JP6733470B2

JP6733470B2 - ヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット

Info

Publication number: JP6733470B2
Application number: JP2016194030A
Authority: JP
Inventors: 透村澤; 広川　拓郎; 拓郎広川
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2036-09-30
Also published as: JP2018055039A

Description

本発明は、ヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニットに関し、例えば、車両のフロントウインドシールドに表示像を投影するミラーユニットとして好適である。

従来、表示光を反射させる反射ミラーを有するミラーユニットを用いた表示装置としては、ヘッドアップディスプレイ装置があり、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイは、車両のインストルメントパネル（以下、インパネと言う）内部に取り付けられており、表示装置が発する表示光を車両のフロントウインドシールド（風防ガラス）に投影し、車両の利用者（運転者）に対し虚像を表示する。

前述した表示装置は、光源と、この光源の発光に伴い表示光を発する表示器と、この表示器が発する表示光をフロントウインドシールド側に反射させるためのミラーユニットと、光源と表示器とミラーユニットとを収容する収納部及びミラーユニットによって反射された表示光を透過させる透光部を有する合成樹脂からなるハウジングとから主に構成されており、ミラーユニットの反射ミラーによって反射された表示光を前記透光部を通じてフロントウインドシールドに投影し、虚像を表示する。

特開平９−１０９７３２号公報

これらヘッドアップディスプレイ装置は、車両に搭載され、車外の温度環境の変化だけでなく太陽光の照射による高温化など、温度変化が大きい。反射ミラーは、ホルダの所定位置に接着保持されるが、反射ミラーとホルダとの線膨張率が同じではないため、この温度変化によって、反射ミラーとホルダとの変形量（膨張または収縮量）の差が生じてしまう。

特に、反射ミラーが大型であったり、反射ミラーとホルダーとで材質（変形率）が異なる場合などは、該変形量の差が大きくなり、これに車両の走行による大きな振動が加わるなどした場合、接着が剥がれるなどして、ホルダが反射ミラーを充分に保持できない虞れがある。このため、熱変形が生じた場合であっても反射ミラーの保持状態を維持できる構造が望まれていた。

そこで本発明の目的は、前述の課題に着目し、熱変形が生じた場合であっても、反射ミラーの保持状態を維持できるヘッドアップディスプレイ装置の反射ミラーユニットを提供することにある。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニットは、
板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
この反射ミラーを回動可能に保持するホルダと、
前記反射ミラーを前記ホルダに固定する接着部材と、を備え、
前記ホルダには、前記接着部材を載置する凸状の台部を、複数離間して設け、
前記台部は、前記反射ミラーの対向面において、外側の対向面よりも内側の対向面が大きな面積となるように形成される
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。

また、前記接着部材は、前記台部と前記反射ミラーとの間に設けられる湿気硬化性の樹脂接着剤からなり、
前記台部は、前記反射ミラーの長手方向に略垂直なライン状に複数形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。

また、前記台部は、前記反射ミラーの中心から対照な円弧状に複数形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。

また、前記反射ミラーと前記ホルダとは、異なる材質にて形成される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。

本発明は、熱変形が生じた場合であっても、反射ミラーの保持状態を維持できるヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニットとなる。

本発明の実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置が車両に実装した概略図。同実施形態によるヘッドアップディスプレイ装置の断面図。同実施形態によるミラーユニットを示す図。同実施形態によるホルダを示す図。図４のホルダを用いたミラーユニットの要部を示す断面図（Ｒ−Ｒ断面図）。同実施形態のホルダの変形例を示す図。図８のホルダを用いたミラーユニットの要部を示す断面図（Ｓ−Ｓ断面図）。同実施形態のホルダの変形例を示す図。

以下、本発明のミラーユニットを車両用のヘッドアップディスプレイに適用した実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に示すように、ヘッドアップディスプレイ装置Ａは、車両Ｂのインパネ（インストルメントパネル）Ｂ内部に設けられた表示ユニットであり、このヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置ともいう）Ａが投射する表示光Ｌを投影部材である車両Ｂのフロントウインドシールド（風防ガラス）Ｄで車両Ｂの運転者（利用者）Ｅの方向に反射させ、虚像Ｖの表示を行う。換言すれば、ＨＵＤ装置Ａは、表示光Ｌを発して、フロントウインドシールドＤに出射（投射）し、この出射によって得られた表示像（虚像Ｖ）を運転者Ｅに視認させる。これにより運転者Ｅは、運転席前方に表示される虚像Ｖを風景と重畳させて観察できる。

また、ＨＵＤ装置Ａは、図２に示すように液晶表示器１と、第１反射器２と、ミラーユニットである第２反射器３と、ハウジング４とから主に構成されている。

液晶表示器１は、配線基板に実装された発光ダイオードからなる光源１１と、この光源１１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１１の照明方向に対向して配置されるＴＦＴ型の液晶表示素子１２とを設けている。このことは、液晶表示素子１２の背後（表示光Ｌの出射と反対側）に光源１１が設けられ、液晶表示素子１２は、光源１１から発せられる光を透過して、所定情報を投影表示することを意味している。

この液晶表示器１は、表示光Ｌの出射側の面が第１反射器２である後述するコールドミラーに対向するようにしてハウジング４内に設けられ、表示光Ｌの光軸が前記コールドミラーに交わるような位置や向きにて固定保持される。

また、液晶表示素子１２は、図示しない素子駆動回路によって所定情報（例えば車両Ｂの速度やエンジン回転数、経路案内など車両情報）を、数値や文字、マーク等で画像形成する。液晶表示器１は、光源１１からの照明光を利用して、可視波長域の光からなる表示光Ｌを出力する。例えば、白色光を発する光源１１を適用し、液晶表示素子１２に設けられるカラーフィルタを介して、有色（赤色や緑色など）の表示光Ｌを形成できる。なお、液晶表示素子１２が画像形成する所定情報は、車両Ｂの速度やエンジン回転数などの車両情報に限らず、時刻や動画、車線案内などあらゆる表示形態を採用できる。

第１反射器２は、コールドミラー２１と、このコールドミラー２１を所定の固定手段を用いて取付固定するための固定部材２２とを有している。コールドミラー２１は、略矩形状のガラス基板と、このガラス基板の片面（第２反射器３である後述する凹面鏡と向かい合う面）に形成された反射層２１ａとからなる。かかる反射層２１ａは、膜厚が異なる多層の干渉膜からなるものであり、蒸着等の方法で形成されている。また、コールドミラー２１は、液晶表示器１（液晶表示素子１２）が発した表示光Ｌを、第２反射器３（前記凹面鏡）側へ反射させるような位置に傾斜状態にて設けられる。

なお、コールドミラー２１は、液晶表示器１の発光波長域を含む可視波長域（４５０〜７５０ｎｍ）の光を高い反射率で反射し、前記可視波長域以外の光を低い反射率で反射するものが好適である。この場合、コールドミラー２１は、前記可視波長域以外の特に赤外波長域の光（赤外線あるいは太陽光の熱線）を低い反射率にて反射するものが適用される。なお、反射層２１ａにて反射されない光は、コールドミラー２１を透過するように構成される。また固定部材２２は、合成樹脂材料からなり、ハウジング４に固定されてなる。

ミラーユニットである第２反射器３は、図３に示すように、コールドミラー２１からの表示光Ｌを反射させるべく、ハウジング４内に設けられた反射ミラーである凹面鏡３１と、この凹面鏡３１を保持するためのホルダ３２と、凹面鏡３１が実装されたホルダ３２を回転駆動させ、凹面鏡３１の傾斜角度を調整する駆動手段３３とを備えている。なお、凹面鏡３１は、ホルダ３２に接着部材３４（図５に示す）を用いて接着保持される。

凹面鏡３１は、合成樹脂（例えばポリカーボネート）からなる板状の基材３１ａと、この基材３１ａの前面部（つまりコールドミラー２１の反射層２１ａと向かい合う面）に蒸着形成されるアルミニウム等の金属からなる反射膜３１ｂとを備え、この反射膜３１ｂにより形成される反射面は、所定の曲率を有する凹状の曲面（凹面）となっている。なお、この場合、基材３１ａは、射出成形によって成形される。なお、基材３１ａとしてガラスや金属板を代替して適用することも考えられる。

この凹面として形成された反射膜３１ｂは、コールドミラー２１からの表示光ＬをフロントウインドシールドＤ側へ反射させるための光反射面となる。なお、凹面鏡３１は、反射膜３１ｂによる反射面がコールドミラー２１並びに上方のフロントウインドシールドＤに対向し、ハウジング４の後述する透光性カバーから臨める位置に傾斜状態にて設けられる。

また、凹面鏡３１は、コールドミラー２１からの表示光Ｌを拡大しつつ、前記透光性カバー（車両ＢのフロントウインドシールドＤ）側へ反射させる。このことは、凹面鏡３１が、コールドミラー２１によって反射された表示光Ｌを拡大し、この拡大された表示光Ｌを前記透光性カバーを通じてフロントウインドシールドＤに投射することを意味している。また、この場合、凹面鏡３１の反射面は、フロントウインドシールドＤの曲面形状に合わせて虚像Ｖの歪みを低減するように補正できる曲面形状としている。

また、凹面鏡３１のホルダ３２との対向面（反射面と反対側の面）には、凸形状の凸部３１ｃ（図５に示す）が形成されており、凹面鏡３１とホルダ３２とのスペーサ用の部材として作用する。なお、凸部３１ｃは、ホルダ３２側に形成して、これと代替することもできる。

ホルダ３２は、凹面鏡３１を所定位置に保持するためのもので、ハウジング４の線膨張係数（熱膨張率）に近い金属材、例えば、アルミダイカストを適用できる。

ホルダ３２は、凹面鏡３１の背面側（反射面の反対側）に設けられ、図４，５に示すように、軸部３２ａと、平坦部３２ｂと、台部３２ｃが形成される。

軸部３２ａは、駆動手段３３による凹面鏡３１の回転を軸支するもので、ハウジング４に形成される保持部によって、軸支される。なお、この軸部３２ａは、ボールベアリングを介してハウジング４に軸支されてもよい。

平坦部３２ｂは、凹面鏡３１の凸部３１ｃに対向する位置に設けられ、凸部３１ｃに面接触する。なお、凸部３１ｃは、凹面鏡３１の両端側に合せて３か所設けられ、ホルダ３２とのクリアランスを一定にする作用がある。平坦部３２ｂは、凸部３１ｃとの接触位置よりも少し広めの平坦が用意され、ホルダ３２と凹面鏡３１との相対的な位置ずれが生じても、スペーサとしての役割を保持できる。

台部３２ｃは、凹面鏡３１との対向面を有し、凹面鏡３１との間に接着部材３４が設けられるだけのクリアランスを残して、凹面鏡３１に対向し、ホルダ３２から、隆起した凸状に複数個設けられる。ホルダ３２は、台部３２ｃと凹面鏡３１との間に設けられる接着部材３４が硬化することで、凹面鏡３１を保持状態にできる。また、接着部材３４が余計に塗布された場合にあっては、台部３２ｃ間のスペースに余分な接着部材３４が流れて凹面鏡３１との接着に関与し難くなる。従って、台部３２ｃや台部３２ｃにおける凹面鏡３１との対向面の形状、配置によって、凹面鏡３１との接着強度をコントロールし易くなる。

この場合、台部３２ｃは、凹面鏡３１の長手方向Ｘに略垂直なライン状に間隔おいて複数設けられる。また、台部３２ｃは、凹面鏡３１の略中心に対向する位置Ｑから放射状の円弧形状に形成される。従って、台部３２ｃが、凹面鏡３１との接着面となり、台部３２ｃ間の凹部分は、接着強度が弱い、または接着強度を有しない。即ち、凹面鏡３１の接着強度について、長手方向Ｘに垂直な方向Ｙよりも、長手方向Ｘの強度が小さくなる。

略同じ厚みの板状に形成された凹面鏡３１は、長手方向Ｘ側の熱変形量が、長手方向Ｘに垂直な方向Ｙで変形する量よりも、若干大きくなるが、この長手方向Ｘの接着強度を弱めることで、凹面鏡３１とホルダ３２との相対的な位置ずれがあっても、接着状態を保持できる。即ち、台部３２ｃ間の凹部分を設けることで、凹面鏡３１やホルダ３２の変形（相対的な位置ずれ）により、接着部材３４が長手方向Ｘに引かれて剥がれることを抑止できる。なお、凹面鏡３１の接着保持力は、凹面鏡３１の変形量が小さい方向（長手方向Ｘに略垂直方向Ｙ）で保つことができる。

また、複数の台部３２ｃのうち、凹面鏡３１の略中心に対向する位置Ｑ付近の台部３２ｃ、即ち内側に設けられる台部３２ｃは、外側の各台部３２ｃよりも、一つ当たりの面積が小さくなるようにしている。これにより、ホルダ３２による凹面鏡３１の保持において、凹面鏡３１の中心付近の接着強度を外側の接着強度よりも強く設定できる。

このため、熱変形が生じても、凹面鏡３１の中心付近における位置ずれ量を小さくできる。従って、ＨＵＤ装置Ａの主要部分となる画像の中心付近の表示光Ｌを反射する反射面の表示が歪む度合を小さくでき、環境温度の変化による表示品質の低下を抑えることができる。

なお、凹面鏡３１の中心は、表示エリアとして使用される光学的な中央でもよいし、重心を中央としてもよく、何れも上述効果を得ることができる。

また、図４に示すように、各台部３２ｃの間隔（凹部分）について、内側よりも外側の距離が大きくなるようにしている。これにより、ホルダ３２による凹面鏡３１の保持において、凹面鏡３１の中心付近の接着強度を外側の接着強度よりも強く設定でき、上述の効果をさらに高めることができる。

接着部材３４は、湿気硬化型の樹脂系接着剤を適用でき、粘性を有する状態でホルダ３２の台部３２ｃに塗布されて、凹面鏡３１が組み付けられることで、押し潰されながら変形し、この状態で硬化することで、接着状態となる。なお、接着部材３４として、両面接着シートを代替し、台部３２ｃの形状に合わせて貼り付けて適用することもできる。

駆動手段３３は、通電により駆動力を発生するステッピングモータ３３ａと、このステッピングモータ３３ａの回動を利用して、凹面鏡３１の角度を変化させることができる。この場合、駆動手段３３は、ハウジング４に固定されたステッピングモータ３３ａの回転軸に形成されたリードスクリュータイプのネジを直線方向に移動させ、凹面鏡３１、またはホルダ３２から延びるアーム部３１ｄを該ネジによって押引することで、軸部３２ａを中心に凹面鏡３１を回転させるように構成する。なお、駆動手段３３は、リードスクリュータイプの他に、ラックアンドピニオンタイプや、ステッピングモータが、ギア等を介して軸部３２ａを回動させる構成であっても適用できる。

ハウジング４は、例えば、黒色の遮光性合成樹脂材の成形部品や金属部材（アルミダイカスト）を組み合わせて、略箱型形状に形成され、その内部空間である空間部４０に液晶表示器１や第１、第２反射器２、３を保持して収容する。これら収容される部品は、金属材からなる保持体４１によって保持される。

また、ハウジング４は、第２反射器３における凹面鏡３１の配設位置の上部（フロントウインドシールドＤ側）が開口し、この開口を塞ぐように透光部である透光性カバー４２が配設されてなる。かかる透光性カバー４２は、光透光性の合成樹脂材料（例えばアクリル樹脂）からなり、湾曲形状（曲面形状）に形成され、凹面鏡３１で反射された表示光Ｌが透過（通過）する光透過性部材としての機能を有している。つまり、凹面鏡３１によって反射された表示光Ｌは、ハウジング４に形成された透光性カバー４２を通じてフロントウインドシールドＤに投影され、これにより虚像Ｖの表示が運転者Ｅに対し行われることになる。

斯かるＨＵＤ装置Ａの第２反射器３は、板状の基材に反射面を有する凹面鏡３１と、この凹面鏡３１を回動可能に保持するホルダ３２と、凹面鏡３１をホルダ３２に固定する接着部材３４と、を備え、
ホルダ３２には、接着部材３４を載置する凸状の台部３２ｃを、複数離間して設け、
台部３２ｃは、凹面鏡３１の対向面において、外側の対向面よりも内側の対向面が大きな面積となるように形成される。

従って、接着部材３４によるホルダ３２と凹面鏡３１との接着に係る面積（対向面の面積）をコントロールでき、この接触面積により内外で接着強度を変えることで、温度変化による変形が生じても接着部材３４が剥がれにくい構造となるだけでなく、熱変形があっても凹面鏡３１の中央位置が大きく変化することを抑止できる。

また、接着部材３４は、ホルダ３２の台部３２ｃと凹面鏡３１との間に設けられる湿気硬化性の樹脂接着剤からなり、台部３２ｃは、凹面鏡３１の長手方向Ｘに略垂直なライン状に複数形成されることによって、変形量の大きな長手方向Ｘの接着強度を弱めて、剥がれにくい接着構造にできる。このため、温度変化が大きく、振動などともなう車載環境であってもホルダ３２による凹面鏡３１の保持状態を維持できる構造となる。

また、台部３２ｃは、凹面鏡３１の中心から対照な円弧状に複数形成されることによって、凹面鏡３１の熱変形方向に対応しやすい接着構造となる。

また、凹面鏡３１とホルダ３２とは、異なる材質にて形成され、線膨張率が異なる場合であっても上述した効果を得ることができる。

次に、ミラーユニットとなる第２反射部３の変形例について図６乃至図８を用いて説明する。なお、図６乃至図８は、図４，図５の変形例を示し、同様な箇所については、同じ符号を記して詳細な説明を省略する。

図６に示すように、同じ面積であったり、同じ幅で直線状に形成された台部３２１ｃを適用する場合であっても、各台部３２１ｃの間隔を変えることで、上述効果、即ち、熱変形が生じても、凹面鏡３１の中心付近における位置ずれ量を小さくできる効果がある。また、図７に示す台部３２１ｃの形状であっても、長手方向Ｘの接着強度を長手方向Ｘに略垂直方向Ｙの接着強度よりも弱めることができ、図４の構成と同様に、接着部材３４が熱変形により剥がれにくい構造となる。

図７は、図６のホルダ３２１を用いたミラーユニットの断面図であり、凹面鏡３１の略中心に対向する位置Ｑ付近の台部３２１ｃ、即ち内側に設けられる台部３２１ｃは、外側の各台部３２１ｃよりも、凹面鏡３１の対向面との距離が小さくなるようにしている。これにより、接着部材３４が設けられる厚みが内側と外側で異なるようにしており、ホルダ３２１による凹面鏡３１の保持において、凹面鏡３１の中心付近の接着強度を外側の接着強度よりも強く設定できる。

また、図７に示すように、凹面鏡３１を抑える止め部材３５を設けることもできる。止め部材３５は、凹面鏡３１の長手方向Ｘに対向する辺（端部）付近を保持するように二か所設けられる。また、止め部材３５は、弾性変形可能な緩衝材３６を介して凹面鏡３１の反射面側に接触しており、熱変形による寸法変化を吸収して、凹面鏡３１の保持状態を維持できる。なお、止め部材３５は、凹面鏡３１を介在した状態で、ホルダ３２に図示しないビス止めを行うことで固定される。

また、止め部材３５は、この場合、金属の板材をプレス加工して形成され、弾性変形可能に設けられる。この弾性力を凹面鏡３１への押圧力として付与したまま、凹面鏡３１をホルダ３２との間に挟み込むことができる。なお、合成樹脂材を成形することによって止め部材３５を形成することも可能である。

なお、緩衝材３６によっても該押圧力を付勢できる。また、熱変形した際に止め部材３５と凹面鏡３１との相対的な位置変化が生じたとしても、緩衝材３６の変形や滑りによる位置ずれによって、反射面への影響を低減しつつ、凹面鏡３１の位置決め保持状態を維持できる。緩衝材３６は、例えば、発泡ウレタン材、または合成ゴム等の部材を適用できる。

また、上述実施形態では、ホルダ３２、３２１の台部３２ｃ，３２１ｃとして直線や円弧形状の線状（凸条）に形成するものを示したが、他の形状や異形であってもよく、例えば、図８のように円形の台部３２２ｃに置き換えてもよい。この場合であっても、複数の台部３２２ｃのうち、凹面鏡３１の略中心に対向する位置Ｑ付近の台部３２２ｃ、即ち内側に設けられる台部３２２ｃは、外側の各台部３２２ｃよりも、一つ当たりの面積が小さくなるようにしている。これにより、ホルダ３２２による凹面鏡３１の保持において、凹面鏡３１の中心付近の接着強度を外側の接着強度よりも強く設定できる。

このため、上述実施形態と同様に、ＨＵＤ装置Ａの主要部分となる画像の中心付近の表示光Ｌを反射する反射面の表示が歪む度合を小さくでき、環境温度の変化による表示品質の低下を抑えることができる。

なお、本発明のヘッドアップディスプレイ装置を上述した実施の形態の構成にて例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構成においても、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良、並びに表示の変更が可能なことは勿論である。

例えば、上述実施の形態にあっては、光源１１の照射光を利用して表示像を形成する液晶表示器１を例に挙げて説明したが、照明光としてレーザー光を走査させて適用したり、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）を利用したプロジェクタ方式を適用することもでき、上記ミラーユニットを組み合わせることで、上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、上述のコールドミラー２１にあっては、温度条件（光源等の電子部品の発熱）や太陽光の照射条件などによって、これを省くことができ、例えば、液晶表示器１からの表示光を凹面鏡３１による反射を介してフロントウインドシールドＤに投影する構成であっても上述実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、ホルダ３２は、上述の台部を有する略平板状であっても適用でき、加工がし易い。

本発明は、ミラーユニットに関して、例えば、自動車やオートバイ、あるいは農業機械や建設機械を備えた移動体に搭載され、時刻や車両情報、ターンバイターン表示等の道路情報などの車載表示装置として好適である。

１液晶表示器
２第１反射器
３第２反射器（ミラーユニット）
３１凹面鏡（反射ミラー）
３２，３２１，３２２ホルダ
３２ｃ，３２１ｃ，３２２ｃ台部
３４接着部材
４ハウジング
ＡＨＵＤ（ヘッドアップディスプレイ）装置

Claims

板状の基材に反射面を有する反射ミラーと、
この反射ミラーを回動可能に保持するホルダと、
前記反射ミラーを前記ホルダに固定する接着部材と、を備え、
前記ホルダには、前記接着部材を載置する凸状の台部を、設け、
前記台部は、前記反射ミラーの対向面において、外側の対向面よりも内側の対向面が大きな面積となるように形成される
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。
前記接着部材は、前記台部と前記反射ミラーとの間に設けられる湿気硬化性の樹脂接着剤からなり、
前記台部は、前記反射ミラーの長手方向に略垂直なライン状に複数形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。
前記台部は、前記反射ミラーの中心から対照な円弧状に複数形成される
ことを特徴とする請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。
前記反射ミラーと前記ホルダとは、異なる材質にて形成される
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置のミラーユニット。