JP7759552B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

ヘッドアップディスプレイなどの表示装置は、車両に搭載され、運転者に運転に必要な情報などの種々の情報をフロントガラスなどの透過反射部を介して虚像表示する。これにより、ヘッドアップディスプレイは、車両前方の景色と重ね合わせて情報（画像）を表示することができる。運転者は、運転中に大きな視線移動を行うことなく、必要な情報を把握することができる。

画像を示す表示光は、例えばプロジェクタにより生成される。生成された表示光は、スクリーンに画像として表示される。また、ヘッドアップディスプレイの外部から入射した太陽光などの外光がスクリーンに向わないよう、ホットミラーが設けられている。また、ホットミラーは、スクリーンの面に対して傾いて取り付けられることで、モアレの発生が抑制される（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２０１６－１２２０５９号公報 特開２０１９－１０１１８５号公報

特に特許文献２においては、スクリーンホルダ（７０）が１枚の金属製の薄板の中央に大きな開口を有する形状を採用している。このようなスクリーンホルダ（７０）は、取り数の効率が悪く、また、スクリーン（６０）及びフィールドレンズ（５０）を一体として主ホルダ（１００）へ組み付けることは組み立て性も低かった。

したがって、このような表示装置にあっても、未だ製造性に関して改善の余地があった。そこで本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、製造性を向上した表示装置を提供することを目的とする。

本発明に係る表示装置は、
映写光を受けることで映像が表示されるスクリーンと、
前記スクリーンへ前記映写光を映写するプロジェクタと、
前記映写光を屈折させて透過するレンズと、
前記レンズを保持する筐体と、
前記レンズを前記筐体へ向けて付勢し、複数で、無荷重状態では互いに同一形状のスプリングと、
を備え、
それぞれの前記スプリングは、
前記映写光の進行方向に付勢を行う第一の付勢部と、
前記映写光の進行方向と交わる面方向に付勢する第二の付勢部と、
前記筐体に固定される固定部と、
前記第一の付勢部と前記第二の付勢部との間を繋ぎ、前記第一の付勢部と前記第二の付勢部との相対位置を前記筐体から受ける応力に応じて変形する緩衝部
を有する。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ１の実施形態であり、特に光学系の構成を示す図。 プロジェクタ１０の光学系の構成を示す説明図。 ヘッドアップディスプレイ１の要部斜視図。 スプリング７０の斜視図。 スプリング７０の斜視図。 フィールドレンズ５０、レンズホルダー１８２、及びスプリング７１，７２の断面図。 レンズホルダー１８２に固定された状態のスプリング７３の斜視図。 下ケース１８１及びレンズホルダー１８２に装着されたミラーホルダー１８３を示す図。

本発明に係る表示装置の一例であるヘッドアップディスプレイを実施形態として例にあげ、添付図面を用いて次の順序で説明する。

１．第一実施形態
＜１－１．構成について＞
＜１－２．スプリング７０について＞
＜１－３．組み立て手順について＞
２．変形例

［１．第一実施形態］
＜１－１．構成について＞
図１は、ヘッドアップディスプレイの実施形態であり、特に光学系の構成を示す説明図である。ヘッドアップディスプレイは、例えば自動車などの車両に搭載される。

表示装置の一例であるヘッドアップディスプレイ１（以下、ＨＵＤ１という。）は、自動車のインストルメントパネル内に配置される。ＨＵＤ１は、プロジェクタ１０と、第一平面鏡１３と、第二平面鏡１４と、スクリーンユニット１５と、第一凹面鏡１６と、第二凹面鏡１７と、ケース１８（筐体）と、を主に有している。ＨＵＤ１は、プロジェクタ１０が生成した表示画像（画像）を表す表示光Ｌを、リレー光学系を構成する第一および第二平面鏡１３、１４と第一および第二凹面鏡１６、１７とで反射させ、透過反射部の一例である自動車のフロントガラス２に照射する。視認者（主に運転者）は、ＨＵＤ１が生成する画像可視領域であるアイボックス３内に視点４を置くことで、車両前方の景色（実景）と重ねて表示画像の虚像Ｖを視認することができる。

プロジェクタ１０は、表示画像に関する表示光Ｌ（映写光）を生成し、フィールドレンズ５０を介してスクリーン６０へ映写する。

第一平面鏡１３は、プロジェクタ１０が生成し投射した表示光Ｌを反射する。第二平面鏡１４は、第一平面鏡１３が反射した表示光Ｌをさらに反射する。

スクリーンユニット１５は、第二平面鏡１４が反射した表示光Ｌを受光して画像（実像）を表示する。スクリーンユニット１５の詳細は後述する。第一凹面鏡１６は、スクリーンユニット１５から出射される表示光Ｌを第二凹面鏡１７に到達する前に上下でクロスさせる（クロス点Ｃでクロスさせる）曲率（半径の逆数）を有し、表示光を第二凹面鏡１７に向けて反射する。第二凹面鏡１７は、第一凹面鏡１６が反射した表示光Ｌをフロントガラス２に向けて反射する。ケース１８は、プロジェクタ１０、第一および第二平面鏡１３、１４、スクリーンユニット１５、および第一および第二凹面鏡１６、１７を収納する。

ケース１８は、フロントガラス２に対向する部分に開口１８ａを有している。開口１８ａは、透光性を有する透光性カバー１９に覆われている。第二凹面鏡１７が反射した表示光Ｌは、透光性カバー１９を透過してＨＵＤ１から出射される。なお、ケース１８は後述の下ケース１８１、レンズホルダー１８２、及びミラーホルダー１８３を含む。下ケース１８１は、スクリーン６０以降（第一凹面鏡１６側）の鏡筒として機能するケースである。レンズホルダー１８２は、フィールドレンズ５０を保持するケースである。ミラーホルダー１８３は、第一平面鏡１３及び第二平面鏡１４を保持するケースである。

図２は、プロジェクタ１０の光学系の構成を示す説明図である。プロジェクタ１０は、光源２２と、光学部材２３と、光変調素子２４と、を主に有している。

光源２２は、基板に搭載されたＬＥＤ（Light Emitting Diode）である。光源２２は、赤色光線Ｒを発する赤色光源２２ａと、緑色光線Ｇを発する緑色光源２２ｂと、青色光線Ｂを発する青色光源２２ｃと、である。以下、赤色光源２２ａ、緑色光源２２ｂ、および青色光源２２ｃを区別しない場合には、単に光源２２という。

光学部材２３は、ミラー４１と、ダイクロイックミラー４２、４３と、反射鏡４４と、凸レンズ４５と、プリズム４６と、投光レンズ４７と、を有している。

赤色光源２２ａから出射された赤色光線Ｒは、ミラー４１で反射し、ダイクロイックミラー４２、４３を透過する。緑色光源２２ｂから出射された緑色光線Ｇは、ダイクロイックミラー４２で反射し、ダイクロイックミラー４３を透過する。青色光源２２ｃから出射された青色光線Ｂは、ダイクロイックミラー４３で反射する。これら光線Ｒ、Ｇ、Ｂは、反射鏡４４で反射され、凸レンズ４５で配光され、プリズム４６を透過する。透過した光線Ｒ、Ｇ、Ｂは、光変調素子２４で表示光Ｌに変換される。表示光Ｌは、プリズム４６で反射され、投光レンズ４７を透過して投射（出射）される。

光変調素子２４は、例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）やＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型の表示素子である。光変調素子２４は、制御基板（図示せず）と接続されており、この制御基板により制御される。

図３は、ＨＵＤ１の要部斜視図である。具体的には、図３は、組付け状態におけるフィールドレンズ５０、スプリング７１，７２，７３、下ケース１８１、レンズホルダー１８２の斜視図である。

フィールドレンズ５０は、表示光Ｌの方向を調整する。すなわち、フィールドレンズ５０は、所定の配光角度で表示光Ｌをスクリーン６０へ導く機能を有する。

スクリーン６０は、フィールドレンズ５０から出射した表示光Ｌを背面６１で受光して前面６２に表示画像を表示する。スクリーン６０は、例えばポリカーボネート樹脂であり、薄板状で柔軟性を有している。スクリーン６０は、マイクロレンズアレイ面を有している。マイクロレンズアレイ面は、基材に設けられた凸形状の微小レンズが複数配置された面である。

スプリング７１，７２，７３は、フィールドレンズ５０をケース１８へ付勢する部材である。スプリング７１，７２，７３は、スクリーン６０を付勢及び位置決めしてもよい。スプリング７１，７２，７３は、金属製の薄板で形成されたものである。スプリング７１，７２，７３は、荷重をかけられていない状態（無荷重状態）において、それぞれ同一の形状を為している。具体的には、図４及び図５に示されるようなスプリング７０として構成される。

＜１－２．スプリング７０について＞
スプリング７０について、図４～７を参照しつつ、説明する。なお、フィールドレンズ５０の長手方向を方向Ｘ、短手方向を方向Ｙ、厚み方向を方向Ｚ、と定義する。スプリング７０は、固定部７０１、第一の付勢部７０２、第二の付勢部７０３、緩衝部７０４、位置決め部７０５を有する。

固定部７０１は、スプリング７０をケース１８（レンズホルダー１８２）へ固定するための部分である。固定部７０１は、曲げ加工によってスプリング７０に形成されたＵ字状の部分である。固定部７０１は、ケース１８に形成された突出部１８２ａやリブを強固に挟持することで、スプリング７０の基準の位置を定める。固定部７０１は、返し７０１ａのようなケース１８からの脱落を防止できる形状を有することが望ましい。固定部７０１は、第一の方向Ｄ１に複数形成され、第一の方向Ｄ１に直交する第二の方向Ｄ２においてケース１８を挟持する。

第一の付勢部７０２は、フィールドレンズ５０及びスクリーン６０を、表示光Ｌの進行方向（フィールドレンズ５０の厚み方向、方向Ｚ、方向Ｄ３）へ付勢する部分である。具体的には、脚部７０２ａが弾性変形することで、スプリング７０が付勢を行う。付勢部は、フィールドレンズ５０に設けられるフランジ部５１（突出部）などの非光学部分を付勢するとよい。すなわち、脚部７０２ａは、第一の付勢部７０２の弾性箇所として機能する。

第二の付勢部７０３は、フィールドレンズ５０を表示光Ｌの進行方向（フィールドレンズ５０の厚み方向、方向Ｚ、方向Ｄ３）に交わる面方向（Ｘ-Ｙ平面方向、Ｄ１-Ｄ２平面）に付勢する部分である。具体的には、第二の付勢部７０３が弾性変形することで、スプリング７０がフィールドレンズ５０を付勢する。

緩衝部７０４は、第一の付勢部７０２及び第二の付勢部７０３との間を繋ぎ、第一の付勢部７０２と第二の付勢部７０３との相対位置をケース１８から受ける応力に応じて変形する部分である。具体的には、例えば図６や図７に示される様に、緩衝部が異なる弾性変形を行うことにより、各スプリングの取り付け姿勢を変形している。
この構成によって、それぞれのスプリングが同一の形状であっても、ケース１８への取り付け箇所次第で取り付け姿勢を変形し、それぞれの取り付け箇所に応じた機能（付勢動作の有無など）を調整できる。また、取り付け姿勢を変形することで、取り付け可能スペースの制限に応じて、各スプリングがスペースに収まるように変形できる。

緩衝部７０４は、この様に弾性変形可能であるために、第一の付勢部７０２や第二の付勢部７０３と比較してばね定数が小さいことが望ましい。緩衝部７０４は、方向Ｄ１においてスプリング７０のケース１８に対する位置がずれないように、例えば溝１８２ｄにガイドされるとよい。

位置決め部７０５は、例えばフィールドレンズ５０やスクリーン６０をスプリング７０やケース１８に対して正しい位置へ設置するための目安である。

この様に構成されるスプリング７０が、スプリング７１，７２，７３としてレンズホルダー１８２へ組み付けられる。

なお、スプリング７１は第一のスプリングとして機能し、スプリング７２は第二のスプリングとして機能する。具体的には、第一のスプリング７１に設けられる第二の付勢部７１３が付勢するが、第二のスプリング７２に設けられる第二の付勢部７２３はフィールドレンズ５０を付勢しない。この様に、緩衝部７４があることで、同一形状の第一のスプリング７１及び第二のスプリング７２が異なる機能を発揮できる。なお、フィールドレンズ５０は、図３に示されるように、第二のスプリング７２によって付勢されない代わりに、受け部１８２ｃに対して位置決めされる。

＜１－３．組み立て手順について＞
次に、スクリーンユニット１５の組立手順について説明する。

第一の工程において、レンズホルダー１８２が下ケース１８１の下部（方向Ｄｎ側面）へ装着される。

第二の工程において、スプリング７１，７２，７３が突出部１８２ａに装着される。この際、緩衝部７０４が溝１８２ｄにガイドされることでスプリング７１，７２，７３は位置決めされる。また、規制部１８２ｂが脚部を押圧することで、緩衝部が弾性変形され、それぞれのスプリングに適した取り付け姿勢となる。

第三の工程において、スクリーン６０が第一の付勢部７１２，７２２，７３２に装着される。この際、スクリーン６０は、位置決め部７１５，７２５，７３５によって位置決めされる。

第四の工程において、フィールドレンズ５０が第二の付勢部７１３，７２３，７３３の上部に載置される。具体的には、フランジ部５１の側面の斜面に、第二の付勢部７１３，７２３，７３３の上部斜面が当接することで、浮いた状態となる。

第五の工程において、ミラーホルダー１８３が下ケース１８１及びレンズホルダー１８２へ装着される。この際、第四の工程において浮いた状態であったフィールドレンズ５０は、ミラーホルダー１８３に押圧され図６に示されるポジションへ移行する。フィールドレンズ５０のポジション移行が正常に完了すると同時に、ミラーホルダー１８３のフック１８３ａがレンズホルダー１８２の突出部１８２ｅに係止される。この構成により、外部から視認可能なフック１８３ａの係止状態に基づいて、内部のフィールドレンズ５０の組付け状態を判定でき、正常性の判定を容易に行える。ひいては、製造性を向上したヘッドアップディスプレイとなる。

その後、ミラーホルダー１８３は下ケース１８１等にビス締めによって固定されてもよい。ビス締め工程を含めることで、より強固に固定できることに加え、ビス締めが行えることでフック１８３ａやフィールドレンズ５０が正しいポジションに移行していることを確認できる効果を得られる。

以上の工程により、スクリーンユニット１５は図３，６，８に示される状態に組み立てられる。

［変形例］
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
２ フロントガラス
３ アイボックス
４ 視点
１０ プロジェクタ
１３ 第１平面鏡
１４ 第２平面鏡
１５ スクリーンユニット
１６ 第１凹面鏡
１７ 第２凹面鏡
１８ ケース
１８ａ 開口
１８１ 下ケース
１８２ レンズホルダー
１８２ａ 突出部
１８２ｂ 規制部
１８２ｃ 受け部
１８３ ミラーホルダー
１９ 透光性カバー
２２ 光源
２２ａ 赤色光源
２２ｂ 緑色光源
２２ｃ 青色光源
２３ 光学部材
２４ 光変調素子
４１ ミラー
４２、４３ ダイクロイックミラー
４４ 反射鏡
４５ 凸レンズ
４６ プリズム
４７ 投光レンズ
５０ フィールドレンズ
６０ スクリーン
７０，７３ スプリング
７１ 第一のスプリング
７２ 第二のスプリング
７０１，７１１，７２１，７３１ 固定部
７０２，７１２，７２２，７３２ 第一の付勢部
７０３，７１３，７２３，７３３ 第二の付勢部
７０４，７１４，７２４，７３４ 緩衝部
７０５，７１５，７２５，７３５ 位置決め部

Claims (4)

1. 映写光を受けることで映像が表示されるスクリーンと、
   前記スクリーンへ前記映写光を映写するプロジェクタと、
   前記映写光を屈折させて透過するレンズと、
   前記レンズを保持する筐体と、
   前記レンズを前記筐体へ向けて付勢し、複数で、無荷重状態では互いに同一形状のスプリングと、
   を備え、
   それぞれの前記スプリングは、
   前記映写光の進行方向に付勢を行う第一の付勢部と、
   前記映写光の進行方向と交わる面方向に付勢する第二の付勢部と、
   前記筐体に固定される固定部と、
   前記第一の付勢部と前記第二の付勢部との間を繋ぎ、前記第一の付勢部と前記第二の付勢部との相対位置を前記筐体から受ける応力に応じて変形する緩衝部
   を有する
   表示装置。
2. 前記スプリングは、少なくとも第一のスプリングと第二のスプリングとを含み、
   前記第一のスプリングは、前記固定部が前記筐体に固定された場合、前記第一の付勢部及び前記第二の付勢部を介して前記レンズを付勢し、
   前記第二のスプリングは、前記固定部が前記筐体に固定された場合、前記第一の付勢部が前記レンズを付勢し、前記第二の付勢部は前記レンズを付勢しない
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記緩衝部は、
   前記筐体から受ける応力に応じて弾性変形することで前記相対位置を変形し、
   前記第一の付勢部及び前記第二の付勢部に形成される弾性箇所と比較してばね定数が小さい
   請求項１に記載の表示装置。
4. 前記レンズはフィールドレンズである
   請求項１に記載の表示装置。