CN110337606B - 室外用图像照射装置及具备其的移动体 - Google Patents

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Abstract

一种室外用图像照射装置(1)及具备该室外用图像照射装置(1)的移动体，偏振器(4)、包含蓝宝石的波长板(4)依序位于来自出射图像光的图像光出射器件(2、3)的光路上。

Description

室外用图像照射装置及具备其的移动体
技术领域
本公开涉及车载用平视显示器装置等的室外用图像照射装置及具备其的移动体。
背景技术
提出一种向挡风玻璃等照射液晶面板等所显示的图像信息并使搭乘者视觉辨认所反射的图像信息的室外用图像照射装置。上述那样的室外用图像照射装置也被称为平视显示器装置(以下，也会简单记载为HUD装置)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-113197号公报
专利文献2：日本特开2012-103331号公报
发明内容
本公开的室外用图像照射装置具备出射图像光的图像光出射器件、偏振器和波长板，偏振器、波长板依序位于来自图像光出射器件的光路上，所述波长板包含蓝宝石。再者，本公开的移动体具备上述的室外用图像照射装置。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。
图2是第二实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。
图3是第三实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。
图4是第四实施方式所涉及的室外用图像照射装置的概略图。
图5是表示蓝宝石的晶体构造的图。
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是第一实施方式所涉及的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和包含蓝宝石的波长板5。图像光出射器件A具备光源2和图像形成部3。偏振器4对来自图像形成部3的图像光进行偏振。再有，在图1中，表示具有镜6和出射窗7的例子，在图中以单点划线的箭头来表示将来自光源2的出射光包括在内的图像光的出射光路L。
HUD装置一般以嵌入仪表盘的形态被搭载。太阳光入射至HUD装置，通过配置在光路上的镜或透镜而被聚光并到达波长板，在暴露于紫外线中、或波长板因被聚光的太阳光而变成高温的情况下，波长板的功能降低，有可能无法维持视觉辨认性。
第一实施方式所涉及的HUD装置1，图像光出射器件A、偏振器4、波长板5依序位于出射光路L中。被调整成：来自图像光出射器件A的光在偏振器4中被偏振，被偏振后的光的偏振方向通过波长板5而被调整成垂直方向的偏振成分增多，因此对于满足上述那样的结构的HUD装置1而言，偏振光太阳镜的视觉辨认性的降低较少。而且，在第一实施方式所涉及的HUD装置1中，波长板5包含针对紫外线不会恶化且耐热性优异的蓝宝石，因此太阳光引起的波长板5的功能降低少，所以能够长期内使用。
本公开的HUD装置1中的波长板5包含蓝宝石，相对于此，在波长板是树脂制的情况下，由于紫外线或热等，波长板有可能恶化，本公开的HUD装置1中的波长板5，即便同在热方面比树脂更强的水晶相比，热传导率也高、强度也高，因此能够抑制波长板5的温度上升。因此，温度上升引起的热膨胀或热应力所造成的偏振方向的偏离等的、波长板5的功能降低也难以产生，热应力所造成的波长板5的破损也难以产生。
所谓波长板5，是具有在正交的偏振成分之间使相位差产生的功能的双折射元件，也被称为相位板。本实施方式中的波长板5的功能在于，对从偏振器4出射的图像光改变偏振方向，以使得搭乘者佩戴偏振光太阳镜的情况下的视觉辨认性提高。通常，偏振光太阳镜被设计成：遮挡水平方向的偏振成分而使垂直方向的偏振成分透射，因此例如将包括水平方向的偏振成分较多的光变换为包括垂直方向的偏振成分较多的光。
而且，作为波长板5，也可以使用1/2波长板。1/2波长板是指产生相位差π(180°)的部件，为了改变直线偏振光的偏振方向而被使用。在作为波长板5而使用了1/2波长板时，由于能够将水平方向的偏振成分变为偏振光太阳镜的透射率高的垂直方向的偏振成分，故图像信息的视觉辨认性提高。需要说明的是，1/2波长板能够通过改变偏振方向与后述的高速轴所成的角而任意地改变偏振方向，因此不只是水平方向的偏振成分，例如也能将倾斜方向的偏振成分变为垂直方向的偏振成分。在透射了偏振器4的光的偏振成分处于水平方向与垂直方向之间的情况下，通过使基于波长板5的偏振方向的变换角度少于90°，从而能够将倾斜方向的偏振成分变为垂直方向的偏振成分，因此图像信息的视觉辨认性提高。
再者，作为波长板5，也可以使用1/4波长板。1/4波长板是指产生相位差π/2(90°)的部件，是为了将直线偏振光变换为圆偏振光或者椭圆偏振光而被使用。在作为波长板5而使用了1/4波长板时，能够提高使用了偏振光太阳镜的情况下的视觉辨认性，并且能够在抑制角度的依赖性的同时使垂直方向的偏振成分增加。因此，即便在图像信息与搭乘者的眼睛的相对角度发生了改变的情况下，也能够抑制视觉辨认性的变化。
任一波长板5都能配置成：透射波长板5后的图像光与透射波长板5前的图像光相比，垂直方向的偏振成分增加、或者偏振方向更加接近于垂直，由此即便佩戴偏振光太阳镜，也能够维持良好的视觉辨认性。
而且，被用作为波长板5的蓝宝石是指氧化铝的单晶体。蓝宝石如上述耐热性优异，而且热传导性及散热性优异，在可抑制温度上升的方面也是优异的。例如，水晶的热传导率为6.2～10.4W/m·K，相对于此，蓝宝石具有42W/m·K的优异的热传导率。
图5是表示蓝宝石的晶体构造的图。如图5(a)～(d)分别所示，作为典型的晶体面，蓝宝石具有c面、m面、a面、r面等的晶面。
作为波长板5而使用的蓝宝石是具有双折射性(折射率具有各向异性)的材料。在具有双折射性的材料中，将折射率小的轴记载为高速轴，将折射率大的轴记载为低速轴。例如，相对于波长589nm的光而言，蓝宝石的折射率的c轴向为1.768，与c轴垂直的方向为1.760，因此该情况下，c轴向为低速轴，与c轴垂直的方向为高速轴。
也可以包含蓝宝石的波长板5的主面是m面或者a面。在主面为m面的情况下，a轴为高速轴，c轴变成低速轴。还有，在主面为a面的情况下，m轴为高速轴，c轴变成低速轴。若采取上述那样的结构，则入射至波长板5的主面的图像光的光轴和光学轴(c轴)垂直。若采取上述那样的结构，则不会引起偏振方向的差异造成的前进方向的偏离，因此可抑制图像的渗色。
另外，蓝宝石在机械强度方面也具有各向异性。蓝宝石的抗折强度在a面的c轴向变成最大，因此在波长板5具有长轴(长边)方向与短轴(短边)方向，例如为矩形板状等形状的情况下，可以将波长板5的主面设为a面，将长轴向设为c轴向。
此外，若将主面设为m面，则面方向的抗折强度的各向异性较小，因此例如可以将圆板状的波长板5的主面设为m面。
波长板5根据该结构而被大体分类为真零点数量级(true zero order)，多元数量级(multi order)，复合零点数量级(compound zero order)这三种。
真零点数量级的波长板5具有波长偏移或温度变化、或者针对斜入射所得到的相位差偏离难以产生的优点，由于可以将板厚削薄，故HUD装置1的小型化成为可能。
为了使用将m面或者a面作为主面的蓝宝石来获得针对波长589nm的真零点数量级的1/4波长板5，由于需要将相位差设为147.25nm，故只要将板厚设为18.4μm即可。再有，同样为了获得针对波长589nm的真零点数量级的1/2波长板5，需要将相位差设为294.5nm，只要将板厚设为36.8μm即可。
多元数量级的波长板5能够根据期望使板厚变化，因此能够获得在实用上没有问题的强度的波长板。
使用将m面或者a面作为主面的蓝宝石，在针对波长589nm的多元数量级的1/4波长板5中，为了使1.25、2.25、3.25波长量的相位差产生，只要将板厚设为92.0μm、165.7μm、239.3μm即可。若将波长设为λ(m)，将低速轴与高速轴的折射率差设为ΔN，将n设为整数，则多元数量级的1/4波长板5的板厚d(m)为λ×(n+1/4)/ΔN。同样，在1/2波长板5中，为了使1.5、2.5、3.5波长量的相位差产生，只要将板厚设为110.4μm、184.1μm、257.7μm即可。若将波长设为λ(m)，将低速轴与高速轴的折射率差设为ΔN，将n设为整数，则多元数量级的1/2波长板5的板厚d(m)为λ×(n+1/2)/ΔN。
复合零点数量级的波长板5构成为配置成将以多元数量级制造出的两张蓝宝石的光轴相互正交。通过采取上述那样的结构，从而各个蓝宝石中产生的相位差偏移量相互抵消，针对所得到的相位差的波长依赖性或温度依赖性减少。再者，将m面或者a面作为主面的蓝宝石，虽然在抗折强度具有各向异性，但由于复合零点数量级的波长板5使用两张蓝宝石来制作，故能够设为抗折强度的各向异性小的波长板5。
需要说明的是，复合零点数量级的波长板5只要使组合的两张蓝宝石的厚度之差和真零点数量级、多元数量级的波长板5相同即可。
如果包含蓝宝石的波长板5的厚度为0.1mm以上，那么作为波长板5来说能够具有足够的机械强度与散热性。进而，如果厚度为0.5mm以下，那么相位偏离小，因此为宜。
接下来，在表示第二实施方式的图2中，表示与图1所示的构造相比较而在波长板5与镜6之间具备扩光构件8的例子。如图2所示那样，在波长板5与镜6之间具备扩光构件8时，通过扩光构件8能够将图像光扩大。还有，如果设为相同大小的图像，那么各构件较小就足够了，因此能够实现HUD装置1的小型化。
若针对太阳光进行观察，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中，波长板5包含蓝宝石，因此波长板5的功能降低较小。作为扩光构件8，例如能够使用凸透镜。
接下来，在表示第三实施方式的图3中，表示在图1中的镜6具备凹面镜10的例子。这样，在具备凹面镜10时，由于凹面镜10具有镜6与扩光构件8双方的功能，故能够减少构件件数。
另外，为了与搭乘者未佩戴偏振光太阳镜的情况对应，也可以具备用于使波长板5从光轴上向光轴外移动的移动机构(未图示)。移动机构可以将马达等设为驱动部。
在HUD装置1中，不只是波长板5，偏振器4也通过来自图像光出射器件A的出射光及外光而被加热。从偏振器4的冷却的观点来看，也可以使波长板5与偏振器4抵接。在满足上述那样的结构时，能够将偏振器4冷却。因为包含蓝宝石的波长板5也能将从外部侵入的太阳光的一部分遮挡，所以能够抑制外光造成的偏振器4的损伤。
如图1的例子那样，在偏振器4与波长板5抵接的情况下，两者间的热的传导通过固体间的热传导来进行，因此冷却偏振器4的效果提高。也可以在波长板5的表面直接形成偏振器4，或者也可以经由粘接层而将两者粘接。
此外，在图1中，表示波长板5与偏振器4为相同大小的例子，但也可以波长板5比偏振器4大。在满足上述那样的结构时，波长板5的表面积增加，因此散热性提高。
再有，也可以使波长板5接近偏振器4地配置。如果波长板5在可冷却偏振器4的范围内接近，则偏振器4与波长板5也可以分开，该情况下，两者间的热的传导经由处于两者之间的气体来进行。在将偏振器4与波长板5分离配置的情况下，两者的距离为0.1mm～50mm较佳。
HUD装置1也可以设计成波长板5通过气流而被冷却。基于气流的冷却，为了对波长板5进行空气冷却而只要使用风扇等的送风体即可。还有，也可以利用伴随着车辆等移动体的移动而产生的气流。再者，为了使冷却效果提高，也可以将冷却叶片连接于波长板5。冷却叶片只要形成于波长板5的被光照射的范围以外的部分的至少一部分即可。
如表示第四实施方式的图4那样，HUD装置1也可以具有图像形成部3、配置在波长板5与图像形成部3之间的偏振器4，还具有配置在光源2与图像形成部3之间的入射侧偏振器9。
还有，也可以波长板5的200～400nm的波长区域内的透射率的平均值小于400～800nm的波长区域内的透射率的平均值。在波长板5满足上述那样的结构时，能够使所谓的紫外光区域的光衰减，能够抑制伴随于偏振器4的退化的偏振器4的损伤。
另外，波长板5也可以在205～260nm的波长区域具有吸收波段。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成还原性气氛，将氧孔洞引起的缺陷导入蓝宝石，从而能够制造在紫外光区域具有吸收波段并使紫外光减少的蓝宝石。具有氧孔洞引起的缺陷的蓝宝石，具有被称为F中央、F中央+的缺陷。F中央在205nm具有吸收波段，F+中央在210nm、230nmm、260nm具有吸收波段。若将上述那样的在205nm～260nm的波长区域具有吸收波段的蓝宝石用作为波长板5，则能够使紫外光衰减，能够抑制伴随于偏振器4的退化的偏振器4的损伤。
以上，搭载了说明过的HUD装置1的移动体，即便是装配有偏振光太阳镜的搭乘者，也能够维持图像信息的视觉辨认性，即便在暴晒于太阳光的状况下也能抑制无法视觉辨认图像信息。所谓移动体，例如是指车辆，也包括船舶或飞行机等。需要说明的是，太阳光不只是太阳光本身，也包含穿透车辆的窗的太阳光等。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明未被限定于上述的实施方式，也可以在未脱离本发明的主旨的范围内进行各种改良及变更。例如，室外用图像照射装置也可以搭载于护目镜、安全帽等，也可以设置成向建筑物等投影图像信息。此外，显示部未被限定于窗，也可以是镜等。再者，也可以是在移动体为车辆等的情况下，在自人看起来在朝向窗的一侧或者跟前侧识别虚像的方式。
-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：波长板
6：镜
7：出射窗
8：扩光构件
9：入射侧偏振器
10：凹面镜。

Claims (11)

1.一种室外用图像照射装置，其特征在于，具备：
出射图像光的图像光出射器件、偏振器和波长板，
所述偏振器、所述波长板依序位于来自所述图像光出射器件的光路上，
所述波长板包含蓝宝石，
波长板具有长轴向以及短轴向，将波长板的主面设为a面，其长轴向是c轴向。
2.一种室外用图像照射装置，其特征在于，是圆形状，所述室外用图像照射装置具备：
出射图像光的图像光出射器件、偏振器和波长板，
所述偏振器、所述波长板依序位于来自所述图像光出射器件的光路上，
所述波长板包含蓝宝石，
将波长板的主面设定为m面。
3.根据权利要求2所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述波长板是配置有以m面为主面的两张所述蓝宝石的复合零点数量级的波长板。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述波长板为1/2波长板。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述波长板为1/4波长板。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述偏振器位于与所述波长板抵接的位置。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述波长板的厚度为0.1mm以上且0.5mm以下。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述波长板的200～400nm的波长区域内的透射率的平均值小于400～800nm的波长区域内的透射率的平均值。
9.根据权利要求1～3中任一项所述的室外用图像照射装置，其特征在于，
所述波长板在205～260nm的波长区域内具有吸收波段。
10.根据权利要求1～3中任一项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备移动机构，该移动机构使所述波长板在所述光路上的位置与所述光路外的位置之间移动。
11.一种移动体，其特征在于，具备：
权利要求1～10中任一项所述的室外用图像照射装置。
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