JP2023028036A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＨＵＤ装置等の表示装置に設けられる光学要素のがたつきを防止して画像の表示位置を高い精度で調整することが可能な表示装置を提供する。【解決手段】画像表示部２に表示された画像の画像光を投射する凹面鏡３を備えるＨＵＤ装置１において、凹面鏡３は装置ボディ５に回転軸３３，３４により軸支されるとともに回転機構４により軸周り方向に軸転可能とされている。凹面鏡３を回転軸３３，３４の軸方向及び軸周り方向に付勢する単一の弾性部材６を備える。【選択図】 図２

Description

本発明は自動車等の車両に配設される表示装置に関し、特にヘッドアップディスプレイに適用して好適な表示装置に関する。

自動車の表示装置として、自動車の乗員に対して所要の画像を表示するヘッドアップディスプレイ(Head up Display：以下、ＨＵＤ装置と称する)が提案されている。特許文献１には、液晶（ＬＣＤ）等の画像表示器に表示された画像を光学系により自動車の風防ガラス（フロントガラス）に投影し、この風防ガラスの前方に形成される虚像（以下、表示画像とも称する）を乗員が視認するように構成されたＨＵＤ装置が提案されている。また、このＨＵＤ装置は画像を投影する光学系の一部に凹面鏡を備えており、この凹面鏡を支持部に支持している。このＨＵＤ装置は当該凹面鏡で反射した画像光が風防ガラスに投射される位置を変化させて表示画像の視認位置を調整するために、凹面鏡の角度調整を行なうための回転機構が設けられる。

特許文献１のＨＵＤ装置では、凹面鏡は回転軸が支持部に支持されているが、回転軸と支持部との間に生じるガタにより表示画像の位置ずれが生じ易く、視認性が低下するおそれがある。これを防止するために、弾性部材により回転軸を支持部に対して押し付ける構成がとられているが、回転軸を径方向に押し付ける構成であるので、回転軸の軸方向のがたつきを防止することは難しい。

一方、特許文献２には、ＨＵＤ装置において、弾性部材により凹面鏡の回転軸を軸受体に対して互いに垂直なＸ方向とＺ方向に押し付けることにより、回転軸のスラスト方向（軸方向）とラジアル方向（径方向）のがたつきを防止する技術が提案されている。

特開２０１８－１９２９６２公報 特許第６６４２２９０号公報

特許文献１，２の技術は、凹面鏡の回転軸を支持部や軸受等の支持部材に対して弾性部材により押し付けることにより、回転軸の軸方向や径方向におけるがたつきを防止している。しかし、凹面鏡の角度位置、すなわち回転軸周り方向の位置を調整する回転機構を備えたＨＵＤ装置においては、特許文献１，２の技術を適用しても、回転軸と、これに連結される回転機構との間に生じるがたつき、特に回転軸周りのがたつきを防止することは難しい。そのため、凹面鏡を傾動させる際に回転軸と回転機構との間にいわゆるバックラッシュが生じ易く、凹面鏡の角度位置を高い精度で制御することが難しいという課題がある。この課題を解決するためには、特許文献１，２では回転軸周りのがたつきを防止するための独立した弾性部材を別途に配設する必要があり、部品点数の増大や組み付け作業の煩雑化を生じることになる。

本発明の目的は、簡易な構成で凹面鏡等の光学要素におけるがたつきを防止したＨＵＤ装置等の表示装置を提供する。

本発明は、画像表示部に表示された画像の画像光を車両の透光部材に投射する光学要素を備える表示装置であって、光学要素は装置ボディに軸支されるとともに回転機構により軸周り方向に軸転可能とされており、光学要素を軸方向及び軸周り方向に付勢する単一の弾性部材を備えることを特徴とする。

本発明の好ましい形態として、光学要素は回転軸を備えており、当該回転軸は装置ボディに設けられた軸受において軸転可能に軸支されるとともに回転機構に連結されている。その上で、弾性部材は板バネで構成され、装置ボディに固定される固定部と、光学要素に弾接し、光学要素を軸方向と前記軸周り方向にそれぞれ付勢する弾接片を備える構成とする。

例えば、弾性部材は板バネで構成され、装置ボディに固定される固定部と、光学要素を軸方向に付勢する第１弾接片と、光学要素を軸周り方向に付勢する第２弾接片を備える。あるいは、弾性部材は板バネで構成され、装置ボディに固定される固定部と、光学要素に対して軸方向と軸周り方向に付勢する分力を発生させる弾接片を備える。

本発明において、回転軸は軸方向に隣接されたフランジ部と、回転機構に連結される連結部を備えており、弾性部材はフランジ部が軸受に軸方向に当接するように付勢する構成としてもよい。また、光学要素は、回転軸の径方向に延長されたアーム部を備え、弾性部材はアーム部を回転軸の軸周り方向に付勢する構成としてもよい。さらに、回転機構は軸連結部を支点にしてアクチュエータにより傾動される傾動ブラケットを備えており、回転軸の連結部はこの軸連結部において軸周り方向に一体に連結される構成としてもよい。

本発明によれば、光学要素は単一の弾性部材により軸方向及び軸周り方向に付勢されるので、光学要素の軸方向及び軸周り方向の位置が規制され、光学要素に連結される回転機構との間のがたつきを防止し、表示画像の変動を防止した品質の高い表示装置が得られる。

本発明を適用したＨＵＤ装置の概念構成図。 ＨＵＤ装置の概略斜視図。 ＨＵＤ装置の概略平面図。 凹面鏡の第１回転軸の近傍部位の斜視図。 図４に示した部位の平面図。 図４に示した部位の部分分解斜視図。 （ａ）図５のａ－ａ線に沿う断面図、（ｂ）図５のｂ－ｂ線に沿う断面図。 （ａ）変形例の要部の模式的な分解斜視図、（ｂ）変形例の模式的な正面図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は自動車に適用したＨＵＤ装置の概念構成図であり、自動車の左側から見た構成である。自動車のダッシュボードＤＢ内にＨＵＤ装置１が配設されており、当該ＨＵＤ装置１から出射した画像光Ｌを、当該ダッシュボードＤＢの上面開口を通して自動車のフロントガラス（ウインドシールドと称する）ＷＳに投射させる。投射された画像光ＬはウインドシールドＷＳで反射されて自動車の運転者等の乗員Ｍに向けられる。この画像光Ｌが乗員Ｍの眼に入ることにより、当該乗員ＭはウインドシールドＷＳを透して自動車の前方位置に画像光による画像（虚像）Ｉを視認することができ、当該画像の表示が行われる。

ＨＵＤ装置１は、画像表示部２と、この画像表示部２に表示された画像を図１に示したウインドシールドＷＳに投射する光学要素３を備えている。画像表示部２は所望の画像を表示してその画像光を出射する構成であり、例えば液晶表示装置で構成される。光軸要素３は画像表示部２から出射される画像光を反射する反射鏡、ここでは凹面鏡で構成されている。この凹面鏡３は所要の焦点距離となる曲率の球面または自由曲面で構成された反射面部３０を備えており、この反射面部３０は画像表示部２に対向配置されている。これにより、画像表示部２から出射されて凹面鏡３の反射面部３０で反射された光はウインドシールドＷＳに投射され、ここで反射されて乗員Ｍの眼に入るように構成される。

また、前記ＨＵＤ装置１には、後述するように凹面鏡３を傾動するための回転機構が設けられている。この回転機構によって凹面鏡３の角度を調整することにより、鎖線で示すように、凹面鏡３で反射される光の方向が変化され、ウインドシールドＷＳに投射される光の位置と方向が変化される。これにより、身長等の違いにより視線位置が高い乗員Ｍｍの眼に入る光の方向が変化され、乗員Ｍと乗員Ｍｍが同じ位置に画像Ｉを視認することが可能になる。

図２は前記ＨＵＤ装置１の概略斜視図であり、図３はその概略平面図である。なお、以降において左右方向、上下方向は図２に基づく方向である。ＨＵＤ装置１は浅皿状の装置ボディ５を備えており、この装置ボディ５の内底部５０の一部に前記画像表示器２が搭載され、これと対面する位置に前記凹面鏡３が搭載されている。凹面鏡３は反射面部３０の左右両端においてそれぞれ後面側に突出され、上下縁が先端に向けて幅寸法が低減されるテーパ状をした第１アーム部３１及び第２アーム部３２と、これら第１アーム部３１及び第２アーム部３２の先端からそれぞれ水平左右方向の外側に突出された第１回転軸３３及び第２回転軸３４を備えている。

そして、前記装置ボディ５の内底部５０には前記各回転軸３３，３４に対応する部位に壁状の第１軸受５１及び第２軸受５２が立設されている。これら第１軸受５１及び第２軸受５２は上縁に半円状の凹溝が形成された構成であり、前記各回転軸３３，３４はそれぞれ対応する軸受５１，５２の凹溝に支承されて軸転可能とされている。したがって、凹面鏡３はこれら回転軸３３，３４が軸転されることにより両回転軸３３，３４を結ぶ軸線Ａｘを支点にして傾動され、反射面部３０の垂直方向の傾動角度が変化される。

前記第１回転軸３３には回転機構４の傾動ブラケット４２が連結されている。この回転機構４は装置ボディ５の内底部５０の下側面に固定されたアクチュエータ４０を備えており、このアクチュエータ４０は、例えば図２，３には表れないモータにより螺進されるスクリュー構成の駆動ロッド４１を備えている。駆動ロッド４１は装置ボディ５の内底部５０から上方に向けて突出されており、軸方向、すなわち上下方向に移動される。前記傾動ブラケット４２はこの駆動ロッド４１の上側先端にボールジョイントにより連結されており、駆動ロッド４１の上下移動により傾動され、この傾動により連結されている第１回転軸３３を軸転させ、凹面鏡３を傾動させることが可能とされている。

図４は前記凹面鏡３の第１回転軸３３の近傍部位の斜視図であり、図５はその平面図である。また、図６はその部分分解斜視図である。前記第１回転軸３３には、フランジ部３５と連結部３６が軸方向に一体に形成されている。フランジ部３５は第１回転軸３３よりも大径の円形フランジとして形成されている。連結部３６は円周面の一部が平面に切除された非円形の軸として形成されている。そして、第１回転軸３３が第１軸受５１に軸支されたときに、フランジ部３５と連結部３６は第１軸受５１の外側（左側）に突出位置されるとともに、連結部３６は前記傾動ブラケット４２に連結されている。

前記傾動ブラケット４２は長さ方向の中間部４３が板状に形成されており、この中間部４３の一端部が前記第１回転軸３３に連結する軸連結部４４として構成され、他端部が前記アクチュエータ４の駆動ロッド４１に連結するアクチュエータ連結部４５として構成されている。軸連結部４４は前記フランジ部３５とほぼ同径寸法をした円柱状に形成され、装置ボディ５の内底部５０の一部に立設された第２軸受５３に軸支される。これにより、傾動ブラケット４２は、この軸連結部４４を支点にして軸周り方向に傾動が可能とされている。

軸連結部４４の内側（右側）の端面には、第１回転軸３３と一体の前記連結部３６と同じに内周面の一部に平坦面を有する断面形状した凹穴からなる連結穴４６が形成されている。この連結穴４６に当該連結部３６が軸方向に嵌入されており、これにより連結部３６、すなわち第１回転軸３３は軸連結部４４に対して軸周り方向に一体化される。また、アクチュエータ連結部４５は、前記したようにボールジョイントにより駆動ロッド４１に連結されている。これにより、アクチュエータ４０が駆動されて駆動ロッド４１が上下方向に移動されると、傾動ブラケット４２は軸連結部４４を支点にして垂直方向に傾動され、この傾動によって第１回転軸３３を軸周りに回転し、凹面鏡３を傾動させることが可能とされている。

さらに、前記装置ボディ５の内底部５０には、前記第１回転軸３３に臨む部位にボス部５４が立設されており、このボス部５４に弾性部材６が配設されている。この弾性部材６は所要形状に屈曲加工された板バネからなり、当該ボス部５４に対して固定される固定部６０と、この固定部６０から延長された弾接部６１を備えている。この板バネ６の固定部６０は２本のネジ７によりボス部５４に固定され、弾接部６１は前記凹面鏡３の第１アーム部３１に弾接されている。

図７（ａ），（ｂ）はそれぞれ図５のａ－ａ線、ｂ－ｂ線に沿った断面図である。板バネ６の弾接部６１は、第１アーム部３１の外側面、すなわち左側面に弾接される第１弾接片６２と、第１アーム部３１のテーパ状をした上縁に弾接される第２弾接片６３を備えている。第１弾接片６２は第２弾接片６３の一方の縁から下方に向けて突出された小型の舌片で構成され、第１アーム部３１の外側面（左側面）に弾接されている。これにより、第１弾接片６２は第１アーム部３１を軸方向の内側、すなわち図７（ａ）の右側に向けて付勢することになる。

また、第２弾接片６３は固定部６０から第１アーム部３１に沿って延長された片持片として構成され、その先端が第１アーム部３１の上縁に弾接されている。この第２弾接片６３の長さ寸法は第１回転軸３３の径寸法よりも長く形成されており、第１回転軸３３よりも凹面鏡３の反射面部３０に近い部位において弾接されている。これにより、第２弾接片６３は第１アーム部３１の基端側、すなわち反射面部３０側を下方に向けて付勢する。換言すれば、第１回転軸３３を図７（ｂ）の時計回り方向に向けて付勢することになる。

このように、凹面鏡３は板バネ６の第１弾性片６２によって第１回転軸３３の側から第２回転軸３４に向けて軸線Ａｘに沿った方向に付勢される。また、凹面鏡３は第２弾性片６３によって反射面部３０が下方に向くように軸線Ａｘの軸周り方向に付勢される。

以上説明したＨＵＤ装置１では、図１を参照して説明したように、画像表示部２において表示された画像の画像光は凹面鏡３において反射され、さらに自動車のウインドシールドＷＳに投射されるので、乗員ＭはウインドシールドＷＳを透して自動車の前方位置に表示画像（虚像）Ｉを視認する。また、回転機構４のアクチュエータ４０を制御することにより、傾動ブラケット４２は軸連結部４４を支点にして垂直方向に傾動される。この傾動により軸連結部４４に連結されている第１回転軸３３が一体的に軸転され、第１アーム部３１を介して凹面鏡３が傾動され、反射面部３０の傾動角度が変化される。この反射面部３０の傾動角度の変化制御によりウインドシールドＷＳに投射される画像光の位置や方向が変化され、視線位置が相違する乗員Ｍに対しても同じ位置に画像Ｉを視認することができるように調整が行なわれる。

ところで、このＨＵＤ装置１においては、凹面鏡３の第１回転軸３３及び第２回転軸３４はそれぞれ装置ボディ５に設けられた第１軸受５１及び第２軸受５２に軸支されている。これら第１回転軸３３及び第２回転軸３４の軸方向の寸法は、それぞれ対応する第１軸受５１及び第２軸受５２の軸方向とほぼ同じ寸法に設計されているが、実際には両回転軸３３，３４の軸転を許容するために設計寸法には所定の余裕（マージン）が設けられている。そのため、第１回転軸３３及び第２回転軸３４はこの余裕の寸法だけ第１軸受５１及び第２軸受５２において軸方向に移動されることになり、これによって凹面鏡３の軸線Ａｘに沿った軸方向のがたつきが生じることがある。この軸方向のがたつきにより凹面鏡３の左右方向の位置が変化され、表示画像の位置が左右方向に変動される。

この実施形態では、第１回転軸３３には隣接してフランジ部３５が設けられ、このフランジ部３５は第１軸受５１の左側面に対面する位置に配置される。また、板バネ６の弾接部６１の第１弾接片６２は第１アーム部３１の左側面に弾接されている。したがって、第１弾接片６２によって第１アーム部３１が軸方向の右方向に付勢され、これと一体の第１回転軸３３も右方向に付勢されると、さらに一体のフランジ部３５が第１軸受５１の左側面に当接され、この当接によって第１回転軸３３及び第１アーム部３１の軸方向の移動が規制され、凹面鏡３の軸方向の移動が規制されて軸方向、すなわち左右方向のがたつきが防止される。

また、第１回転軸３３の軸周り方向についてみると、第１回転軸３３と一体の連結部３６と、傾動ブラケット４２の軸連結部４４の連結穴４６はそれぞれ円周面の一部に平坦面を有する非円形に形成されており、連結部３６が連結穴４６に嵌入されたときには第１回転軸３３と軸連結部４４は軸周り方向に一体化され、したがって第１回転軸３３と傾動ブラケット４２が軸周り方向に一体かされる。しかし、これら連結部３６と連結穴４６との間に寸法誤差が生じていると、第１回転軸３３と傾動ブラケット４２との間に軸周り方向のがたつき生じる。この軸周り方向のがたつきにより凹面鏡３の上下方向の角度が安定せず、表示画像の位置が上下方向に変動される。

この実施形態では、板バネ６の弾接部６１の第２弾接片６３は第１アーム部３１の上縁に弾接されており、第１アーム部３１は時計回り方向に付勢され、この付勢力によって第１回転軸３３と一体の連結部３６は軸連結部４４の連結穴４６に対して時計回り方向に付勢される。すなわち、連結部３６と連結穴４６の各平面部が互いに当接されて軸周り方向に規制される。これにより、傾動ブラケット４２に対する第１回転軸３３の軸周り方向のがたつきが防止され、凹面鏡３の上下方向の角度の変化が防止される。

このように、実施形態では、１つの板バネ６の弾接部６１に第１弾接片６２と第２弾接片６３を備え、第１弾接片６２によって凹面鏡３の軸方向のがたつきが防止され、第２弾接片６３によって凹面鏡３の傾動角度のがたつきが防止される。したがって、１つの板バネ６、すなわち１つの弾性部材によって凹面鏡３の軸方向と軸周り方向のがたつきを防止することができ、部品点数の削減、及び組み付け工数の削減を図った簡易な構成のＨＵＤ装置が構成できる。

図８は実施形態の変形例を説明する図であり、（ａ）は要部の模式的な斜視図、（ｂ）は作用を説明する模式的な正面図である。図８（ａ）のように、第１アーム部３１には第１回転軸３３の軸方向と軸周り方向の両方向に対して傾斜された傾斜面部３１ａが一体に形成されている。また、弾性部材である板バネ６の弾接部６１はこの傾斜面部３１ａに対して軸周り方向に弾接される単一の弾接片６４として形成されている。この弾接片６４が当該傾斜面部３１ａに弾接される部位には、傾斜面部３１ａに沿って軸方向及び軸周り方向に滑動することができるような形状、例えば球面状の突起６４ａが一体に形成されている。なお、弾接片６４において板バネ６の固定部６０から突起６４ａ迄の長さ寸法は、当該固定部６０から第１回転軸３３の軸芯迄の長さよりも長くされている。

図８（ｂ）のように、弾接片６４の突起６４ａが傾斜面部３１ａに軸周り方向に弾接することにより、傾斜面部３１ａにおいて矢印で示す弾接力の分力が軸方向に生じる。これにより、傾斜面部３１ａと一体の第１アーム部３１は弾接片６４の弾接力によって軸周り方向と軸方向に付勢される。したがって、実施形態と同様に、傾動ブラケット４２に対する第１の回転軸３３の軸周り方向のがたつきが防止されて凹面鏡３の垂直方向の角度の変化が防止される。また、この変形例では、第１回転軸３３と一体の連結部３６ａはスプライン構造とされており、この場合には傾動ブラケット４２の軸連結部４４の連結穴４６もスプライン構造とされる。

この変形例においても、１つの弾性部材としての板バネ６によって凹面鏡３の軸方向のがたつきと軸周り方向のがたつきが防止され、凹面鏡３の傾動確度ぎばらつきの防止、ないし表示画像の位置精度の変動が防止される。したがって、部品点数の削減、及び組み付け工数の削減を図った簡易な構成の高品質のＨＵＤ装置が構成できる。

本発明において、弾性部材は、１つの部材で凹面鏡を軸方向と軸周り方向にそれぞれ付勢する構成であれば、板バネに限られるものではなく線バネで構成されてもよい。例えば、捩じりバネにより凹面鏡を軸方向と軸周り方向に付勢する構成であってもよい。また、変形例のように１つの弾性部材により生じる分力を利用して凹面鏡を軸方向と軸周り方向に付勢する構成の場合には、弾性部材はコイルバネで構成されてもよい。

本発明の表示装置は実施形態に記載のＨＵＤ装置に限られるものではなく、回転軸により装置ボディに軸支され、回転軸の軸周りに傾動される光学要素を備える表示装置に適用できる。また、本発明をＨＵＤ装置として構成する場合に、コンバイナ等の透明なプラスチックディスクを使用して構成してもよい。さらに、本発明における光学要素は凹面鏡に限られるのものではなく、装置ボディに軸転可能に支持され、回転機構により軸転されて表示画像の表示位置や表示方向を変化制御するための光学要素であれば適用できる。

１ ＨＵＤ装置（表示装置）
２ 画像表示部
３ 凹面鏡（光学要素）
４ 回転機構
５ 装置ボディ
６ 板バネ（弾性部材）
３０ 反射面部
３１，３２ アーム部
３３，３４ 回転軸
３５ フランジ部
３６ 連結部
４０ アクチュエータ
４１ 駆動ロッド
４２ 傾動ブラケット
４４ 軸連結部
４６ 連結穴
５１，５２，５３ 軸受
６１ 弾接部
６２，６３ 弾接片

Claims (10)

1. 画像表示部に表示された画像の画像光を車両の透光部材に投射する光学要素を備える表示装置であって、当該光学要素は装置ボディに軸支されるとともに回転機構により軸周り方向に軸転可能とされており、前記光学要素を軸方向及び軸周り方向に付勢する単一の弾性部材を備えることを特徴とする表示装置。
2. 前記光学要素は回転軸を備えており、当該回転軸は前記装置ボディに設けられた軸受において軸転可能に軸支されるとともに前記回転機構に連結されている請求項１に記載の表示装置。
3. 前記弾性部材は板バネで構成され、前記装置ボディに固定される固定部と、前記光学要素に弾接し、当該光学要素を前記軸方向と前記軸周り方向にそれぞれ付勢する弾接片を備える請求項２に記載の表示装置。
4. 前記弾性部材は板バネで構成され、前記装置ボディに固定される固定部と、前記光学要素を前記軸方向に付勢する第１弾接片と、前記光学要素を前記軸周り方向に付勢する第２弾接片を備える請求項３に記載の表示装置。
5. 前記弾性部材は板バネで構成され、前記装置ボディに固定される固定部と、前記光学要素に対して前記軸方向と前記軸周り方向に付勢する分力を発生させる弾接片を備える請求項３に記載の表示装置。
6. 前記回転軸は軸方向に隣接されたフランジ部と、前記回転機構に連結される連結部を備え、前記弾性部材は前記フランジ部が前記軸受に軸方向に当接するように付勢する請求項２ないし５のいずれかに記載の表示装置。
7. 前記光学要素は、前記回転軸の径方向に延長されたアーム部を備え、前記弾性部材は当該アーム部を回転軸の軸周り方向に付勢する請求項２ないし６のいずれかに記載の表示装置。
8. 前記回転機構は軸連結部を支点にしてアクチュエータにより傾動される傾動ブラケットを備えており、前記回転軸の連結部はこの軸連結部において軸周り方向に一体に連結される請求項６または７に記載の表示装置。
9. 前記光学要素は凹面鏡であり、前記ウインドシールドに対してその反射面の角度が変化されるように傾動される請求項１ないし８のいずれかに記載の表示装置。
10. 自動車のヘッドアップディスプレイとして構成され、前記ウインドシールドは当該自動車のフロントガラスである請求項９に記載の表示装置。
    

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