CN110121670B - 室外用图像照射装置 - Google Patents

Abstract

室外用图像照射装置(1)是具有图像光出射器件(3)和图像光的偏振器(4)的室外用图像照射装置(1)，其中，还具备衰减从室外用图像照射装置的外部侵入内部的太阳光的光衰减体(5)，光衰减体(5)、偏振器(4)、图像光出射器件(3)依次位于太阳光的光路上。

Description

室外用图像照射装置

技术领域

本公开涉及车载用平视显示装置等室外用图像照射装置。

背景技术

作为室外用图像照射装置的车载用的平视显示装置(以下，仅记载为HUD装置。)是照射显示在液晶面板等的图像信息并放映在窗户等上的装置，驾驶员能够在将视线置于前方视野的状态下直接识别所显示的行驶速度、行驶路径等各种信息。

作为具体的结构，在专利文献1中记载有HUD装置，该HUD装置具备：在入射侧偏振构件与出射侧偏振构件之间具有液晶单元而成的显示元件；和向该显示元件照射光的光源，将透射过显示元件的显示像投影到设置于驾驶员的前方视野内的显示构件而进行显示，在从液晶单元到显示构件之间的显示像的光路具备透射显示像并且与出射侧偏振构件相接的传热构件(水晶散热板)、和由金属材料构成并保持传热构件的保持构件。此外，记载了传热构件为水晶基板。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-313733号公报

发明内容

-发明要解决的课题-

本公开的室外用图像照射装置是具有图像光出射器件、和调整来自图像光出射器件的图像光的偏振器的室外用图像照射装置，还具备衰减太阳光的光衰减体，光衰减体、偏振器、图像光出射器件依次位于太阳光的光路上。

附图说明

图1是第1实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。

图2是第2实施方式所涉及的室外体用图像照射装置的概略图。

图3是第3实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。

图4是蓝宝石基板表面的电子显微镜(SEM)照片，是平台构造层的照片。

图5是第4实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。

图6是第5实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。

图7是第6实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。

具体实施方式

关于本公开的室外用图像照射装置，以作为移动体用图像照射装置的车载用的HUD装置为例，参照附图进行说明。图1是第1实施方式所涉及的HUD装置1的概略图。HUD装置1具备图像光出射器件A、偏振器4以及光衰减体5。图像光出射器件A具备光源2以及图像形成部3。偏振器4对来自图像形成部3的图像光进行偏振。此外，在图1中，示出了具有镜子6和出射窗7的例子，在图中用单点划线的箭头表示包括来自光源2的出射光的图像光的出射光路L。而且，在第1实施方式所涉及的HUD装置1中，光衰减体5、偏振器4、图像光出射器件A依次位于与出射光路L相反的太阳光的光路上。在图1所示的例子中，镜子6位于比光衰减体5更靠太阳光的光路的前方，出射窗7位于更前方。

在搭载有该HUD装置1的车辆置于暴露于太阳光的环境下，太阳光从出射窗7向光轴L的相反方向入射的情况下，在本结构中，由于光衰减体5相对于偏振器4配置在太阳光侧，因此入射到HUD装置1的太阳光在透射光衰减体5之后到达偏振器4。另外，太阳光不是太阳光本身，也包括通过车辆的窗户的太阳光等。

对光衰减体5进行详细说明，在光通过光衰减体5时，具有使光的一部分透射而反射、吸收另一部分等并遮断的功能。即，与进入光衰减体5的入射光相比，从光衰减体5出来的出射光的光量减少。

光衰减体5具有使形成图像的可见光透射的透光性，并且能够在太阳光到达偏振器4之前使其一部分衰减，因此能够抑制因太阳光而使偏振器4损伤。

接着，在图2中，与图1所示的结构相比，示出了在光衰减体5与镜子6之间具备扩光构件8的例子。如图2所示，在光衰减体5与镜子6之间具备扩光构件8时，能够通过扩光构件8放大图像光。此外，若为了设为相同大小的图像，则各构件较小即可，因此能够实现HUD装置1的小型化。

若观察太阳光，则该扩光构件8具有将太阳光聚光的功能，但本实施方式的HUD装置1具备光衰减体5，因此能够抑制对偏振器4的损伤。作为扩光构件8，例如能够使用凸透镜。

接着，在图3中示出了在图1中的镜子6所位于的部分具备凹面镜10的例子。这样，在具备凹面镜10时，由于具有镜子6和扩光构件8双方的功能，因此能够减少构件数量。

由于HUD装置1中的偏振器4也通过来自图像光出射器件A的出射光而发热，因此从偏振器4的冷却的观点出发，也可以使光衰减体5与偏振器4抵接。在满足这样的结构时，能够冷却偏振器4，除了遮断太阳光的一部分而抑制由太阳光导致的偏振器4的损伤以外，还能够抑制由热导致的偏振器4的损伤。在图1的例子中，光衰减体5与偏振器4抵接。在偏振器4与光衰减体5抵接的情况下，两者间的热的传递通过固体间的热传导来进行，因此冷却偏振器4的效果变高。在光衰减体5的表面可以直接形成偏振器4，或者也可以经由粘接层粘接两者。

此外，在图1中，示出了光衰减体5与偏振器4抵接、为相同大小的例子，但是光衰减体5也可以比偏振器4大。在满足这样的结构时，光衰减体5的表面积增加，因此散热性提高。

此外，也可以使光衰减体5接近偏振器4地配置。如果光衰减体5在能够冷却偏振器4的范围内接近，则偏振器4与光衰减体5也可以分离，在这种情况下，两者之间的热的传递经由位于两者之间的气体进行。在将偏振器4与光衰减体5分离配置的情况下，两者的距离可以为0.1mm～50mm。

光衰减体5不是以全部的波长相同的方式使光减少，根据光衰减体5所使用的材料，各个波长的光的减少比例不同。

作为光衰减体5，例如能够使用水晶、蓝宝石等的单晶、石英玻璃或硼硅酸玻璃等的玻璃等。水晶是指石英的单晶，蓝宝石是指氧化铝的单晶。单晶的热传导率比玻璃高(热传导率的值大)。例如，相对于玻璃为0.5～1.0W/m·K左右的热传导率，水晶具有6.2～10.4W/m·K的热传导率，蓝宝石具有42W/m·K的优异的热传导率。而且，蓝宝石的机械强度高，可见光的透射率高达80％以上。

光衰减体5也可以使200～400nm的波长区域中的透射率的平均值小于400～800nm的波长区域中的透射率的平均值。在光衰减体5满足这样的结构时，能够使所谓的紫外光区域的光衰减，抑制伴随着偏振器4的变质的偏振器4的损伤。

此外，光衰减体5也可以使800～2500nm的波长区域中的透射率的平均值小于400～800nm的波长区域中的透射率的平均值。在光衰减体5满足这样的结构时，能够使所谓的红外光区域的光衰减，抑制由红外光引起的偏振器4的加热。

进而，光衰减体5也可以使400～800nm的波长区域中的透射率的平均值小于200～400nm的波长区域中的透射率的平均值以及800～2500nm的波长区域中的透射率的平均值。若使用这样的光衰减体5，则能够抑制由紫外线引起的偏振器4的损伤及基于红外线的偏振器4的加热。

另外，波长为400～800nm的范围的光是所谓的可见光。

此外，光衰减体5也可以使200～400nm的波长区域中的透射率的最大值小于400～800nm的波长区域中的透射率的最大值。若使用这样的光衰减体5，则与可见光区域的透射率的最大值相比，紫外光区域的全部区域中的透射率变低，因此容易抑制偏振器4的损伤。

此外，光衰减体5也可以使800～2500nm的波长区域中的透射率的最大值小于400～800nm的波长区域中的透射率的最大值。若使用这样的光衰减体5，则与可见光区域的透射率的最大值相比，红外光区域的全部区域中的透射率变低，因此容易抑制偏振器4的加热。

这些透射率例如能够使用岛津制作所制的紫外可见近红外分光光度计UV-3100PC进行测定。测定条件例如是扫描速度：高速、取样间距：2.0nm、狭缝宽度：2.0nm。

以下对紫外光、红外光的透射率低的材料进行说明。完全没有晶体缺陷、杂质、添加物等的蓝宝石对于紫外光、红外光与可见光同样地具有比较的高的透射率，但通过在蓝宝石中导入晶体缺陷、添加添加物，能够减小特定波长的光的透射率。

例如，在蓝宝石原料中适量添加Fe、Co、Ni、Ti、Cr、Mo、W中的至少任一种，使蓝宝石的晶体生长，由此能够制造在紫外光区域具有吸收带、能够使紫外光减少的蓝宝石。例如，在添加了Ti的蓝宝石中，Ti⁴⁺由于在紫外光区域即230nm、240nm具有吸收带而能够使紫外光减少。

这些添加量只要是3ppm以上即可，设为5ppm以上更佳。添加物的添加量适当地调整即可。

此外，通过将蓝宝石的晶体培养时或者培养后的热处理时的气氛控制为还原性气氛，将起因于氧空洞的缺陷导入蓝宝石，能够制造在紫外光区域具有吸收带，使紫外光减少的蓝宝石。

具有起因于氧空洞的缺陷的蓝宝石具有被称为F中心、F中心+的缺陷。F中心为205nm，F+中心在210nm、230nmm、260nm处具有吸收带。若将在这样的205nm～260nm的波长区域具有吸收带的蓝宝石用作光衰减体5，则能够使紫外光衰减。

此外，蓝宝石的光学特性也受制造方法的种类的影响。例如，通过HEM(HeatExchange Method：换热方法)，所制造的蓝宝石的可见光区域中的透射率的平均值高达85％，紫外光区域中的透射率的平均值低至70％。若像这样将透射率的平均值的差大的蓝宝石用作光衰减体5，则能够一边抑制紫外光，一边使可见光透射。

这些吸收带的测定能够与透射率的测定同样地使用岛津制作所制的紫外可见近红外分光光度计UV-3100PC来进行。

作为红外光的透射率低的材料，可列举出已知OH基吸收红外线的水晶、石英玻璃。此外，作为近红外线吸收色素，已知花青化合物、酞菁化合物、二硫醇金属络合物、萘醌化合物、二亚铵化合物、偶氮化合物等，作为红外光的透射率低的光衰减体5，能够使用在表面具有这些色素的光衰减体5。

然而，根据添加物的种类、添加量，光衰减体5有时呈现颜色。在搭载于车辆的HUD装置1中，只要显示用于向搭乘者传达比较单纯的信息的图像即可，例如，有时使用蓝色系、绿色系、红色系等的单色光以及它们的组合，也可以适当地对光衰减体5进行着色。根据目的，也可以调整光衰减体5的颜色的浓度。在此，颜色是指着色为在人眼看能够识别的程度。

接着，对光衰减体5的厚度和光学特性的关系进行说明。入射到光衰减体5的波长λ的光的透射率T(λ)作为光的吸收系数α(λ)、光衰减体5的厚度t的函数用下式来表示。

T(λ)＝e^-α(λ)t

即，透射率T相对于厚度t呈指数函数地减少。通过适当地选择光衰减体5的厚度，从而能够在将用于图像显示的波长区域的光的透射率保持得较高的状态下，直接降低图像显示中不需要的波长区域，例如红外光、紫外光的透射率。例如，在光衰减体5由板状的蓝宝石基板构成的情况下，其厚度为0.5mm以上5mm即可。

作为光衰减体5使用的材质，从强度、热传导优异的方面考虑，蓝宝石为佳。由于该蓝宝石具有各向异性，因此蓝宝石的晶体取向与光路、偏振器4的关系可以是各种组合。

对蓝宝石的各向异性与光学特性的关系进行说明，蓝宝石在光学特性方面具有对于向相对于c轴倾斜的方向行进的光的双折射性(透射的光被分为两个光线)。另一方面，对于与c轴平行的方向的光不具有双折射性。因此，若使蓝宝石基板的c面与偏振器4对置，则从图像光出射器件A透射偏振器4后的图像光会入射到蓝宝石基板的c面，能够抑制图像的变形、渗色。另外，在光衰减体5与显示部之间的距离为2m以下的情况那样较短的情况下，也可以将a面、m面、r面等配置成与偏振器4对置。

进而，若在特定的条件下对矩形状的蓝宝石进行热处理，则根据晶体取向，如图4所示，在表面产生凹凸。平台面11是平面状扩展的面，侧面12是与一个平台面的边缘线抵接、与其他的平台面11垂直地延伸的面。由于该平台面11和侧面12构成的平台构造层13具有凹凸形状，因此与没有凹凸的情况相比表面积变大。该平台构造层13中的平台面11具备1μm见方以上的面积，平台面11的宽度为1～10μm左右。此外，侧面12的高度具备通过利用3,000倍左右的电子显微镜的观察，至少能够感知位于平台面11与侧面12的边界的边缘的程度的高度。

另外，图4是例示平台构造层13的3,000倍的倍率的电子显微镜(SEM)照片。

蓝宝石原本具有高的热传导率，但在具有平台构造层13的部分，与空气的热交换活跃地进行。即，具有该平台构造层13的部分具有高的散热的效果。若使用在表面的至少一部分具有多个这样的平台构造层13的蓝宝石基板，则散热效果进一步提高。

另外，作为热处理的具体的条件，将蓝宝石基板在1800℃以上且2000℃以下的温度保持5小时以上后，以6小时以上的降温时间冷却至室温。热处理工序在氩等惰性气体气氛中或者真空中进行。由此，在蓝宝石的表面以及内部进行原子、晶体缺陷的再排列，在加工工序中形成于表面以及内部的微裂缝、晶体缺陷、内部应力降低。

若在蓝宝石基板的所有面上设置平台构造层13则散热能力提高。

在使用矩形状的蓝宝石基板的情况下，若蓝宝石的m轴不与表面垂直相交，则容易生成平台构造层13。特别是，若蓝宝石的c轴或者a轴与表面垂直相交，则容易生成平台构造层13。若使用遍及整个面具有平台构造层13的蓝宝石基板，则随着表面积增加，与不具有平台构造层13的蓝宝石基板相比，散热性变高。

在蓝宝石基板的除了与偏振器4对置的面以及其相反的面以外的面设置平台构造层13的情况下，可以使蓝宝石基板的与偏振器4对置的面以及其相反的面和蓝宝石的m轴垂直相交，使其他面不与蓝宝石晶体的m轴垂直相交。于是，在热处理后，在蓝宝石基板的除了与偏振器4对置的面以及其相反的面以外的面形成有平台构造层13。

此外，也可以仅在对与偏振器4对置的面以及其相反的面，即图像光、太阳光入射出射的面热处理后进行研磨加工。

作为光衰减体5，可以使用控制缺陷或者添加物来控制特定波长的光的透射率的蓝宝石、水晶、玻璃等，也可以在光衰减体5的主面或者内部形成由吸收或者反射特定的波长的光的材质构成的层。

作为光衰减体5，也可以组合光学特性不同的多个光衰减体5。例如，若组合紫外线区域的透射率低的蓝宝石基板和红外线区域的透射率低的水晶基板或者石英玻璃基板，则能够减少太阳光中所含的紫外线区域以及红外线区域的光。

在图5中示出组合了多个光衰减体5的例子。若作为光衰减体5的一方使用板状的蓝宝石基板5a，作为另一方使用水晶基板5b或者石英玻璃基板5b，在太阳光的光路上依次配置水晶基板5b或者石英玻璃基板5b、蓝宝石基板5a、偏振器4、图像光出射器件A，则能够首先用水晶基板5b或者石英玻璃基板5b减少红外线区域的光，进而用蓝宝石基板5a减少紫外区域的光。若为这样的配置，则成为在通过减少红外线区域的光而容易被加热的水晶基板5b或者石英玻璃基板5b与偏振器4之间夹着蓝宝石基板5a的结构，能够抑制偏振器4的加热。

在该例子中，光衰减体5包括蓝宝石基板5a，包括水晶基板5b或者石英玻璃基板5b。此外，也可以将紫外线区域以及红外线区域的透射率低的硼硅酸玻璃用作光衰减体5，也可以将热传导率高的蓝宝石基板5a组合在其中。

HUD装置1也可以设计为通过气流来冷却光衰减体5。为了对光衰减体5进行气冷，利用气流进行的冷却使用风扇等送风体即可。此外，也可以利用伴随着车辆等移动体的移动而产生的气流。此外，为了提高冷却效果，也可以将冷却片与光衰减体5连接。冷却片只要形成于光衰减体5的照射光的范围以外的部分的至少一部分即可。

如图6所示，HUD装置1除了配置在图像形成部3与光衰减体5之间的偏振器4之外，还可以具有配置在光源2与图像形成部3之间的入射侧偏振器9。在这种情况下，来自光源2的光依次透射入射侧偏振器9、图像形成部3、第1偏振器4a和光衰减体5，光衰减体5具有冷却偏振器4的功能。

此外，如图7所示，若改变HUD装置1的结构，将偏振器4与光衰减体5的位置关系配置为在偏振器4的上方配置光衰减体5，则容易进行利用空气的对流的冷却。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，也可以进行各种改良以及变更。例如，室外用图像照射装置并不限定于作为移动体用图像照射装置的车载用图像照射装置，也可以投影于船舶、航空机、护目镜、安全帽、建筑物等。此外，显示部并不限定于窗户，也可以是镜子等。此外，在移动体为车辆等的情况下，即使是从人观察使虚像朝向窗户的方向侧识别的方式，也存在显示部。

-符号说明-

1：室外用图像照射装置(HUD装置)

2：光源

3：图像形成部

A：图像光出射器件

4：偏振器

5：光衰减体

5a：第1光衰减体

5b：第2光衰减体

6：镜子

7：出射窗

8：扩光构件

9：入射侧偏振器

10：凹面镜

11：平台面

12：侧面

13：平台构造层。

Claims (12)

1.一种室外用图像照射装置，其特征在于，

具有图像光出射器件、图像光的偏振器和衰减太阳光的光衰减体，

所述光衰减体、所述偏振器、所述图像光出射器件依次位于所述太阳光的光路上，

所述光衰减体的200～400nm的波长区域中的透射率的平均值小于400～800nm的波长区域中的透射率的平均值，

所述光衰减体包括蓝宝石，所述蓝宝石在紫外光区域具有吸收带，

多个平台构造层位于所述蓝宝石的任一个面上，该平台构造层具有平台面及与所述平台面的边缘线抵接的侧面。

2.根据权利要求1所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述光衰减体与所述偏振器抵接。

3.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述室外用图像照射装置还具备放大所述图像光的扩光构件，

所述扩光构件、所述光衰减体、所述偏振器、所述图像光出射器件依次位于所述光路上。

4.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述光衰减体的800～2500nm的波长区域中的透射率的平均值小于400～800nm的波长区域中的透射率的平均值。

5.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述蓝宝石在205nm、210nm、230nm及260nm具有吸收带。

6.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述蓝宝石含有3ppm以上Fe、Co、Ni、Ti、Cr、Mo、W中的至少任一种。

7.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述光衰减体包括的蓝宝石由板状的蓝宝石基板构成，该蓝宝石基板的厚度为0.5mm以上5mm。

8.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述蓝宝石的c面与所述偏振器对置。

9.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述蓝宝石的a面、m面或者r面与所述偏振器对置。

10.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述光衰减体包括水晶基板或者石英玻璃基板。

11.根据权利要求10所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述水晶基板或者所述石英玻璃基板、所述蓝宝石基板、所述偏振器、所述图像光出射器件依次位于所述光路上。

12.根据权利要求1或2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，

所述室外用图像照射装置具有用于气冷所述光衰减体的送风体。

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