JP7400733B2 - 凹面鏡支持装置及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、凹面鏡支持装置及び表示装置に関する。

従来の凹面鏡支持装置として、画像を虚像として視認させる表示装置に備えられるものが、例えば、特許文献１に開示されている。この凹面鏡支持装置は、画像を表す表示光を透光部材（例えば、車両のフロントガラス）に向けて反射させる凹面鏡を、ケースの底面部に表側から取り付ける構造を有する（同文献の図１参照）。

特開２００８－１８０９１７号公報

特許文献１に開示された装置のように、ケースの底面部に表側から凹面鏡を取り付ける構造では、凹面鏡を回転させるための軸部などの表示光が照射されると好ましくない部分（以下、遮光必要部分と言う。）を覆う覆い部材をケースと別体で設ける必要が生じる。その結果、部品点数が増加し、構成が複雑化することがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、簡潔な構成で、遮光必要部分を覆うことができる凹面鏡支持装置及び表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る凹面鏡支持装置は、
虚像として視認される画像を表す表示光を透光部材に向けて反射させる反射面を有し、所定の軸線を中心に回転可能な凹面鏡と、
前記凹面鏡に設けられ、前記軸線に沿う軸部と、
底部を有し、前記底部の表側に前記表示光が通過する光路空間が形成されたケースと、を備え、
前記凹面鏡は、前記底部の裏側に取り付けられ、前記底部に設けられた開口部を通して前記反射面が前記底部の表側に位置し、
前記ケースは、前記軸部を表側から覆う覆い部を有する。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る表示装置は、
前記凹面鏡支持装置と、
前記凹面鏡に到達する前記表示光を発する表示器と、を備える。

本発明によれば、簡潔な構成で、遮光必要部分を覆うことができる。

本発明の一実施形態に係るヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の車両への搭載態様を示す図である。 ＨＵＤ装置の要部を表側から見た平面図である。 ＨＵＤ装置の要部を裏側から見た分解斜視図である。 凹面鏡ユニットの斜視図である。 ＨＵＤ装置の要部斜視図である。 ケースを裏側から見た斜視図である。 ＨＵＤ装置の一部構成を裏側から見た平面図である。 第１軸受部のケースへの取付態様を説明するための斜視図である。 第２軸受部のケースへの取付態様を説明するための斜視図である。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ：Head-Up Display）装置１００は、図１に示すように、例えば、車両１のダッシュボード２内に配設される。ＨＵＤ装置１００は、フロントガラス３に向けて表示光Ｌを射出する。フロントガラス３で反射した表示光Ｌは、ユーザ４（主に車両１の運転者）側へと向かい、ユーザ４に表示光Ｌが表す画像を虚像Ｖとして視認させる。虚像Ｖは、フロントガラス３を介して車両１の前方に表示される。これにより、ユーザ４は、虚像Ｖを前方風景と重畳させて観察することができる。虚像Ｖは、車両１に関する各種情報（以下、車両情報と言う。）を表示する。なお、車両情報は、車両１自体の情報のみならず、車両１の外部情報も含む。

ＨＵＤ装置１００は、主に図２及び図３に示すように、表示器１０と、平面鏡２０と、凹面鏡ユニット３０と、ケース４０と、回路基板５０と、第１カバー６０と、第２カバー７０と、を備える。以下では、ＨＵＤ装置１００において、車両１の上方を表側とし、車両１の下方を裏側として各構成を説明する。なお、図１、図３～図６、図８、図９において、表側を「Ｆ」、裏側を「Ｂ」と表した。また、本実施形態に係る凹面鏡支持装置は、ＨＵＤ装置１００に含まれ、凹面鏡ユニット３０、ケース４０及び第１カバー６０を備えて構成される。

表示器１０は、画像を表示することで、その画像を表す表示光Ｌを平面鏡２０に向けて発する。表示器１０は、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）と、ＬＣＤを背後から照明するバックライトとを含んで構成される。ＬＣＤは、例えば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）型のものである。バックライトは、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や導光部材などにより構成されている。

平面鏡２０は、例えばコールドミラーからなり、図２に示すように、表示器１０が発した表示光Ｌの光軸に対して斜めになるように配置されている。平面鏡２０は、表示器１０からの表示光Ｌを凹面鏡３１に向けて反射させる。平面鏡２０は、ホルダを介してケース４０に固定されている。

凹面鏡ユニット３０は、図３及び図４に示すように、凹面鏡３１と、第１軸受部３２と、第２軸受部３３と、駆動部３４とを備える。

凹面鏡３１は、平面鏡２０からの表示光Ｌを拡大しつつ、フロントガラス３に向けて反射させる反射面Ｒを有する。これにより、ユーザ４に視認される虚像Ｖは、表示器１０に表示されている画像が拡大されたものとなる。凹面鏡３１は、図４に示すように、円柱状に形成された一対の第１軸部３１ａ及び第２軸部３１ｂと、平板状のレバー部３１ｃとを有する。一対の第１軸部３１ａ及び第２軸部３１ｂは、凹面鏡３１の側面から互いに逆向きに突出し、軸線ＡＸに沿って延びて設けられている。レバー部３１ｃは、図４で左側に位置する第２軸部３１ｂの下方に、凹面鏡３１の側面から突出して設けられている。

第１軸受部３２は、台座部３２１と、台座部３２１の表側に設けられ、第１軸部３１ａを軸線ＡＸ周りに回転可能に支持する軸受３２２と、を有する。また、第１軸受部３２には、ケース４０に設けられた、後述の穴Ｏ１，Ｏ２に挿入される、ピンＰ１，Ｐ２が設けられている。ピンＰ１は、軸受３２２から表側に突起して設けられている。ピンＰ２は、台座部３２１から表側に突起して設けられている。

第２軸受部３３は、台座部３３１と、台座部３３１の表側に設けられ、第２軸部３１ｂを軸線ＡＸ周りに回転可能に支持する軸受３３２と、を有する。台座部３３１には、ケース４０に設けられた、後述のピンＰ３，Ｐ４が挿入される、穴Ｏ３，Ｏ４が設けられている。

駆動部３４は、凹面鏡３１を回転駆動するための構成であり、第２軸受部３３の台座部３３１の裏側に固定されている。駆動部３４は、モータＭ（図３参照）と、モータＭが取り付けられる筐体３４１と、レバー部３１ｃを挟み込む挟込部３４２とを有する。モータＭは、例えばステッピングモータからなり、回路基板５０に実装された制御部の制御によって駆動される。図４に示すように、筐体３４１には、レバー部３１ｃの主面が向く方向に沿って延びるガイド軸Ｇが取り付けられている。挟込部３４２は、図示しないギア機構を介して、モータＭの回転動作に応じて、レバー部３１ｃをガイド軸Ｇに沿って移動させる。このように挟込部３４２でレバー部３１ｃをガイド軸Ｇに沿って移動させることで、駆動部３４は、凹面鏡３１を軸線ＡＸ周りに回転駆動する。

ケース４０は、合成樹脂や金属により遮光性を有して箱状に形成され、表示器１０、平面鏡２０、及び凹面鏡ユニット３０の各々を上記の機能を満たす位置に収容する。ケース４０は、主に図５に示すように、表側に表示器１０及び平面鏡２０が取り付けられる底部４１と、底部４１の外縁部から表側に向かって立つ外周壁部４２と、第１覆い部４３と、第２覆い部４４と、を有する。

底部４１には、開口部４１ａが設けられている。凹面鏡３１は、底部４１の裏側から開口部４１ａを通してケース４０に取り付けられていることで、反射面Ｒが底部４１の表側に位置する。開口部４１ａは、凹面鏡３１の回転動作を妨げない大きさで形成されている。図２及び図５に示すように、ケース４０には、底部４１の表側に表示光Ｌが通過する光路空間Ｓが形成されている。第１覆い部４３は、図５に示すように、凹面鏡３１の右端と外周壁部４２との間に位置し、第１軸部３１ａ及び第１軸受部３２を表側から覆う。第２覆い部４４は、図５に示すように、凹面鏡３１の左端と外周壁部４２との間に位置し、第２軸部３１ｂ、第２軸受部３３及び駆動部３４を表側から覆う。

ここで、凹面鏡３１のケース４０への取付態様について、具体的に説明する。
図６、図７及び図８に示すように、第１覆い部４３の裏側には、第１軸受部３２が挿入される挿入部４３０が形成されている。挿入部４３０は、第１軸受部３２の軸受３２２が挿入される窪み部４３１と、台座部３２１と接触する接触部４３２とを有する。窪み部４３１は、組み付けの際に第１軸受部３２の軸受３２２を挿入し易いように、図８に示すように、表側に向かって先細りとなるテーパー状に形成されている。窪み部４３１は、その中心が、軸線ＡＸ上に位置するように形成されている。窪み部４３１の中心には、軸受３２２に設けられたピンＰ１が挿入される穴Ｏ１が設けられている。穴Ｏ１は、ピンＰ１が嵌め合わされる大きさで形成されている。接触部４３２には、台座部３３１に設けられたピンＰ２が挿入される穴Ｏ２が設けられている。穴Ｏ２は、軸線ＡＸと直交する方向において穴Ｏ１よりも長い形状に形成されている。

図６、図７及び図９に示すように、第２覆い部４４の裏側には、第２軸受部３３が挿入される挿入部４４０が形成されている。挿入部４４０は、第２軸受部３３の軸受３３２が挿入される窪み部４４１と、台座部３３１と接触する接触部４４２とを有する。窪み部４４１は、組み付けの際に第２軸受部３３の軸受３３２を挿入し易いように、図９に示すように、表側に向かって先細りとなるテーパー状に形成されている。窪み部４４１は、その中心が、軸線ＡＸ上に位置するように形成されている。接触部４４２には、それぞれ裏側に向かって突起し、第２軸受部３３に設けられた穴Ｏ３に挿入されるピンＰ３と、第２軸受部３３に設けられた穴Ｏ４に挿入されるピンＰ４とが設けられている。穴Ｏ３は、ピンＰ３が嵌め合わされる大きさで形成されている。穴Ｏ４は、軸線ＡＸと直交する方向において穴Ｏ３よりも長い形状に形成されている。ケース４０に設けられたピンＰ３は、軸線ＡＸ上に位置する。

第１軸受部３２は、ケース４０の裏側に設けられた挿入部４３０に挿入され、ピンＰ１がケース４０の穴Ｏ１に、ピンＰ２がケース４０の穴Ｏ２に挿入されることで、ケース４０に対して位置決めされている。このように位置決めされた第１軸受部３２は、ビス等の固定手段により、ケース４０の裏側から固定される。

第２軸受部３３は、ケース４０の裏側に設けられた挿入部４４０に挿入され、ケース４０のピンＰ３が穴Ｏ３に、ケース４０のピンＰ４が穴Ｏ４に挿入されることで、ケース４０に対して位置決めされている。前述のように、第２軸受部３３には駆動部３４が固定されているため、駆動部３４もケース４０に対して位置決めされる。このように位置決めされた第２軸受部３３及び駆動部３４は、ビス等の固定手段により、ケース４０の裏側から固定される。なお、駆動部３４の筐体３４１に、穴Ｏ３及び穴Ｏ４の各々と連通する穴を設け、ケース４０のピンＰ３，Ｐ４が、第２軸受部３３を介して、当該穴に達する構成としてもよい。

以上のように、凹面鏡３１は、第１軸受部３２及び第２軸受部３３を介して、ケース４０に裏側から取り付けられる。前述のように、ケース４０の裏側に設けられた穴Ｏ１とピンＰ３とは、軸線ＡＸ上に位置している。これにより、所望の軸線ＡＸに対する誤差を抑制して、第１軸受部３２及び第２軸受部３３に回転可能に支持された凹面鏡３１をケース４０に対して取り付けることができる。

また、図６に示すように、ケース４０の底部４１の裏側には、回路基板５０が固定される基板固定部４１ｂが設けられている。基板固定部４１ｂは、底部４１のうち、表示器１０が設けられた部分の裏側に位置する。

回路基板５０は、各種回路が形成され、マイクロコンピュータからなる制御部が実装されたプリント回路板である。制御部は、ＨＵＤ装置の全体動作を制御するものであり、駆動部３４を介して凹面鏡３１の回転駆動を制御し、表示器１０の表示動作を制御する。制御部は、車両１の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）などのシステムと通信を行い、車両情報を示す画像を表示器１０に表示させる。

第１カバー６０は、遮光性を有する部材から構成され、図３に示すように、ケース４０に裏側から取り付けられ、回路基板５０と開口部と４１ａと凹面鏡ユニット３０とを裏側から覆う。第１カバー６０は、フックを利用した係合手段Ｈ１により、ケース４０に固定される。

第２カバー７０は、遮光性を有する部材から構成され、図３に示すように、フックを利用した係合手段Ｈ２により、ケース４０に表側から取り付けられる。第２カバー７０には、フロントガラス３に向かって開口する射出口７１（図１参照）が設けられている。射出口７１には、図示しない透光性カバーが取り付けられている。

以上の構成からなるＨＵＤ装置１００において、表示器１０から発せられ、平面鏡２０、凹面鏡３１の順で反射した表示光Ｌは、射出口７１から外部に射出され、フロントガラス３へと向かう。この表示光Ｌがフロントガラス３で反射することで、ユーザ４から見てフロントガラス３の前方に虚像Ｖが表示される。

ここで、ＨＵＤ装置１００の製造方法のうち、主に、凹面鏡３１をケース４０に対して取り付ける工程の一例について説明する。
まず、予め組み立てられてユニット化された凹面鏡ユニット３０を、凹面鏡３１が開口部４１ａ内に位置するように、ケース４０の裏側に組み付ける。具体的には、凹面鏡ユニット３０の第１軸受部３２を、ケース４０の裏側に設けられた挿入部４３０に挿入する。この際、第１軸受部３２のピンＰ１をケース４０の穴Ｏ１に挿入するとともに、第１軸受部３２のピンＰ２をケース４０の穴Ｏ２に挿入する。また、凹面鏡ユニット３０の第２軸受部３３を、ケース４０の裏側に設けられた挿入部４４０に挿入する。この際、第２軸受部３３の穴Ｏ３にケース４０のピンＰ３を挿入するとともに、第２軸受部３３の穴Ｏ４にケース４０のピンＰ４を挿入する。これにより、凹面鏡ユニット３０は、ケース４０に対して位置決めされる。
このように位置決めされた後に、第１軸受部３２をケース４０に対し、ビス等の固定手段により裏側から固定する。第２軸受部３３及び駆動部３４をケース４０に対し、ビス等の固定手段によりケース４０の裏側から固定する。
そして、ケース４０に固定された回路基板５０、開口部４１ａ及び凹面鏡ユニット３０を裏側から覆う第１カバー６０を係合手段Ｈ１によりケース４０に取り付ける。なお、ケース４０に回路基板５０を固定する工程は、ケース４０に凹面鏡ユニット３０を取り付ける工程の前であっても後であってもよい。
以上のようにして、凹面鏡ユニット３０がケース４０に取り付けられ、また、ケース４０の裏側の主要部材が第１カバー６０によって覆われ、保護される。

（１）以上に説明したＨＵＤ装置１００に含まれる凹面鏡支持装置は、凹面鏡３１と、凹面鏡３１に設けられ、軸線ＡＸに沿う軸部（第１軸部３１ａ、第２軸部３１ｂ）と、ケース４０と、を備える。凹面鏡３１は、虚像Ｖとして視認される画像を表す表示光Ｌをフロントガラス３（透光部材の一例）に向けて反射させる反射面Ｒを有し、所定の軸線ＡＸを中心に回転可能である。ケース４０は、底部４１を有し、底部４１の表側に表示光Ｌが通過する光路空間Ｓが形成されている。凹面鏡３１は、底部４１の裏側から、底部４１に設けられた開口部４１ａを通してケース４０に取り付けられていることで、反射面Ｒが底部４１の表側に位置する。ケース４０は、軸部を表側から覆う覆い部（第１覆い部４３、第２覆い部４４）を有する。
このように、覆い部を有するケース４０の裏側から凹面鏡３１を取り付ける構成としたため、遮光必要部分を覆う覆い部材をケースと別体で設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制することができる。したがって、上記構成の凹面鏡支持装置によれば、簡潔な構成で、遮光必要部分を覆うことができる。

（２）具体的に、凹面鏡支持装置は、軸部を回転可能に支持する軸受部（第１軸受部３２、第２軸受部３３）を備え、軸受部は、覆い部に裏側から固定されている。

（３）具体的に、軸部として、一対の第１軸部３１ａ及び第２軸部３１ｂがあり、軸受部として、第１軸部３１ａを支持する第１軸受部３２と、第２軸部３１ｂを支持する第２軸受部３３とがあり、凹面鏡支持装置は、凹面鏡３１を回転駆動する駆動部３４を備える。また、覆い部として、第１軸部３１ａを表側から覆う第１覆い部４３と、第２軸部３１ｂ及び駆動部３４を表側から覆う第２覆い部４４とがある。

（４）凹面鏡支持装置においては、凹面鏡３１、軸部（第１軸部３１ａ、第２軸部３１ｂ）、軸受部（第１軸受部３２、第２軸受部３３）及び駆動部３４を有する凹面鏡ユニット３０が、底部４１の裏側からケース４０に取り付けられている。
このように、ユニット化された凹面鏡ユニット３０をケース４０の裏側から取り付け可能な構成としたため、組み付けが容易である。また、当該構成によれば、組み付けた凹面鏡ユニット３０を、裏側から表側に向かう一方向で、ビス等の固定手段により固定することができる。

（５）凹面鏡支持装置は、底部４１の裏側に設けられた回路基板５０と、ケース４０に裏側から取り付けられ、少なくとも、回路基板５０と開口部４１ａと凹面鏡３１とを裏側から覆う第１カバー６０（カバーの一例）と、を備える。
この構成により、ケース４０に対する、凹面鏡３１の取付方向、回路基板５０の取付方向、第１カバー６０の取付方向を、裏側から表側に向かう一方向にすることができるため、組み付け作業工程における効率化を図ることができる。

（６）ＨＵＤ装置１００（表示装置の一例）は、前述の凹面鏡支持装置と、凹面鏡３１に到達する表示光Ｌを発する表示器１０と、を備える。

なお、本発明は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

また、表示器１０は、ＬＣＤを用いたものに限られず、ＯＬＥＤ（Organic Light-Emitting Diode）を用いたものを採用してもよい。また、表示器１０は、例えば、ＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）やＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型表示デバイスを用いたものであってもよい。

また、平面鏡２０と凹面鏡３１とを結ぶ表示光Ｌの光路において、平面鏡２０以外の平面鏡を設けてもよい。平面鏡を何枚用いるかや、どのように表示光Ｌの光路を折り返すかは、設計に応じて適宜変更可能である。

また、表示光Ｌの投射対象（透光部材）は、車両１のフロントガラス３に限定されず、板状のハーフミラー、ホログラム素子等により構成されるコンバイナであってもよい。

また、ＨＵＤ装置１００が搭載される車両１の種類は限定されず、自動四輪車や、自動二輪車など様々な車両に適用可能である。また、ＨＵＤ装置１００は、航空機、船舶、スノーモービル等、車両１以外の乗り物に搭載されてもよい。

以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１００…ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置
１…車両、２…ダッシュボード、３…フロントガラス、４…ユーザ
Ｌ…表示光、Ｖ…虚像
１０…表示器
２０…平面鏡
３０…凹面鏡ユニット
３１…凹面鏡、Ｒ…反射面、ＡＸ…軸線
３１ａ…第１軸部、３１ｂ…第２軸部、３１ｃ…レバー部
３２…第１軸受部
３２１…台座部、Ｐ２…ピン
３２２…軸受、Ｐ１…ピン
３３…第２軸受部
３３１…台座部、Ｏ３，Ｏ４…穴
３３２…軸受
３４…駆動部
３４１…筐体、３４２…挟込部、Ｍ…モータ、Ｇ…ガイド軸
４０…ケース、Ｓ…光路空間
４１…底部、４１ａ…開口部、４１ｂ…基板固定部
４３…第１覆い部
４３０…挿入部
４３１…窪み部、Ｏ１…穴
４３２…接触部、Ｏ２…穴
４４…第２覆い部
４４０…挿入部
４４１…窪み部
４４２…接触部、Ｐ３，Ｐ４…ピン
５０…回路基板
６０…第１カバー
７０…第２カバー、７１…射出口

Claims (6)

1. 虚像として視認される画像を表す表示光を透光部材に向けて反射させる反射面を有し、所定の軸線を中心に回転可能な凹面鏡と、
   前記凹面鏡に設けられ、前記軸線に沿う軸部と、
   底部を有し、前記底部の表側に前記表示光が通過する光路空間が形成されたケースと、を備え、
   前記凹面鏡は、前記底部の裏側に取り付けられ、前記底部に設けられた開口部を通して前記反射面が前記底部の表側に位置し、
   前記ケースは、前記軸部を表側から覆う覆い部を有する、
   凹面鏡支持装置。
2. 前記軸部を回転可能に支持する軸受部を備え、
   前記軸受部は、前記覆い部に裏側から固定されている、
   請求項１に記載の凹面鏡支持装置。
3. 前記軸部として、一対の第１軸部及び第２軸部があり、
   前記軸受部として、前記第１軸部を支持する第１軸受部と、前記第２軸部を支持する第２軸受部とがあり、
   前記凹面鏡を回転駆動する駆動部を備え、
   前記覆い部として、前記第１軸部を表側から覆う第１覆い部と、前記第２軸部及び前記駆動部を表側から覆う第２覆い部とがある、
   請求項２に記載の凹面鏡支持装置。
4. 前記凹面鏡、前記軸部、前記軸受部及び前記駆動部を有する凹面鏡ユニットが、前記底部の裏側に取り付けられている、
   請求項３に記載の凹面鏡支持装置。
5. 前記底部の裏側に設けられた回路基板と、
   前記ケースに裏側から取り付けられ、少なくとも、前記回路基板と前記開口部と前記凹面鏡とを裏側から覆うカバーと、を備える、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の凹面鏡支持装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の凹面鏡支持装置と、
   前記凹面鏡に到達する前記表示光を発する表示器と、を備える、
   表示装置。
   
   

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