設けられ、投射部からの表示光を反射する反射鏡３０と、回転軸３６を通じて反射鏡３０に回転を出力する出力部と、反射鏡３０を支持する支持部５０と、を備える。ＨＵＤ装置は、巻回された巻線部８２と、巻線部８２から延伸し、支持部５０に保持される支持側保持部８４と、巻線部８２から延伸し、反射鏡３０に保持される回動側保持部８６と、を有するばね８０を備える。巻線部８２は、回転軸３６に挿通されることにより、支持部５０と反射鏡３０との間に、回転軸３６に沿った軸方向ＤＡに弾性変形した状態で配置される。巻線部８２が支持側保持部８４と回動側保持部８６との間にて相対的に巻線部８２の巻回方向ＤＷに弾性変形されるように、両保持部８４，８６が保持されている。【選択図】図４

Description

本発明は、移動体に搭載され、画像を乗員により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置を略称とする）に関する。

従来、移動体に搭載され、画像を乗員により視認可能に虚像表示するＨＵＤ装置が知られている。特許文献１に開示のＨＵＤ装置は、表示光を投射する投射部と、回転軸まわりに回動可能に設けられ、投射部からの表示光を投影部材へ向けて反射する反射鏡と、回転軸を通じて反射鏡に回転を出力する出力部と、反射鏡を回動可能に支持する支持部と、を備えている。

さらに、このＨＵＤ装置は、板ばね及び引張りばねの２つのばねを備えている。板ばねは、支持部と反射鏡との間に配置され、反射鏡に軸方向の弾性力を及ぼしている。また、引張ばねは、一端部を支持部において回転軸から離れた箇所に保持されると共に、他端部を反射鏡において回転軸から離れた箇所に保持されていることで、反射鏡に回動方向の弾性力を及ぼしている。

こうした２つのばねを備えたＨＵＤ装置では、反射鏡の軸方向及び回動方向のがたつきを抑制し得る。

特開２０１１−１３１６５１号公報

しかしながら、特許文献１における板ばねの荷重は、当該板ばねの厚みの３乗に比例する。このため、板ばねの材料の板厚のばらつきやプレス曲げ加工の形状精度のばらつきの影響により、荷重特性のばらつきが大きくなる傾向がある。荷重が過小となる場合には、反射鏡の軸方向のがたつきが抑制しきれなくなり、逆に荷重が過大となる場合には、回転軸に負荷がかかって凹面鏡の円滑な回動の妨げとなる。

さらに、特許文献１における引張りばねは、回転軸に対して略垂直に配置されており、回動方向だけでなく、回転軸の径方向にも弾性変形している。これにより、引張りばねが回転軸を径方向に引っ張ることとなり、回転軸に負荷がかかって凹面鏡の円滑な回動の妨げとなる。

本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、反射鏡のがたつきの抑制と、回転軸への負荷低減とを両立するＨＵＤ装置を提供することにある。

本発明は、移動体（１）に搭載され、投影部材（３）へ画像を投影することにより、画像を乗員（５）により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示光を投射する投射部（２０）と、
回転軸（３６）まわりに回動可能に設けられ、投射部からの表示光を投影部材へ向けて反射する反射鏡（３０）と、
回転軸を通じて反射鏡に回転を出力する出力部（４０）と、
反射鏡を回動可能に支持する支持部（５０）と、
螺旋状に巻回された巻線部（８２）と、巻線部の一端部からさらに外周側に延伸し、支持部に対して保持される支持側保持部（８４）と、巻線部の他端部からさらに外周側に延伸し、反射鏡に対して保持される回動側保持部（８６）と、を有するばね（８０）と、を備え、
巻線部は、回転軸に挿通されることにより、支持部と反射鏡との間に、回転軸に沿った軸方向（ＤＡ）に弾性変形した状態で配置され、
反射鏡の回動に基づいて巻線部が支持側保持部と回動側保持部との間にて相対的に巻線部の巻回方向（ＤＷ）に弾性変形されるように、両保持部が保持されている。

このような発明によると、回転軸に挿通され、支持部と反射鏡との間に配置された巻線部は、軸方向に弾性変形した状態となっている。こうして巻線部は、反射鏡に軸方向の弾性力を及ぼす。ここで巻線部は、螺旋状に巻回されたものであるため、軸方向の荷重特性のばらつきを抑制することができる。

さらに、巻線部の各端部から外周側に延伸した支持側保持部と回動側保持部とは、相対的に巻線部を巻回方向に弾性変形させるように、それぞれ保持されている。この結果、巻線部は、巻回方向に弾性変形を解消するように、回動側保持部を介して反射鏡に弾性力を及ぼす。ここで巻線部は回転軸に挿通されているので、回動側保持部を介した弾性力は、確実に回転軸まわりの回動方向に作用することとなり、回転軸に負荷がかかり難い。以上により、反射鏡のがたつきの抑制と、回転軸への負荷低減とを両立するＨＵＤ装置を提供することができる。

なお、括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。

一実施形態におけるＨＵＤ装置の概略的な構成を示す構成図である。一実施形態における反射鏡、出力部、支持部、及びばねを示す斜視図である。図２のばね周辺を拡大して示す斜視図である。図２のばね周辺を拡大して示す斜視図であって、図３とは別の角度から見た図である。一実施形態における出力部を示す断面図である。一実施形態におけるステッピングモータの駆動信号について説明するための特性図である。一実施形態における虚像の表示位置を示す模式図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の第１実施形態によるＨＵＤ装置１００は、移動体の一種である車両１に搭載され、インストルメントパネル２内に収容されている。ＨＵＤ装置１００は、車両１の投影部材としてのウインドシールド３へ画像を投影する。これによりＨＵＤ装置１００は、画像を車両１の乗員５により視認可能に虚像表示する。すなわち、ウインドシールド３に反射される画像の表示光が、車両１の室内において座席１ａに着座する乗員５の眼に到達し、当該乗員５が当該表示光を虚像７として知覚する。画像として虚像表示される各種情報としては、例えば、車速、燃料残量等の車両１の状態値、又は道路情報、視界補助情報等のナビゲーション情報が挙げられる。

車両１のウインドシールド３において、室内側の面は、画像が投影される投影面３ａを湾曲する凹面状又は平坦な平面状等に形成している。なお、投影部材として、ウインドシールド３の代わりに、車両１と別体となっているコンバイナを車両１内に設置して、当該コンバイナに画像を投影するものであってもよい。

このＨＵＤ装置１００は、ハウジング１０、投射部２０、反射鏡３０、出力部４０、調整スイッチ６０、出力制御部７０、支持部５０、及びばね８０を備えている。

ハウジング１０は、ＨＵＤ装置１００の他の要素２０，３０，４０，５０，７０，８０を収容する中空形状を呈しており、車両１のインストルメントパネル２内に設置される。ハウジング１０は、乗員５が着座する座席１ａ前方に固定されたウインドシールド３と上下方向に対向する箇所に、表示光を透過可能な防塵シート１２を有している。

投射部２０は、液晶式の投射器である。投射部２０は、画面２２及び内臓のバックライトを有し、当該バックライトにより画面２２を透過照明することで、表示光を画像として投射するようになっている。なお、投射部２０として、液晶式に代えて、レーザ光速が入射する走査ミラーの向きを走査することでスクリーン上に画像を形成するレーザスキャナ方式等を採用することも可能である。

反射鏡３０は、図２〜４に詳細を示すように、反射面部３２と、枠部３４を有している。反射面部３２は、合成樹脂ないしはガラス等からなる基材の表面に反射面３２ａとしてアルミニウムを蒸着させること等により形成されている。本実施形態の反射面部３２は、反射面３２ａを、中心部が凹む凹面として、滑らかな曲面状に形成した凹面鏡となっている。そして、反射鏡３０の反射面部３２は、投射部２０からの表示光を反射する。反射された表示光は、防塵シート１２を通して、ウインドシールド３へ向かう。

枠部３４は、反射面３２ａを露出させつつ、反射面部３２の外周を囲むような枠状に形成されている。枠部３４は、回動側引っかけ部３５及び回転軸３６を有している。回動側引っかけ部３５は、後述するばね８０の回動側保持部８６を引っ掛けて保持するために設けられている。回転軸３６は、反射鏡３０長手方向の両外側に突出する突起状の軸部３６ａ，３６ｂにより形成されている。一方の軸部３６ａは、出力部４０と連結されている。

出力部４０は、ケーシング４０ａ内にて、ステッピングモータ４２及び減速ギヤ機構４７を有している。ステッピングモータ４２は、図５に示すように、クローポール構造の永久磁石型モータである。ステッピングモータ４２では、Ａ，Ｂ二相のコイル４３ａ，４３ｂが駆動信号による通電を受けて励磁することで、ロータ磁石４４がモータ軸４５と一体に回転する。ここでＡ相のコイル４３ａには、図６に太い実線で示すように、電気角に応じて振幅を交番させる余弦関数に従って駆動信号が印加される。一方でＢ相のコイル４３ｂには、図６に細い実線で示すように、電気角に応じて振幅を交番させる正弦関数に従って駆動信号が印加される。したがって、モータ軸４５の回転位置は、Ａ，Ｂ各相のコイル４３ａ，４３ｂへ印加される駆動信号の電気角に応じた位置となる。

減速ギヤ機構４７は、図５に示すように、複数の伝達ギヤ４７ａ〜ｈを直列に噛合させてなる。具体的に、初段ギヤ４７ａは、モータ軸４５に形成されている。第１アイドラギヤ４７ｂと第１ピニオンギヤ４７ｃとは、ケーシング４０ａにより一体回転可能に支持されている。第１アイドラギヤ４７ｂは、初段ギヤ４７ａに噛合することで、モータ軸４５の回転を減速して第１ピニオンギヤ４７ｃに伝達する。第２アイドラギヤ４７ｄと第２ピニオンギヤ４７ｅとは、ケーシング４０ａにより一体回転可能に支持されている。第２アイドラギヤ４７ｄは、第１ピニオンギヤ４７ｃに噛合することで、当該ギヤ４７ｃの回転をさらに減速して第２ピニオンギヤ４７ｅに伝達する。第３アイドラギヤ４７ｆと第３ピニオンギヤ４７ｇとは、ケーシング４０ａにより一体回転可能に支持されている。第３アイドラギヤ４７ｆは、第２ピニオンギヤ４７ｅに噛合することで、当該ギヤ４７ｅの回転をさらに減速して第３ピニオンギヤ４７ｇに伝達する。最終段ギヤ４７ｈは、回転軸３６の軸部３６ａに形成されて第３ピニオンギヤ４７ｇと噛合することにより、当該ギヤ４７ｇの回転をさらに減速して反射鏡３０に伝達する。

こうした回転伝達経路をなす減速ギヤ機構４７は、モータ軸４５の回転を、回転軸３６まで減速伝達することで、出力部４０は、回転軸３６を通じて反射鏡３０に回転を出力可能となっている。反射鏡３０が回転軸３６まわりに所定範囲で回動可能に設けられることで、表示光による虚像７の表示位置ＰＤは、図７に示すように、所定方向（本実施形態では、車両１の上方又は下方）に移動する。

調整スイッチ６０は、図１に示すように、ハウジング１０外部の、例えば車両１のステアリングハンドル等に設置され、乗員５により操作可能となっている。調整スイッチ６０は、例えばプッシュ式等の２種類の操作部材６２，６３を有している。具体的に、ダウン操作部材６２は、虚像７の表示位置ＰＤを車両１の下方に移動させるための操作部材である。一方でアップ操作部材６３は、虚像７の表示位置ＰＤを車両１の上方に移動させるための操作部材である。

出力制御部７０は、ハウジングの内部に配置され、ＣＰＵ７２及びメモリ部７４を主体に構成される電子回路である。出力制御部７０は、調整スイッチ６０と通信可能となっており、操作部材６２，６３の操作に応じた回転を出力部４０が出力するように、当該出力部４０を制御する。

支持部５０は、図２〜４に詳細を示すように、ハウジング１０に固定された台座であり、反射鏡３０を回動可能に支持している。具体的に、支持部５０は、枠部３４両側の軸部３６ａ，３６ｂに合わせて回転軸３６に沿った軸方向ＤＡと実質直交して設けられた２つの支持板５２ａ，５２ｂにおいて、それぞれ挿通穴５３ａ，５３ｂを有している。挿通穴５３ａは、反射鏡３０と出力部４０との間に配置された支持板５２ａに設けられ、回転軸３６の軸部３６ａを挿通させている。挿通穴５３ｂは、出力部４０とは反射鏡３０を挟んだ反対側に配置された支持板５２ｂに設けられ、回転軸３６の軸部３６ｂを挿通させている。

支持板５２ａにおいて、挿通穴５３ａを支持部５０の外に連通させる連通溝５４ａが、挿通穴５３ａから車両１の上方に直線状に延伸して設けられている。同様に、支持板５２ｂにおいて、挿通穴５３ｂを支持部５０の外に連通させる連通溝５４ｂが、挿通穴５３ｂから車両１の上方に直線的に延伸して設けられている。製造の際には、回転軸３６の軸部３６ａ，３６ｂを対応する連通溝５４ａ，５４ｂに通して挿通穴５３ａ，５３ｂに配置することで、反射鏡３０を容易に支持部５０に組み付けることができる。

また支持部５０は、支持板５２ｂにおいて、支持側引っかけ部５６ｂを有している。支持側引っかけ部５６ｂは、後述するばね８０の支持側保持部８４を引っ掛けて保持するために設けられている。支持側引っかけ部５６ｂは、挿通穴５３ｂよりも車両１の下方、すなわち連通溝５４ｂとは挿通穴５３ｂを挟んだ反対側に配置されている。

ばね８０は、例えば１本の金属線を加工することにより形成され、圧縮ばね及びねじりコイルばねの機能を複合的に持ちあわせ、１部品により当該複合的機能を実現するものである。具体的にばね８０は、巻線部８２、支持側保持部８４、及び回動側保持部８６を有している。

巻線部８２は、螺旋状に巻回された形状を呈している。巻回された巻線と巻線との間に、隙間が設けられることで、巻線部８２は、その隙間を減少させる方向に弾性変形可能に形成されている。巻線部８２は、回転軸３６のうち軸部３６ｂに挿通されることで、支持部５０の支持板５２ｂと反射鏡３０の側壁３０ａとの間に配置されている。巻線部８２は、支持板５２ｂと側壁３０ａとの間に挟まれることで、軸方向ＤＡに弾性変形した状態で配置されている。こうして反射鏡３０は、巻線部８２から所定の荷重を軸方向ＤＡの出力部４０側に受けて、押し付けられている。ここで所定の荷重とは、出力制御部７０の制御に基づいた反射鏡３０の回動を妨げない程度の荷重である。

支持側保持部８４は、巻線部８２の一端部からさらに外周側に延伸している。より詳細に、支持側保持部８４は、巻線部８２の一端部から支持側引っかけ部５６ｂに向かって直線的に延伸している。支持側引っかけ部５６ｂが支持板５２ｂの一部を反射鏡３０側に折り曲げた曲げ部となっていることで、支持側保持部８４の曲がった先端部が、支持側引っかけ部５６ｂに引っかかっている。こうして支持側保持部８４は、支持部５０に対して保持されている。

回動側保持部８６は、巻線部８２の他端部からさらに外周側に延伸している。より詳細に、回動側保持部８６は、巻線部８２の他端部から回動側引っかけ部３５に向かって直線的に延伸している。回動側引っかけ部３５が軸方向ＤＡに沿って開けられた引っかけ穴３５ａを有していることで、回動側保持部８６の曲がった先端部が当該引っかけ穴３５ａに挿入されている。こうして回動側保持部８６は、反射鏡３０に対して保持されている。

ここで、反射鏡３０の回動に基づいて巻線部８２が支持側保持部８４と回動側保持部８６との間にて相対的に巻線部８２の巻回方向ＤＷに弾性変形されるように、両保持部８４，８６は保持されている。反射鏡３０の所定範囲の回動に伴って、回動側保持部８６の位置は巻回方向ＤＷに移動することとなるが、本実施形態では、回転軸３６の位置からそれぞれ外周側に延伸する支持側保持部８４と回動側保持部８６のなす角が、反射鏡３０の向きに関わらず鋭角に設定されている。そして、反射鏡３０は、その向きに関わらず、回動側保持部８６を通じてばね８０から所定の荷重を巻回方向ＤＷに受けるようになっている。特に本実施形態では、反射鏡３０は、その反射面３２ａが車両１の上方に向くような荷重を受けるようになっている。ここで所定の荷重とは、軸方向ＤＡの場合と同様、出力制御部７０の制御に基づいた反射鏡３０の回動を妨げない程度の荷重である。

（作用効果）
以上説明した本実施形態の作用効果を、以下に説明する。

本実施形態によると、回転軸３６に挿通され、支持部５０と反射鏡３０との間に配置された巻線部８２は、軸方向ＤＡに弾性変形した状態となっている。こうして巻線部８２は、反射鏡３０に軸方向ＤＡの弾性力を及ぼす。ここで巻線部８２は、螺旋状に巻回されたものであるため、軸方向ＤＡの荷重特性のばらつきを抑制することができる。

さらに、巻線部８２の各端部から外周側に延伸した支持側保持部８４と回動側保持部８６とは、相対的に巻線部８２を巻回方向ＤＷに弾性変形させるように、それぞれ保持されている。この結果、巻線部８２は、巻回方向ＤＷに弾性変形を解消するように、回動側保持部８６を介して反射鏡３０に弾性力を及ぼす。ここで巻線部８２は回転軸３６に挿通されているので、回動側保持部８６を介した弾性力は、確実に回転軸３６まわりの回動方向に作用することとなり、当該回転軸３６に負荷がかかり難い。以上により、反射鏡３０のがたつきの抑制と、回転軸３６への負荷低減とを両立するＨＵＤ装置１００を提供することができる。

また、本実施形態によると、出力部４０は、ステッピングモータ４２と、ステッピングモータ４２から出力される回転を、複数の伝達ギヤ４７ａ〜ｈにより減速して、回転軸３６に伝達する減速ギヤ機構４７と、を有する。ここで、ばね８０の巻回方向ＤＷの弾性変形を解消しようとする弾性力により、減速ギヤ機構４７に生じ得るバックラッシを消失させることが可能となる。したがって、出力部４０が出力した回転に応じて、確実に反射鏡３０を回転させることができる。

また、本実施形態によると、支持部５０は、連通溝５４ｂとは挿通穴５３ｂを挟んだ反対側に配置され、支持側保持部８４を引っかけて保持する支持側引っかけ部５６ｂを有する。このような配置では、連通溝５４ｂに回転軸３６を通過させることで支持部５０に対して反射鏡３０を組み付ける場合に、支持側引っかけ部５６ｂが組み付けの邪魔になり難い。したがって、反射鏡３０のがたつきの抑制と、回転軸３６への負荷低減とを両立するＨＵＤ装置１００を、容易に提供することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、当該実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。

変形例１としては、支持側保持部８４及び回動側保持部８６は、引っかけ以外の例えば接着や埋設等により保持されていてもよい。

変形例２としては、支持部５０は、連通溝５４ａ，５４ｂを有していなくてもよい。

変形例３としては、出力部４０は、ステッピングモータ４２以外の例えばＤＣモータ等により回転を出力するものであってもよい。また、減速ギヤ機構４７が設けられていなくてもよい。

変形例４としては、車両１以外の船舶ないしは飛行機等の各種移動体（輸送機器）に、本発明を適用してもよい。

１００ＨＵＤ装置、１車両（移動体）、３ウインドシールド（投影部材）、５乗員、２０投射部、３０反射鏡、４０出力部、４２ステッピングモータ、４７減速ギヤ機構、４７ａ〜ｈ伝達ギヤ、５０支持部、５３ｂ挿通穴、５４ｂ連通溝、５６ｂ引っかけ部、８０ばね、８２巻線部、８４支持側保持部、８６回動側保持部、ＤＡ軸方向、ＤＷ巻回方向

Claims

移動体（１）に搭載され、投影部材（３）へ画像を投影することにより、前記画像を乗員（５）により視認可能に虚像表示するヘッドアップディスプレイ装置であって、
表示光を投射する投射部（２０）と、
回転軸（３６）まわりに回動可能に設けられ、前記投射部からの表示光を前記投影部材へ向けて反射する反射鏡（３０）と、
前記回転軸を通じて前記反射鏡に回転を出力する出力部（４０）と、
前記反射鏡を回動可能に支持する支持部（５０）と、
螺旋状に巻回された巻線部（８２）と、前記巻線部の一端部からさらに外周側に延伸し、前記支持部に対して保持される支持側保持部（８４）と、前記巻線部の他端部からさらに外周側に延伸し、前記反射鏡に対して保持される回動側保持部（８６）と、を有するばね（８０）と、を備え、
前記巻線部は、前記回転軸に挿通されることにより、前記支持部と前記反射鏡との間に、前記回転軸に沿った軸方向（ＤＡ）に弾性変形した状態で配置され、
前記反射鏡の回動に基づいて前記巻線部が前記支持側保持部と前記回動側保持部との間にて相対的に前記巻線部の巻回方向（ＤＷ）に弾性変形されるように、両前記保持部が保持されているヘッドアップディスプレイ装置。
前記出力部は、ステッピングモータ（４２）と、前記ステッピングモータから出力される回転を、複数の伝達ギヤ（４７ａ〜ｈ）により減速して、前記回転軸に伝達する減速ギヤ機構（４７）と、を有する請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記支持部は、
前記回転軸が挿通されている挿通穴（５３ｂ）と、
前記挿通穴を前記支持部の外に連通させる連通溝（５４ｂ）と、
前記連通溝とは前記挿通穴を挟んだ反対側に配置され、前記支持側保持部を引っかけて保持する引っかけ部（５６ｂ）と、を有する請求項１又は２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。