JP2022103700A - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の低減を図りつつ、筐体に対して生じうる凹面鏡のガタつきを軸方向及び径方向の双方で低減又は無くす。【解決手段】筐体と、表示光を出射する表示装置と、表示光を反射する凹面鏡と、筐体に対して凹面鏡を回転可能に支持する支持構造と、凹面鏡を回転させる駆動力を発生する駆動機構とを含み、支持構造は、凹面鏡に形成され、球面状の被支持部を有する回転軸部と、筐体に支持され、被支持部と面接触する球面状の支持部を有する軸受部と、回転軸部と軸受部との間に設けられる弾性部材と、を備え、弾性部材は、被支持部と支持部との間の面接触状態を維持する方向の弾性力を発生させる、ヘッドアップディスプレイが開示される。【選択図】図４

Description

本開示は、ヘッドアップディスプレイに関する。

凹面鏡を回動するヘッドアップディスプレイにおいて、車両の振動によって凹面鏡が振動してしまわないように凹面鏡を支持する支持構造が知られている。

特開２０２０－１１８８３５号公報

しかしながら、上記のような従来技術では、部品点数の低減を図りつつ、筐体に対して生じうる凹面鏡のガタつきを軸方向及び径方向の双方で低減することが難しい。

そこで、本開示は、部品点数の低減を図りつつ、筐体に対して生じうる凹面鏡のガタつきを軸方向及び径方向の双方で低減又は無くすことを目的とする。

１つの側面では、筐体と、
表示光を出射する表示装置と、
前記表示光を反射する凹面鏡と、
前記筐体に対して前記凹面鏡を回転可能に支持する支持構造と、
前記凹面鏡を回転させる駆動力を発生する駆動機構とを含み、
前記支持構造は、
前記凹面鏡に形成され、球面状の被支持部を有する回転軸部と、
前記筐体に支持され、前記被支持部と面接触する球面状の支持部を有する軸受部と、
前記回転軸部と前記軸受部との間に設けられる弾性部材と、を備え、
前記弾性部材は、前記被支持部と前記支持部との間の面接触状態を維持する方向の弾性力を発生させる、ヘッドアップディスプレイが開示される。

本開示によれば、部品点数の低減を図りつつ、筐体に対して生じうる凹面鏡のガタつきを軸方向及び径方向の双方で低減又は無くすことが可能となる。

一実施例によるヘッドアップディスプレイの概略図である。 ヘッドアップディスプレイの断面図である。 凹面鏡の全体とそれに関連する構成を示す斜視図である。 図３ＡのＱ１部の拡大図である。 図３Ａに示す構成の一部を分解して示す斜視図である。 弾性部材の単品状態を示す斜視図である。 弾性部材を組み付ける前の、軸受部と回転軸部との間の嵌合状態を軸方向内側から示す斜視図である。 弾性部材を組み付けた後の、軸受部と回転軸部との間の嵌合状態を軸方向内側から示す斜視図である。 弾性部材を組み付ける前の、軸受部と回転軸部との間の嵌合状態を軸方向外側から示す斜視図である。 弾性部材を組み付けた後の、軸受部と回転軸部との間の嵌合状態を軸方向外側から示す斜視図である。 軸受部を拡大して示す斜視図である。 回転軸部を拡大して示す斜視図である。 駆動機構の斜視図である。 第１比較例による支持構造を示す概略的な分解斜視図である。 第２比較例による支持構造を示す概略的な分解斜視図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。

［ヘッドアップディスプレイの構成］
図１は、本実施例によるヘッドアップディスプレイ１２の概略図である。図２は、本実施例によるヘッドアップディスプレイ１２の概略的な断面図である。

ヘッドアップディスプレイ１２は、図１に示すように、車両１０のインストルメントパネル１１内部に配設される。ヘッドアップディスプレイ１２は、投射する表示光Ｌを車両１０のフロントガラス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。すなわち、ヘッドアップディスプレイ１２は、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（投影部材）に出射（投射）し、この出射によって得られた表示像（虚像）Ｖを利用者１４に視認させる。これにより利用者１４は、虚像Ｖを風景と重畳させて視認できる。

ヘッドアップディスプレイ１２は、図２に示すように、液晶表示器２０（表示装置の一例）と、平面鏡３０と、凹面鏡４０と、筐体５０とを備える。

液晶表示器２０は、配線基板Ｒに実装された例えば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の前方側（真上）に位置する例えばＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）型の液晶表示素子２２（表示素子の一例）とを備える。液晶表示素子２２の背後に光源２１が配設され、液晶表示素子２２は、光源２１から発せられる光により、車両情報を表示する。

平面鏡３０は、コールドミラー３１と、このコールドミラー３１を取付固定するための取付部材３２とを有する。コールドミラー３１は、例えば、略矩形状のガラス基板３１ａと、このガラス基板３１ａの片面（凹面鏡４０の反射部材４１と向かい合う面）に形成された第１の反射層３１ｂとを備えてよい。コールドミラー３１は、液晶表示器２０が発した表示光Ｌを、凹面鏡４０（反射部材４１）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて配設されてよい。

凹面鏡４０は、図２に示すようにコールドミラー３１（すなわち、液晶表示素子２２）からの表示光Ｌを反射させる反射部材４１と、この反射部材４１を保持する保持部材４２とを備える。

反射部材４１は、凹面を有する基板に第２の反射層４１ａを蒸着形成することで、形成されてよい。なお、凹面を有する基板は、保持部材４２と一体であってもよい。反射部材４１は、その第２の反射層４１ａがコールドミラー３１及び透光性カバー５４に対向し、透光性カバー５４から臨める位置に傾斜状態にて配設されてよい。

［凹面鏡４０の構成］
図３Ａは、凹面鏡４０の全体とそれに関連する構成を示す斜視図であり、図３Ｂは、図３ＡのＱ１部の拡大図である。図４は、図３Ａに示す構成の一部を分解して示す分解斜視図である。図５は、弾性部材６４の単品状態を示す斜視図である。図６Ａは、弾性部材６４を組み付ける前の、軸受部６２と回転軸部４３との間の嵌合状態を軸方向内側から示す斜視図である。図６Ｂは、弾性部材６４を組み付けた後の、軸受部６２と回転軸部４３との間の嵌合状態を軸方向内側から示す斜視図である。図７Ａは、弾性部材６４を組み付ける前の、軸受部６２と回転軸部４３との間の嵌合状態を軸方向外側から示す斜視図である。図７Ｂは、弾性部材６４を組み付けた後の、軸受部６２と回転軸部４３との間の嵌合状態を軸方向外側から示す斜視図である。図８Ａは、軸受部６２を拡大して示す斜視図である。図８Ｂは、回転軸部４３を拡大して示す斜視図である。図９は、駆動機構７０の斜視図である。

なお、図３以降では、各部品の向きの参考用に、右手座標系で直交する３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）の座標系が共通に示されている。

凹面鏡４０は、長手方向の両側に、回転軸部４３、４３Ａを有する。回転軸部４３、４３Ａは、同一の方向に延在し、凹面鏡４０の回転軸Ｉを形成する。以下では、特に言及しない限り、軸方向、周方向、及び径方向の各用語は、回転軸Ｉを基準とした方向であるものとする。また、軸方向内側とは、凹面鏡４０の中心Ｏに近い側を指し、軸方向外側とは、凹面鏡４０の中心Ｏから遠い側を指す。

凹面鏡４０は、回転軸部４３、４３Ａを介して、筐体５０（図３Ａ等には図示せず、図２参照）に対して回転可能に支持される。

本実施例では、凹面鏡４０は、支持構造６０により筐体５０に回転可能に支持される。また、凹面鏡４０は、レバー部４５を有し、駆動機構７０により回転軸Ｉまわりに回転できる。レバー部４５は、好ましくは、凹面鏡４０と一体的に形成される。これにより、部品点数を効率的に低減できる。なお、凹面鏡４０と一体的に形成されるとは、凹面鏡４０の保持部材４２と一体的に形成される、と同義である。

支持構造６０は、凹面鏡４０の回転軸部４３と、軸受部６２と、弾性部材６４とを含む。

回転軸部４３は、好ましくは、凹面鏡４０と一体的に形成される。これにより、部品点数を効率的に低減できる。保持部材４２は、樹脂材料により成形されてよく、この場合、樹脂成形により回転軸部４３及びレバー部４５を保持部材４２とともに同時に形成できる。

回転軸部４３は、被支持部４３０と、第１係合部４３１と、第２係合部４３２とを有する。

被支持部４３０は、球面状の形態である。被支持部４３０の球面状に係る球体の中心は、回転軸部４３の回転軸Ｉ上に位置してよい。なお、被支持部４３０の球面状は、完全な球面を形成せず、軸方向外側の半球状のうちの、軸方向外側端部を切除した態様の形態である。また、被支持部４３０の球面状は、後述するように部位４３０Ａ（図８Ｂ参照）を有することで、周方向においても非連続的な球面状である。なお、これは、軸受部６２の支持部６２０の球面状についても同様である（図８Ａ参照）。

被支持部４３０は、後述する軸受部６２の球面状の支持部６２０と面接触することで、支持構造６０において凹面鏡４０に生じうる軸方向及び径方向のガタつきを低減又は無くす機能（以下、「ガタつき低減機能」と称する）を有する。

被支持部４３０は、周方向で全周にわたって形成されてもよいが、好ましくは、図８Ｂに示すように、周方向で分断される態様で形成される。すなわち、回転軸部４３は、好ましくは、周方向の一部の区間にのみ、被支持部４３０を有し、周方向の他の区間において、被支持部４３０とは異なる部位４３０Ａを有する。周方向で被支持部４３０と部位４３０Ａとの間の境界４３００は、回転軸部４３を樹脂成形する際の金型のパーティションラインＰＬにより形成されてよい。この場合、金型のパーティションラインＰＬが被支持部４３０に形成されることを、防止できる。なお、金型のパーティションラインＰＬが被支持部４３０に形成される場合、パーティションラインＰＬに起因して生じうるバリや寸法誤差等に起因して、上述したガタつき低減機能が損なわれるおそれがある。金型のパーティションラインＰＬが被支持部４３０に位置しないように、被支持部４３０を形成することで、上述したガタつき低減機能を適切に実現できる。

第１係合部４３１は、被支持部４３０よりも軸方向外側に形成される。本実施例では、第１係合部４３１は、回転軸部４３の軸方向端部を形成する。

第２係合部４３２は、被支持部４３０よりも軸方向内側に形成される。本実施例では、第２係合部４３２は、図６Ａに示すように、対の腕部４３２１と、対の突起部４３２２とを含む。対の腕部４３２１は、径方向（軸方向に交差する方向）に突出する。突起部４３２２は、対の腕部４３２１のそれぞれに形成される。突起部４３２２は、腕部４３２１の軸方向内側を向く表面に形成され、軸方向内側に突出する形態を有する。

軸受部６２は、筐体５０に支持される。本実施例では、軸受部６２は、筐体５０に支持されるステー８０に一体的に形成される。なお、ステー８０は、駆動機構７０を形成するモータ７２（図９参照）を保持するモータブラケット７４とともに、筐体５０に固定される。

軸受部６２は、被支持部４３０と面接触する球面状（部分的に球面状）の支持部６２０を有する。支持部６２０の球面状に係る球体の中心は、被支持部４３０の球面状と同様、回転軸部４３の回転軸Ｉ上に位置してよい。球面状の支持部６２０に係る球体は、上述した球面状の被支持部４３０に係る球体と同じ半径を有してよい。この場合、軸受部６２の球面状の支持部６２０と球面状の被支持部４３０との間の面接触が促進され、上述したガタつき低減機能を高めることができる。

支持部６２０は、周方向で全周にわたって形成されてもよいが、好ましくは、図８Ａに示すように、周方向で分断される態様で形成される。具体的には、軸受部６２は、図８Ａに示すように、周方向で、支持部６２０と、非支持部６２０Ａとを交互に有する。非支持部６２０Ａは、支持部６２０の球面状に係る球面（球体）に対して径方向外側にわずかにオフセットする（すなわち回転軸部４３から径方向に離れる側に凹む形態である）。非支持部６２０Ａは、上述した回転軸部４３の部位４３０Ａと径方向で対向する。

ところで、凹面鏡４０が回転駆動される際、軸受部６２の支持部６２０と回転軸部４３の被支持部４３０とは面接触状態を保ちながら互いに対して摺動する。本実施例では、凹面鏡４０の回転可能な範囲の全ストロークにわたって、軸受部６２の支持部６２０と回転軸部４３の被支持部４３０とは、互いの面接触状態が維持されるように形成される。具体的には、凹面鏡４０がどのような回転角度位置である場合でも、回転軸部４３の部位４３０Ａ（図８Ｂ参照）が支持部６２０に径方向で対向しない。これにより、金型のパーティションラインＰＬに起因して軸受部６２の支持部６２０と回転軸部４３の被支持部４３０との間の良好な摺動性が阻害されることを、防止できる。

軸受部６２は、回転軸Ｉが通る軸方向の挿通孔６２２を有する。軸受部６２は、図３Ｂに示すように軸方向外側で回転軸部４３の第１係合部４３１が露出し、かつ、図６Ａに示すように軸方向内側で回転軸部４３の第２係合部４３２が露出するように、回転軸部４３を挿通する。この場合、組み付け時、回転軸部４３の第１係合部４３１が挿通孔６２２を通って軸方向外側に露出する。

弾性部材６４は、回転軸部４３と軸受部６２との間に設けられる。弾性部材６４は、一端（径方向外側の端部）が第１係合部４３１及び軸受部６２に係合し、他端（径方向内側の端部）が第２係合部４３２に係合する。弾性部材６４は、軸受部６２と第２係合部４３２に係合しつつ、弾性変形することで、被支持部４３０と支持部６２０との間の面接触状態を維持する方向の弾性力を発生させる。

本実施例では、弾性部材６４は、板状の部材（例えば板バネを形成する金属板）により形成されるクリップの形態であり、組み付け状態において、軸方向に開く態様（図５の距離Ｌ１が広がる態様）で弾性変形する。

弾性部材６４は、第１押圧部６４Ａと、第２押圧部６４Ｂと、第１孔６４１と、第２孔６４２と、切り欠き部６４３とを有する。

第１押圧部６４Ａは、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、軸受部６２の軸方向外側の表面に軸方向外側から当接し、軸受部６２の軸方向外側の表面を軸方向内側に押圧する。本実施例では、軸受部６２は、軸方向外側の表面に、図７Ａに示すように、第１押圧部６４Ａにより押圧される被押圧部６２８を有する。被押圧部６２８は、第１孔６４１まわりに円環状に延在してよい。

第１孔６４１は、第１押圧部６４Ａの中心付近に設けられる軸方向に貫通する孔であり、回転軸部４３の第１係合部４３１が嵌合する。なお、第１孔６４１の内径は、第１係合部４３１の外径よりもわずかに大きくてよい。第１孔６４１は、第１係合部４３１と嵌合することで、軸受部６２の被押圧部６２８に対して第１押圧部６４Ａを位置決めし、かつ、回転軸部４３からの弾性部材６４の離脱（抜け）を防止する。

第２押圧部６４Ｂは、対の第２係合部４３２に対応して、対で設けられる。第２押圧部６４Ｂのそれぞれは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第２係合部４３２のそれぞれの腕部４３２１の軸方向内側の表面に軸方向内側から当接し、腕部４３２１の軸方向内側の表面を軸方向外側に押圧する。

第２孔６４２は、軸方向に貫通する孔であり、回転軸部４３の第２係合部４３２の突起部４３２２が嵌合する。第２孔６４２は、対の第２係合部４３２に対応して、対で設けられる。なお、第２孔６４２の内径は、突起部４３２２の外径よりもわずかに大きくてよい。第２孔６４２は、第２係合部４３２と嵌合することで、腕部４３２１の被押圧部に対して第２押圧部６４Ｂを位置決めし、かつ、回転軸部４３からの弾性部材６４の離脱（抜け）を防止する。

切り欠き部６４３は、径方向で第２孔６４２の間（又は径方向で第２押圧部６４Ｂの間）に、回転軸部４３を通すように形成される（図６Ｂ参照）。なお、この場合、弾性部材６４は、このような切り欠き部６４３を有することで、三又状のクリップの形態となる。このような切り欠き部６４３を有することで、対の第２押圧部６４Ｂから弾性力を対称的に回転軸部４３に付与できる。

駆動機構７０は、凹面鏡４０を回転させる駆動力を発生する。駆動機構７０は、図９に示すように、モータ７２やレバー把持部７３等を含む。

モータ７２は、ステッピングモータであり、図示しない制御装置により駆動制御される。レバー把持部７３は、凹面鏡４０のレバー部４５を把持し、モータ７２の駆動によりリードスクリュー７３Ａの延在方向に沿って並進移動する。これにより、レバー部４５がレバー把持部７３とともに変位し、凹面鏡４０の回転が実現される。

次に、図１０及び図１１に示す各種比較例と対比して、本実施例の効果について説明する。

図１０は、第１比較例による支持構造６０Ａを示す概略的な分解斜視図であり、図１１は、第２比較例による支持構造６０Ｂを示す概略的な分解斜視図である。

第１比較例による支持構造６０Ａは、図１０に示すように、凹面鏡４Ａとモータ７０Ａをクリップ６５を使って固定する構造である。具体的には、支持構造６０Ａでは、凹面鏡４Ａと、回転軸を持ったギアレバー９０Ａとを、スクリュー９６Ａで固定し、モータ７０Ａとギアレバー９０Ａとをクリップ６５を使って挟んで固定している。このような第１比較例では、クリップ６５で固定するため、凹面鏡４Ａとギアレバー９０Ａとが別体になり、部品点数が増えるといった問題がある。

これに対して、本実施例によれば、上述したように、回転軸部４３及びレバー部４５が凹面鏡４０と一体であるので、弾性部材６４とステー８０（軸受部６２を有するステー８０）の２部品により、駆動機構７０と凹面鏡４０とを駆動連結できる。これにより、部品点数を効率的に低減できる。

第２比較例による支持構造６０Ｂは、図１１に示すように、クリップを使わないで保持する構造である。具体的には、支持構造６０Ｂでは、回転軸を持った凹面鏡４Ｂと、モータ７０Ｂに駆動連結されるレバー９０Ｂとを、スクリュー９６Ｂで固定し、ステー８０Ｂにより、凹面鏡４Ｂの回転軸を支持する。この場合、回転軸が径方向及び軸方向でフリーになり、異音が発生しやすいといった問題がある。

これに対して、本実施例によれば、上述したように、回転軸部４３を有する凹面鏡４０と、ステー８０とは、球面状の被支持部４３０と球面状の支持部６２０とが面接触する態様で接続され、弾性部材６４が面接触状態を維持する方向の弾性力を発生させる。これにより、凹面鏡４０の回転軸部４３が径方向及び軸方向のいずれにおいてもフリーとなることはなく、ステー８０（及びそれに伴い筐体５０）に対する凹面鏡４０のガタつきを軸方向及び径方向の双方で低減又は無くすことができる。また、回転軸部４３やレバー部４５が凹面鏡４０と一体的に形成されるので、部品点数の低減を図ることができる。

このようにして、本実施例によれば、部品点数の低減を図りつつ、筐体５０に対して生じうる凹面鏡４０のガタつきを軸方向及び径方向の双方で低減又は無くすことができる。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。

１０ 車両
１１ インストルメントパネル
１２ ヘッドアップディスプレイ
２０ 液晶表示器
２１ 光源
２２ 液晶表示素子
３０ 平面鏡
４０ 凹面鏡
４２ 保持部材
４３ 回転軸部
４３０ 被支持部
４３０Ａ 部位
４３１ 第１係合部
４３２ 第２係合部
４３２１ 腕部
４３２２ 突起部
４３Ａ 回転軸部
４５ レバー部
５０ 筐体
６０ 支持構造
６２ 軸受部
６２０ 支持部
６２０Ａ 非支持部
６２２ 挿通孔
６２８ 被押圧部
６４ 弾性部材
６４Ａ 第１押圧部
６４Ｂ 第２押圧部
６４１ 第１孔
６４２ 第２孔
６４３ 切り欠き部
７０ 駆動機構
７２ モータ
７３ レバー把持部
７４ モータブラケット
８０ ステー

Claims (6)

1. 筐体と、
   表示光を出射する表示装置と、
   前記表示光を反射する凹面鏡と、
   前記筐体に対して前記凹面鏡を回転可能に支持する支持構造と、
   前記凹面鏡を回転させる駆動力を発生する駆動機構とを含み、
   前記支持構造は、
   前記凹面鏡に形成され、球面状の被支持部を有する回転軸部と、
   前記筐体に支持され、前記被支持部と面接触する球面状の支持部を有する軸受部と、
   前記回転軸部と前記軸受部との間に設けられる弾性部材と、を備え、
   前記弾性部材は、前記被支持部と前記支持部との間の面接触状態を維持する方向の弾性力を発生させる、ヘッドアップディスプレイ。
2. 前記回転軸部は、前記被支持部よりも軸方向外側に第１係合部と、前記被支持部よりも軸方向内側に第２係合部と、を有し、
   前記軸受部は、軸方向外側で前記第１係合部が露出し、かつ、軸方向内側で前記第２係合部が露出するように、前記回転軸部を挿通し、
   前記弾性部材は、一端が前記第１係合部及び前記軸受部に係合し、他端が前記第２係合部に係合する、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。
3. 前記第２係合部は、前記回転軸部の軸方向に交差する方向に、対をなす態様で突出する、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ。
4. 前記第１係合部は、前記回転軸部の軸方向外側の端部を形成し、
   前記第２係合部は、前記回転軸部の軸方向に突出する突起部を有し、
   前記弾性部材は、板状の部材により形成されるクリップの形態であり、
   前記板状の部材は、前記第１係合部が嵌合する第１孔と、前記第２係合部の前記突起部が嵌合する第２孔と、前記回転軸部の軸方向に交差する方向で前記第２孔の間に、前記回転軸部を通す切り欠き部とを有する、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。
5. 前記軸受部は、前記回転軸部まわりの周方向で、前記支持部と、非支持部とを有し、
   前記非支持部は、前記支持部に対して、前記支持部の球面状に係る球面の径方向で径方向外側にオフセットしており、
   前記回転軸部は、前記回転軸部まわりの周方向の一部の区間にのみ、前記被支持部を有し、前記回転軸部まわりの周方向の他の区間において、前記回転軸部を樹脂成形する際の金型のパーティションラインを有する、請求項１～４のうちのいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。
6. 前記凹面鏡は、前記駆動機構による前記駆動力を受けるレバー部を一体的に有する、請求項１～５のうちのいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。

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