JP6435159B2 - 角度調整機構および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転体の回転角度を調整する角度調整機構およびそれを備えた表示装置に関する。

車両用の表示装置として、表示器から照射される光学的情報を含む表示光をフロントガラス等のウインドシールドに投影して虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が知られている。この種のヘッドアップディスプレイ装置は、一般に、車両のダッシュボード内に収容され、表示器から照射される表示光を凹面鏡からなるミラーに反射させてウインドシールドに投影する構成となっている。凹面鏡からなるミラーは、ウインドシールドに投影される虚像の高さ位置が乗員の視点の高さに応じて調整可能なように水平な回転軸を中心に回転可能に設けられ、モータによって回転駆動されるものが知られている（特許文献１）。

特開２０１１−１３１６５１号公報

上記特許文献１に記載されるヘッドアップディスプレイ装置にあっては、上記ミラーの回転軸をモータで回転させて該ミラーを回転駆動しており、そのモータはミラーの側方に配設されるとともに出力軸が回転軸の一端に同軸、かつ直接に結合されている。しかしこのような構成では、幅寸法がミラーを超えて大きくなってしまうため、車載のためのスペース増大や、それに伴う他の車載機器の寸法や配設位置の自由度を低下させるといった問題を招く。そこで、モータをミラーの背面側に配置することで全体の幅を抑えることが可能となるが、その場合には、モータの出力軸と回転軸を接続させるギヤ列等の手段が必要となるため、組み立て精度や部品精度に対して高いレベルが要求されてくる。また、ミラーの回転軸を直接モータで駆動する構成では大きい駆動トルクを有するモータを要するため、消費電力を抑えにくくなるという不利な面もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、小型化とともに組み立て精度や部品精度を抑えることができ、さらに省電力が図られる角度調整機構を提供することにあり、また、そのような角度調整機構を備えた表示装置を提供することにある。

本発明の角度調整機構は、第１の支持体に第１の回転軸を介して回転可能に支持された回転体を回転させて該回転体の回転角度を調整する角度調整機構であって、駆動源と、第２の支持体に第２の回転軸を介して揺動可能に支持されるとともに前記回転体に係合し、前記駆動源の駆動出力に応じて該回転体を回転させるアームと、を備えることを特徴とする。

また、本発明の角度調整機構は、第１の回転軸に対して回転可能な回転体の回転角度を調整する角度調整機構であって、駆動源と、前記第１の回転軸に平行な第２の回転軸を軸に揺動可能であり、前記駆動源の駆動出力に応じて前記回転体を回転させるアームと、を備えることを特徴とする（請求項１）。

本発明の角度調整機構は、駆動源の駆動出力に応じて作動するアームにより回転体が回転させられ、回転体の回転角度が調整される。回転体とアームの各回転軸すなわち第１および第２の回転軸が別個に独立しているため、当該角度調整機構を回転体の幅内に配設することができ、これにより回転体に対して幅を拡大させることなく組み込むことができ、小型化が図られる。本発明ではこのように小型化を図る上で、当該角度調整機構の少なくとも一部が回転体の幅内に配設される形態（請求項３）を好ましいものとし、具体的には、前記アームおよび前記駆動源の少なくとも一部が前記回転体の幅内に配設されている形態（請求項４）が挙げられる。

本発明の角度調整機構によれば、回転体をアームで回転させて角度調整するため、アームが回転体を回転駆動する機構に高い精度は必要なく、したがって、例えばギヤ列からなる動作伝達手段等のように組み立て精度や部品精度に高いレベルは要求されない。したがって組み立てが容易化する。また、回転体の第１の回転軸を直接モータで駆動するような場合に比べて駆動源の駆動トルクは小さくてよく、その結果、省電力が図られる。

本発明の角度調整機構は、前記第２の回転軸が前記第１の回転軸に対し同一軸上または非同軸の状態で近傍に配設されている形態を含む（請求項２）。この形態では、回転体に当該角度調整機構を組み込んだ状態での小型化が図られる。また、アームが回転体を回転させるための応力の損失は小さく、アームの揺動による回転体の回転が効率よくなされる。なお、第２の回転軸が第１の回転軸に対し非同軸の状態で近傍に配設した形態は、上記のように当該角度調整機構が回転体の幅内に配設されるため、幅の拡大が抑えられる。

また、本発明の角度調整機構は、前記駆動源が前記第２の回転軸の延在方向に対して前記アームと重なるように配置されている形態を含む（請求項５）。この形態では第２の回転軸に直交する奥行き方向の寸法が抑えられ、小型化が可能となる。

また、本発明の角度調整機構は、前記駆動源の駆動出力を前記アームに伝達する減速機構を備えた形態を含む（請求項６）。そしてこの形態においては、減速機構がウォームギヤを含むものとする（請求項７）と、ウォームギヤによって減速機構にセルフロックが働き、減速機構の逆転が規制され、回転体が外力を受けた際などにおいて減速機構が逆転することに起因する減速機構や駆動源の破損が防止される。

次に、本発明の表示装置は、表示器から照射される光をミラーで反射させて車両のウインドシールドに投影して表示を行う表示装置であって、前記回転体が該ミラーであり、請求項１〜７のいずれかに記載の角度調整機構を備えることを特徴とする（請求項８）。

また、本発明の表示装置は、表示器から照射される光をコンバイナに投影して表示を行う表示装置であって、前記回転体が該コンバイナであり、請求項１〜７のいずれかに記載の角度調整機構を備えることを特徴とする（請求項９）。

本発明によれば、小型化とともに組み立て精度や部品精度を抑えることができ、さらに省電力が図られる角度調整機構およびそれを備えた表示装置が提供されるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）の概要を示す側面図である。 一実施形態のＨＵＤが備える凹面鏡ユニットの斜視図である。 同凹面鏡ユニットの背面側の斜視図（ブラケットの背板を不図示）である。 同凹面鏡ユニットの背面図（ブラケットの背板を不図示）である。 同凹面鏡ユニットの平面図である。 同凹面鏡ユニットが具備する角度調整機構の側面図である。 同角度調整機構の構造を示す側面図である。 同角度調整機構の構造を示す斜視図である。 同角度調整機構の作用を示す図であって、図４のIX−IX矢視部分の断面図である。 一実施形態に係る角度調整機構が適用される他のＨＵＤの概要を示す側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の角度調整機構を備えた表示装置をヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を説明する。

［１］ヘッドアップディスプレイ装置の全体構成
図１は、一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（表示装置、以下、ＨＵＤと略称）１の概要を示す図であって、ＨＵＤ１Ａが、フロントガラス（ウインドシールド）Ｇを備える車両のダッシュボード（不図示）内にセットされた状態を示している。

ＨＵＤ１Ａは、プロジェクタ等からなる表示器２と、平面鏡からなる反射ミラー３と、凹面鏡２１０を有するミラーユニット４と、これら表示器２、反射ミラー３、ミラーユニット４を収容するハウジング５を備えている。ＨＵＤ１Ａによれば、表示器２で生成された表示光Ｌが反射ミラー３、凹面鏡２１０を通じてハウジング５の上部の出射口５ａからフロントガラスＧに投影される。その表示光ＬはフロントガラスＧで運転者Ｐ側に反射し、フロントガラスＧの前方に表示光Ｌに基づく虚像Ｖが表示される。運転者Ｐは前方の風景と重畳するその虚像Ｖを視認し、運転のための情報を得る。虚像Ｖで表示される情報は、例えば各種車両情報（速度、走行距離等）やナビゲーション情報等である。

［２］ミラーユニットの構成
続いて、上記ミラーユニット４の構成を説明する。
ミラーユニット４は、図２〜図５に示すように、ブラケット（第１の支持体）１００と、ブラケット１００に一対の凸軸２３２，２３６からなる第１の回転軸２０１を介して回転可能に支持された凹面鏡２１０を含むミラー（回転体）２００と、ミラー２００を第１の回転軸２０１を中心に回転させて回転角度を調整する角度調整機構３００とを備えている。

ブラケット１００は、底板１１０、両側の側板１２０、背板１３０を有する横長な直方体の箱状に形成されたものである。ミラー２００は、所定の曲率に形成された反射面２１１を有する横長な板状の凹面鏡２１０と、凹面鏡２１０が内部に嵌め込まれて固定されるフレーム２２０とから構成されている。ミラー２００は、ブラケット１００内に、フレーム２２０を背板１３０側に対向させて収容されている。

図１に示すように、ブラケット１００は、上記ダッシュボード内に、幅方向が車両の左右方向（図１で紙面表裏方向）と平行で、凹面鏡２１０の反射面２１１が車両の後方すなわち運転者Ｐ方向、かつ斜め上方に向く状態に傾斜してセットされる。図２のＸ・Ｙ・Ｚの各方向は、それぞれブラケット１００の幅方向（左右方向）、奥行き方向（前後方向）、高さ方向を示している。

ミラー２００のフレーム２２０は、凹面鏡２１０の形状に沿って湾曲形状に形成された枠部２３０を主体としており、この枠部２３０の前面側に凹面鏡２１０が嵌め込まれ固定されている。図３〜図５に示すように、枠部２３０の背面には、中央部から一方（図３および図５で左側）の側端面２３１方向に向け膨出して延在する梁部２４０が、枠部２３０と一体に形成されている。この梁部２４０は、枠部２３０の高さ方向中央部に形成されている。図４および図５に示すように、梁部２４０の端部は側端面２３１よりも側方に突出しており、その端面には側方に突出する凸軸２３２が形成されている。また、枠部２３０の他方（図４および図５で右側）の側端面２３５には、側方に突出する凸軸２３６が、凸軸２３２と同軸的に形成されている。

左右の凸軸２３２，２３６は、ブラケット１００の左右の側板１２０に形成された軸孔１２２、１２６にそれぞれ挿入され、これによりミラー２００は凸軸２３２，２３６を中心にブラケット１００に回転可能に支持されている。本実施形態では、互いに同軸である左右一対の凸軸２３２，２３６によりミラー２００の第１の回転軸２０１が構成される。

第１の回転軸２０１の軸線２０１Ａ（図５に示す）は、ブラケット１００の幅方向すなわち車両の左右方向と平行に延びている。このため、凹面鏡２１０自体の幅方向（図５の線２１０Ａで示す）は第１の回転軸２０１の軸線２０１Ａに対し斜めとなっており、梁部２４０が形成された側の湾曲する凹面鏡２１０およびフレーム２２０の端部はブラケット１００から突出している。ブラケット１００内においては、ブラケット１００から突出する側のフレーム２２０の背面とブラケット１００の背板１３０との間にスペースが形成され、このスペースに上記角度調整機構３００が配設されている。以下、本発明に係る角度調整機構を説明する。

［３］角度調整機構
［３−１］構成
図４に示すように、角度調整機構３００は、ブラケット１００の底板１１０に立設された２つの支柱１１１に載置され、固定されている。図６〜図８に示すように、角度調整機構３００は、支柱１１１に固定されるケース（第２の支持体）３１０と、ケース３１０内に収容されたモータ（駆動源）３２０、減速機構３３０およびアーム３４０を備えている。ケース３１０は、ケース本体３１１と蓋体３１５との組み合わせからなり、ケース本体３１１および蓋体３１５が、それぞれ各支柱１１１に載置されて固定されている。図４に示すように、この固定状態で、角度調整機構３００はミラー２００の幅内に配設されている。

図７に示すように、アーム３４０は略上下方向に延びており、上端部には、軸線が左右方向（図２でＸ方向）に延びる第２の回転軸３４２が形成されている。第２の回転軸３４２は、ケース３１０内に設けられた軸受（図示略）に、上記第１の回転軸２０１と平行な状態に、かつ回転自在に支持されている。アーム３４０は、ケース３１０内において第２の回転軸３４２を介して矢印Ａで示すように前後方向（図２でＹ方向）に揺動可能に支持されている。アーム３４０の下端面には、第２の回転軸３４２と同心状のヘリカルギヤ歯で構成されるウォームホイール３３５が形成されている。第２の回転軸３４２は上記第１の回転軸２０１とは非同軸であって、第１の回転軸２０１に近接して配置されている。

図８に示すように、アーム３４０は、ケース３１０内に固定されるモータ３２０によって揺動させられる。モータ３２０とアーム３４０との間には、モータ３２０の回転を減速してアーム３４０に伝達するギヤ列からなる減速機構３３０が介在している。モータ３２０は、駆動ギヤ３２１が固定された駆動軸３２２を後方のミラー２００側に向けた状態でアーム３４０の側方に配置されている。減速機構３３０は、駆動ギヤ３２１に噛合する二段構成の平歯車３３１と、この平歯車３３１に順次噛合する平歯車３３２，３３３、平歯車３３３と同軸、かつ一体のウォームギヤ３３４と、ウォームギヤ３３４に噛合する上記ウォームホイール３３５とから構成されている。各ギヤ３３１〜３３５の軸線はモータ３２０の駆動軸３２２と平行で前後方向に延びている。各ギヤ３３１〜３３５は、ケース３１０内に設けられた軸受に回転可能に支持されている。

モータ３２０の駆動軸３２２は、板バネ３２５によってモータ３２０側に付勢されることで軸方向のガタが抑えられている。板バネ３２５は、その一端部がケース３１０の蓋体３１５の内側に固定され、他端部が駆動軸３２２の先端に弾性的に当接するように設けられている。

モータ３２０が回転すると、その回転は減速機構３３０を介してアーム３４０に伝達し、モータ３２０の回転方向に応じてアーム３４０が第２の回転軸３４２を中心に図７の矢印Ａで示すように前後方向に揺動する。このように揺動するアーム３４０の揺動端部すなわち下端部におけるモータ３２０側とは反対側の側面には、側方に向かって延びる円筒状のボス３４１が形成されている。図６に示すように、ボス３４１は、ケース本体３１１に形成された前後方向に延びるスリット３１２を貫通してケース３１０から突出している。そしてこのボス３４１は、図３および図９に示すように、ミラー２００のフレーム２２０の梁部２４０に形成された溝２４６に嵌入している。

図３および図４に示すように、梁部２４０には上方に突出するアーチ部２４１が形成されており、角度調整機構３００は上部がアーチ部２４１内に入り込む状態に配設されている。また、梁部２４０は、角度調整機構３００の上記ボス３４１が形成された側の側方に、下方に突出する係合部２４５を有しており、この係合部２４５には、図９に示すように、左右方向および下方に開放する溝２４６が形成されている。そして角度調整機構３００のボス３４１がこの溝２４６に嵌入されており、アーム３４０はボス３４１を介して係合部２４５に係合する。

ボス３４１はアーム３４０が揺動するに伴い前後方向に移動する。ボス３４１が前後移動すると、ボス３４１は溝２４６の内面に当接して係合部２４５を前後に移動させ、これによりミラー２００は、図９の矢印Ｂで示すように第１の回転軸２０１を中心に回転させられ、ミラー２００の回転角度すなわち傾斜角度が調整される。なお、ミラー２００は、例えばフレーム２２０の下端部をバネ等の弾性体で常に一定方向に回転するよう付勢され、これにより、ボス３４１が常に溝２４６の内面に当接し、振動を受けてもガタが生じないようになされている。また、当該弾性体の作用により、減速機構３３０のギヤ列のバックラッシも抑えられるものとなっている。

角度調整機構３００においては、車両の電源がＯＮされると一旦アーム３４０は背板１３０側（車両の前側）に揺動して図７に示すように接触スイッチ３５０に接触し、接触スイッチ３５０がＯＮとなってアーム３４０は停止し、その位置が作動原点位置とされる。アーム３４０はこの原点位置を起点として回転角度が制御されるようになされている。

［３−２］動作
角度調整機構３００によれば、モータ３２０のスイッチがＯＮされて駆動ギヤ３２１が回転すると、その回転が各ギヤ３３１〜３３３を介してウォームギヤ３３４に伝達し、ウォームギヤ３３４が回転することでウォームホイール３３５が回転する。ウォームホイール３３５が回転するとアーム３４０が揺動し、ボス３４１がフレーム２２０の係合部２４５に係合して前後方向に押し引きすることで、上記のようにミラー２００は回転角度が調整される。ミラー２００の回転角度の調整範囲は、例えば３°〜７°程度とされる。なお、例えばウォームホイール３３５の歯数を増やすことにより、アーム３４０の回転角度、すなわちミラー２００の回転角度をさらに増加させることが可能である。

このようにミラー２００の傾斜角度が調整されることにより、フロントガラスＧの前方に投影される虚像Ｖの高さ位置が運転者Ｐの視点の高さに応じて調整可能となっている。

［３−３］作用効果
本実施形態の角度調整機構３００によれば、ミラー２００とアーム３４０の各回転軸すなわち第１の回転軸２０１と第２の回転軸３４２とを別個に独立させており、このため角度調整機構３００をミラー２００の幅内の背面側に配設することができている。さらに、アーム３４０の第２の回転軸３４２はミラー２００の第１の回転軸２０１の近傍に配設されている。これらの構成により、ミラー２００に対して幅を拡大させることなく角度調整機構３００を組み込むことができ、モータ３２０を含めて小型化が図られる。また、モータ３２０を小型化させることにより、ブラケット１００内におけるミラー２００の背面側のデッドスペースを有効利用して角度調整機構３００を設置することができる。

また、ミラー２００をアーム３４０で回転させて角度調整するため、両者の間の係合状態に高い精度は必要なく、このためアーム３４０や係合部２４５には、例えばモータの出力軸と回転軸を接続させるギヤ列からなる動作伝達手段等のように組み立て精度や部品精度に高いレベルは要求されない。その結果、組み立てが容易化する。また、ミラー２００の第１の回転軸２０１を同軸的に直接接続したモータで駆動するような場合に比べて、第１の回転軸２０１から離間した係合部２４５をアーム３４０のボス３４１で押し引きしてミラー２００を回転させるため、モータ３２０の駆動トルクを小さくすることができ、その結果、省電力が図られる。

また、上記のようにアーム３４０の第２の回転軸３４２がミラー２００の第１の回転軸２０１の近傍に配設されていることにより、アーム３４０がミラー２００を回転させるための応力の損失は小さく、アーム３４０の揺動によるミラー２００の回転が効率よくなされる。なお、第２の回転軸３４２を第１の回転軸２０１と同軸に配設してもよく、同軸の場合にはアーム３４０とミラー２００の回転軌道にずれは生じず、したがって係合部２４５の内面に対するボス３４１の摩擦も生じないため、応力損失は起こらず最も作動効率がよい。したがって非同軸の場合には、第２の回転軸３４２は第１の回転軸２０１に対しできるだけ近傍であることが望ましい。

また、減速機構３３０は、ウォームギヤ３３４を含むため減速機構３３０にセルフロックが働き、減速機構３３０の逆転が規制される。このため、ミラー２００が外力を受けた際などにおいて減速機構３３０が逆転することに起因する減速機構３３０やモータ３２０の破損が防止される。

［４］他の適用例
いわゆるＨＵＤは、上記実施形態のような形式の他に、コンバイナと呼ばれる光学素子を有するデバイスを用いたものがあり、本発明の角度調整機構は、そのような形式のＨＵＤにも適用することができる。

図１０はそのようなコンバイナ６を用いたＨＵＤ１Ｂの概要を示す図であって、ＨＵＤ１Ｂが、車両のフロントガラスＧに対してセットされた状態を示している。

ＨＵＤ１Ｂは、画像の表示器７と、反射型中間像スクリーン８と、コンバイナ６を備えている。表示器７と反射型中間像スクリーン８はハウジング９内に収容され、車両のダッシュボード（不図示）内にセットされる。

このＨＵＤ１Ｂによれば、表示器７で生成された表示光Ｌが反射型中間像スクリーン８で結像されて画像が実像化され、その画像を示す表示光Ｌがハウジング９の出射口９ａを通過してコンバイナ６に投射される。コンバイナ６においては、フロントガラスＧを介して入射する外来光を透過するとともに表示光Ｌを反射し、コンバイナ６を視認する運転者Ｐの前方のフロントガラスＧのさらに前方に、表示光Ｌに基づく虚像Ｖを表示する。運転者Ｐは前方の風景と重畳するその虚像Ｖを視認し、虚像Ｖが示す運転のための情報を得る。

コンバイナ６は凹面鏡で構成されたハーフミラーであり、上記一実施形態の凹面鏡２１０を含むミラー２００と同様に、車両の左右方向と平行に延びる回転軸（本発明の第１の回転軸）を中心に回転可能に設けられている。そしてその回転角度すなわち傾斜角度を調整することで虚像Ｖの高さ位置が運転者Ｐの視点の高さに応じて調整可能とされる。ここで、上記一実施形態の角度調整機構３００をコンバイナ６に適用して、コンバイナ６の傾斜角度を調整することができる。すなわちその場合には、コンバイナ６は本発明の回転体を構成する。

［５］その他
なお、上記実施形態では角度調整機構３００を図１および図１０で示したようなＨＵＤに適用する例を示しているが、本発明の角度調整機構が適用されるＨＵＤとしてはこれらＨＵＤ１Ａ，１Ｂのような構成の光学系を有するものに限定はされず、多様な形式のＨＵＤに適用可能である。また、本発明の角度調整機構はＨＵＤに限られず、回転体を回転させて回転角度を調整する装置に対して適宜に適用することができる。その種の回転体としては、例えばカーナビゲーション装置のディスプレイ、可動アンテナ、太陽熱発電のヘリオスタット等が挙げられる。

１Ａ，１Ｂ…ＨＵＤ：ヘッドアップディスプレイ装置（表示装置）
２，７…表示器
６…コンバイナ（回転体）
１００…ブラケット（第１の支持体）
２００…ミラー（回転体）
２０１…第１の回転軸
２１０…凹面鏡
２２０…フレーム
２４５…係合部
３００…角度調整機構
３１０…ケース（第２の支持体）
３２０…モータ（駆動源）
３３０…減速機構
３３４…ウォームギヤ
３４０…アーム
３４２…第２の回転軸
Ｇ…フロントガラス（ウインドシールド）

Claims (9)

1. 第１の回転軸に対して回転可能な回転体の回転角度を調整する角度調整機構であって、 駆動源と、
   前記第１の回転軸に平行な第２の回転軸を軸に揺動可能であり、前記駆動源の駆動出力に応じて前記回転体を回転させるアームと、
   を備えることを特徴とする角度調整機構。
2. 前記第２の回転軸は、前記第１の回転軸に対し同一軸上または非同軸の状態で近傍に配設されていることを特徴とする請求項１に記載の角度調整機構。
3. 少なくとも一部が前記回転体の幅内に配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の角度調整機構。
4. 前記アームおよび前記駆動源は、少なくとも一部が前記回転体の幅内に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角度調整機構。
5. 前記駆動源は前記第２の回転軸の延在方向に対して前記アームと重なるように配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の角度調整機構。
6. 前記駆動源の駆動出力を前記アームに伝達する減速機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の角度調整機構。
7. 前記減速機構はウォームギヤを含むことを特徴とする請求項６に記載の角度調整機構。
8. 表示器から照射される光をミラーで反射させて車両のウインドシールドに投影して表示を行う表示装置であって、
   前記回転体が該ミラーであり、請求項１〜７のいずれかに記載の角度調整機構を備えることを特徴とする表示装置。
9. 表示器から照射される光をコンバイナに投影して表示を行う表示装置であって、
   前記回転体が該コンバイナであり、請求項１〜７のいずれかに記載の角度調整機構を備えることを特徴とする表示装置。

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