JP4650061B2

JP4650061B2 - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JP4650061B2
Application number: JP2005098837A
Authority: JP
Inventors: 武藤井; 正三郎宇田津
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006276724A

Description

本発明は、使用者が外界の景色と画像や情報とを重畳させて見ることのできるコンバイナを備えたヘッドアップディスプレイに関するものである。

一般にヘッドアップディスプレイは、航空機や車両のフレイムに取りつけられて使用者の眼前に画像や情報を出射する画像表示装置と、この画像表示装置に表示された画像の虚像を使用者の眼前に設置されたコンバイナの前方に結像させる光学系とを備えており、画像表示装置からの画像を外景光と合わせて表示させるものであって、例えば特許文献１や特許文献２に示すものがある。

このようなヘッドアップディスプレイを航空機のコクピットに取りつけて使用する際、乱気流等によって機体に急ブレーキがかかるような大きな衝撃を突発的に受けたとき、重力加速度によって使用者の頭部が前方に煽られてコンバイナに激突し、頭部に損傷を受ける恐れがある。そこで従来では、例えば特許文献１の図５で示すように、頭部が当たるとその力でコンバイナが前方に回動するようにして衝撃を緩和している。
特開２００１−５１２２８号公報特開平１０−１３８７９４号公報

しかし、上記従来手段では、コンバイナを使用しているときは、コンバイナが機体の振動によって共振したり、前方に煽られることのないように安定よく保持する必要があるためコンバイナの回動許容値が固めに設定されており、そのため頭部が当たったときの反動は大きく、特に大きな重力加速度がかかったときはその衝撃度も比例的に大きくなり、やはり頭部に損傷を与える可能性は否めないといった問題点があった。

そこで本発明は、機体に急ブレーキがかかるような突発的な衝撃を受けたときに、使用者の頭部が前方に向かって煽られてコンバイナに激突する前に、コンバイナが使用者前方の回避位置に向かって自然に回避するようにして使用者の頭部を保護するようにしたヘッドアップディスプレイを提供することを主たる目的とするものである。

更に本発明の重要な目的は、機体に突発的な衝撃をうけてコンバイナが回避位置に向かって回動したあと、反動によってコンバイナが戻ってきて使用者の頭部を打擲することを未然に防止するようにしたヘッドアップディスプレイを提供することにある。

上記目的を達成する為に本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、コンバイナをヘッドアップディスプレイのハウジングに対して使用者の眼前に相当する使用位置から使用者前方上位の回避位置まで回動可能に支持するコンバイナ支持手段と、コンバイナ使用位置でコンバイナを弾力的に保持する弾性係合手段と、コンバイナを回避位置方向に弾圧する跳上げ機構とからなり、前記コンバイナ使用者の頭部がコンバイナに向かって煽動されるような重力加速度がコンバイナに負荷されたときに、コンバイナが弾性係合手段による弾性係合力に抗して回避位置に向かって回動するように、前記弾性係合手段の係合を強制する弾力が予め設定されているヘッドアップディスプレイであって、前記コンバイナ支持手段はコンバイナと一体的な回動軸を含み、該回動軸が枢軸を介してハウジングに保持されており、前記跳上げ機構は、ハウジングと一体連結され且つ前記回動軸の回転中心を直交する基準線に沿って配置されたブラケットと、該ブラケットに前記基準線に沿って形成された長穴と、一端が前記長穴に沿って摺動する第１の連結軸に揺動可能に連結され他端が第２の連結軸を介して回動軸に揺動可能に連結されたリンクと、前記第１の軸と回動軸の回転中心をはさんだブラケットの端部との間に装着された引張りバネとからなり、コンバイナ使用位置で前記第１の軸と第２の軸が基準線上に位置するように配置され、コンバイナが回避位置方向に動き出すと、リンクの第２の軸が基準線上から押し出されて引張りバネのバネ力が回動軸を回避位置方向に回動する力として作用し、コンバイナが跳ね上がっている途中で重力加速度がなくなってもコンバイナが戻ることなくバネ力で回避位置まで跳上げるように作用する構造とした。

本発明のヘッドアップディスプレイは上記のごとく構成したから、このヘッドアップディスプレイを装着した乗物に急ブレーキがかかるような大きな衝撃を受けて、使用者の頭部が前方に向かって煽られたときに、使用者の頭部がコンバイナに激突する前にコンバイナが使用者前方の回避位置に向かって自然に回避して使用者の頭部を未然に保護することができる。また、コンバイナを回避位置方向に付勢する跳上げ機構によって、コンバイナが迅速且つスムースに回避位置に移動すると共に、跳ね上がったコンバイナがその位置で保持されるので、反動によって戻ってきたコンバイナで頭が打擲されることを防止することができ、加えて、コンバイナを跳上げ機構の弾力に抗して弾性係合手段が係合する位置まで回動することにより、簡便にコンバイナを使用位置に復帰させることができる、といった種々の効果がある。

その上、前記コンバイナ支持手段はコンバイナと一体的な回動軸を含み、該回動軸が枢軸を介してハウジングに保持されており、前記跳上げ機構は、ハウジングと一体連結され且つ前記回動軸の回転中心と直交する基準線に沿って配置されたブラケットと、該ブラケットに基準線に沿って形成された長穴と、一端が前記長穴に沿って摺動する第１の連結軸に揺動可能に連結され他端が第２の連結軸を介して回動軸に揺動可能に連結されたリンクと、前記第１の軸と回動軸の回転中心をはさんだブラケットの端部との間に装着された引張りバネとからなり、コンバイナ使用位置で前記第１の軸と第２の軸が基準線上に位置するように配置され、コンバイナが回避位置方向に動き出すと、リンクの第２の軸が基準線上から押し出されて引張りバネのバネ力が回動軸を回避位置方向に回動する力として作用し、コンバイナが跳ね上がっている途中で重力加速度がなくなっても、コンバイナが戻ることなくバネ力で回避位置まで跳ね上げるように作用する構造としたので、コンバイナ使用位置にあっては、リンクの第１の軸並びに第２の軸が引張りバネの軸線と同一線上にあるので、即ち基準線上にあるので、引張りバネのバネ力は回動軸の軸芯に向かって作用して回動軸を回動する力としては全く作用せず、これにより引張りバネが弾性係合手段の弾力の設定値に影響を与えることがなく、また上記したような重力加速度を受けてコンバイナが回避位置方向に動き出すと、リンクの第２の軸が基準線上から押し出されて引張りバネのバネ力が回動軸を回避位置方向に回動する力として作用し、これによりコンバイナが跳ね上がっている途中で重力加速度がなくなってもコンバイナが戻ることなく回避位置まで跳ね上げ、使用者の頭部を打擲することがない、といった効果がある。

また、第２の発明は、コンバイナをヘッドアップディスプレイのハウジングに対して使用者の眼前に相当する使用位置から使用者前方上位の回避位置まで回動可能に支持するコンバイナ支持手段と、コンバイナ使用位置でコンバイナを弾力的に保持する弾性係合手段と、コンバイナを回避位置方向に弾圧する跳上げ機構とからなり、前記コンバイナ使用者の頭部がコンバイナに向かって煽動されるような重力加速度がコンバイナに負荷されたときに、コンバイナが弾性係合手段による弾性係合力に抗して回避位置に向かって回動するように、前記弾性係合手段の係合を強制する弾力が予め設定されているヘッドアップディスプレイであって、前記コンバイナ支持手段はコンバイナと一体的な回動軸を含み、該回動軸が枢軸を介してハウジングに保持されており、前記跳上げ機構は、ハウジングと一体連結されたブラケットを含み、ブラケットと回動軸との間には回避位置方向に回動させるバネ力を発生させるための引張りバネが取り付けられ、前記弾性係合手段は、回動軸側に設けられて使用位置でブラケットに形成された係合凹部に係合するプランジャーと、このプランジャーを係合方向に弾圧するスプリングとからなる構造とした。
本発明によれば、スプリングのバネ力を選定することにより容易に弾性係合手段の弾力を希望する値に設定することができる。

上記発明において、前記弾性係合手段の弾力が、コンバイナに標準重力加速度の２〜３倍以上の重力加速度が負荷されたときにコンバイナが弾性係合手段の弾力に抗して回避位置に向かって自然回動するような強さで設定するのが好ましい。これは、上記の値の重力加速度がコンバイナ使用者に対してコンバイナ方向に突発的に負荷されると、概ね使用者の頭部が前方に煽られるからである。尚、標準重力加速度（Ｇ）の値は、１９０１年の国際度量衡総会で９．８０６６５m/s^２と定義されている。

以下において、本発明にかかるヘッドアップディスプレイを図１〜図５に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態であるヘッドアップディスプレイの側面図（一部断面を含む）であり、コンバイナを使用位置にしたときの図である。また、図２は図１と同様にヘッドアップディスプレイの側面図（一部断面を含む）であり、コンバイナを回避位置にしたときの図である。図３は図１の主要部を拡大した図であり、図４は図２の主要部を拡大した図である。図５は、図１の主要部１の斜視図である。
図において、符号Ａは航空機のコクピットに取りつけられて使用されるヘッドアップディスプレイのハウジングであって、光透過材料からなるコンバイナＢがコンバイナ保持手段Ｃを介して保持されている。

前記ハウジングＡ内には、図示は省略するが、画像や情報を出射する画像表示装置と、この画像表示装置に表示された画像の虚像を使用者の眼前に設置されるコンバイナＢの前方に結像させる光学系とが設けられており、画像表示装置からの画像表示光を、光学系を介してコンバイナＢに投射して、画像の虚像をコンバイナの前方に結像させるものであって、これらの技術は従来公知のものである。

前記コンバイナ保持手段Ｃは、コンバイナＢをヘッドアップディスプレイのハウジングＡに対して使用者の眼前で垂れ下がった図１（並びに図３）の使用位置から、図２（並びに図４）の使用者前方上位の回避位置まで回動可能に保持するものであって、ハウジングＡに支持された枢軸１を含み、この枢軸１にコンバイナＢと一体的な回動軸２が回動できるように保持されている。更に本発明では、コンバイナ使用位置でコンバイナＢを弾力的に保持する弾性係合手段Ｄと、コンバイナＢを回避位置方向に付勢する跳上げ機構Ｅとを備えている。

前記跳上げ機構Ｅは、ハウジングＡと一体連結され且つ前記回動軸２の回転中心と直交する基準線Ｘに沿って回動軸２の中間部位に配置されたブラケット３と、該ブラケット３の一端部で前記基準線Ｘに沿って形成された長穴４と、前記長穴４に摺動可能に設けられた第１の連結軸５と、一端が第1の連結軸５に揺動可能に連結され他端が第２の連結軸６を介して回動軸２に揺動可能に連結されたリンク７と、前記基準線Ｘ上で回動軸２の回転中心をはさんだ状態で第１の軸５とブラケット３の他端部との間に装着された引張りバネ８とから構成されており、図１（並びに図３）のコンバイナ使用位置で、前記第１の軸５と第２の軸６が共に基準線Ｘ上に位置するように形成されている。本実施例では前記ブラケット３、リンク７並びに引張りバネ８は並行姿勢で左右一対設けたが、一方だけで形成することも可能である。

前記弾性係合手段Ｄは、使用位置で前記ブラケット３に形成された係合凹部９に係脱自在に係合するプランジャー１０と、このプランジャー１０を係合方向に弾圧するスプリング１１が回動軸２に設けられている。またコンバイナ使用者の頭部がコンバイナＢに向かって煽動されるような大きな重力加速度がコンバイナに負荷されたときに、前記プランジャー１０をスプリング１１の弾力に抗して押し上げてコンバイナＢと共に回動軸２が弾性回避位置に向かって自然回動するように、前記スプリング１１の弾力が予め設定されている。即ち、コンバイナ使用者の頭部がコンバイナＢに向かって煽られると同時にコンバイナＢも回避位置に向かって跳ね上がるように形成されている。本実施例では、回動軸２に回避位置方向への回動力が付与されたときにプランジャー１０が係合凹部９から離脱できるように、プランジャー１０の先端に傾斜面１０ａが設けられており、この傾斜面１０ａが係合凹部９の一縁に設けたローラー１２に接触してブラケット周面に乗り上がるように形成されている。

また、ブラケット３の一部に回動軸２の外側に突出した突出片１３が設けられていて、この突出片１３がハウジングＡの段部１４とハウジングに設けた狭着用のプランジャー１５との間で狭着されてブラケット３の回動が阻止されている。これによりブラケット３がハウジングＡと一体的に連結されている。

上記の構成において、このヘッドアップディスプレイを装着した航空機に急ブレーキがかかるような大きな衝撃を突発的に受けて、使用者の頭部が前方に向かって煽られたときに、使用者の頭部がコンバイナに激突する前に、プランジャー１０がスプリング１１に抗して後退して係合凹部９との係合が外れ、コンバイナが使用者前方の回避位置に向かって自然に回避して使用者の頭部を未然に保護することができる。
また、図１（並びに図３）に示すコンバイナ使用位置にあるとき、リンク３の第１の軸５並びに第２の軸６が引張りバネ８の軸線と同一線上にあるので、即ち基準線Ｘ上にあるので、引張りバネ８のバネ力は回動軸２の軸芯に向かって作用して回動軸２を回動する力としては全く作用していないが、コンバイナＢが回避位置方向に動き出すと、リンク３の第２の軸６が基準線Ｘ上から押し出されて引張りバネ８のバネ力が回動軸２を回避位置方向に回動する力として作用し、これによりコンバイナＢが跳ね上がっている途中で重力加速度がなくなってもコンバイナＢが戻ることなく図２（並びに図４）の回避位置まで跳上げてその姿勢を保持することができる。

本発明は、航空機や車両等の乗物に装着して外界の景色に画像や情報を重畳させて表示させる表示装置全般に利用することが可能である。

本発明にかかるヘッドアップディスプレイの一実施例を示す一部断面側面図であってコンバイナの使用位置を示す。図１同様の一部断面側面図であって、コンバイナの回避位置を示す。図１の要部拡大断面図。図２の要部拡大断面図。上記ヘッドアップディスプレイの要部の一部切欠斜視図。

符号の説明

Ａヘッドアップディスプレイのハウジング
Ｂコンバイナ
Ｃコンバイナ保持手段
Ｄ弾性係合手段
Ｅ跳上げ機構
１枢軸
２コンバイナの回動軸
３ブラケット
４長穴
５第１の軸
６第２の軸
７リンク
８引張りバネ
９係合凹部
１０プランジャー
１１スプリング

Claims

コンバイナをヘッドアップディスプレイのハウジングに対して使用者の眼前に相当する使用位置から使用者前方上位の回避位置まで回動可能に支持するコンバイナ支持手段と、コンバイナ使用位置でコンバイナを弾力的に保持する弾性係合手段と、コンバイナを回避位置方向に弾圧する跳上げ機構とからなり、
前記コンバイナ使用者の頭部がコンバイナに向かって煽動されるような重力加速度がコンバイナに負荷されたときに、コンバイナが弾性係合手段による弾性係合力に抗して回避位置に向かって回動するように、前記弾性係合手段の係合を強制する弾力が予め設定されているヘッドアップディスプレイであって、
前記コンバイナ支持手段はコンバイナと一体的な回動軸を含み、該回動軸が枢軸を介してハウジングに保持されており、
前記跳上げ機構は、ハウジングと一体連結され且つ前記回動軸の回転中心を直交する基準線に沿って配置されたブラケットと、該ブラケットに前記基準線に沿って形成された長穴と、一端が前記長穴に沿って摺動する第１の連結軸に揺動可能に連結され他端が第２の連結軸を介して回動軸に揺動可能に連結されたリンクと、前記第１の軸と回動軸の回転中心をはさんだブラケットの端部との間に装着された引張りバネとからなり、
コンバイナ使用位置で前記第１の軸と第２の軸が基準線上に位置するように配置され、
コンバイナが回避位置方向に動き出すと、リンクの第２の軸が基準線上から押し出されて引張りバネのバネ力が回動軸を回避位置方向に回動する力として作用し、コンバイナが跳ね上がっている途中で重力加速度がなくなってもコンバイナが戻ることなくバネ力で回避位置まで跳上げるように作用するヘッドアップディスプレイ。
コンバイナをヘッドアップディスプレイのハウジングに対して使用者の眼前に相当する使用位置から使用者前方上位の回避位置まで回動可能に支持するコンバイナ支持手段と、コンバイナ使用位置でコンバイナを弾力的に保持する弾性係合手段と、コンバイナを回避位置方向に弾圧する跳上げ機構とからなり、
前記コンバイナ使用者の頭部がコンバイナに向かって煽動されるような重力加速度がコンバイナに負荷されたときに、コンバイナが弾性係合手段による弾性係合力に抗して回避位置に向かって回動するように、前記弾性係合手段の係合を強制する弾力が予め設定されているヘッドアップディスプレイであって、
前記コンバイナ支持手段はコンバイナと一体的な回動軸を含み、該回動軸が枢軸を介してハウジングに保持されており、
前記跳上げ機構は、ハウジングと一体連結されたブラケットを含み、ブラケットと回動軸との間には回避位置方向に回動させるバネ力を発生させるための引張りバネが取り付けられ、
前記弾性係合手段は、前記回動軸側に設けられて使用位置で前記ブラケットに形成された係合凹部に係合するプランジャーと、このプランジャーを係合方向に弾圧するスプリングとからなるヘッドアップディスプレイ。
前記弾性係合手段の弾力は、コンバイナに標準重力加速度の２〜３倍以上の重力加速度が負荷されたときにコンバイナが弾性係合手段の弾力に抗して回避位置に向かって自然回動するような強さで設定されている請求項１又は請求項２の何れかに記載のヘッドアップディスプレイ。