JP2014153578A

JP2014153578A - ヘッドアップディスプレイ

Info

Publication number: JP2014153578A
Application number: JP2013023928A
Authority: JP
Inventors: Takuro Hirokawa; 拓郎広川; Yuya Uto; 佑哉宇都
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2013-02-11
Filing date: 2013-02-11
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】発熱した部品を冷却する際に発せられる外部への作動音を低減することができるヘッドアップディスプレイを提供する。
【解決手段】空気を内部に取り入れるための吸気開口３５と、取り入れた空気を外部へ排出するための排気開口とが形成された筐体１０と、筐体１０に収容された複数の発熱部品１１，２８と、を備える。吸気開口３５は、筐体１０の裏面側に設けられ、排気開口３５は、筐体１０の表面側の吸気開口と対応する位置に設けられ、吸気開口から排気開口３５までの空気の通路となる通気部６０を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイに関する。

車両等に搭載されるヘッドアップディスプレイは、光源装置や光変調装置などの複数の発熱部品を有している。これら発熱部品による温度上昇を抑制するため、種々の工夫が施されている。

ヘッドアップディスプレイと同様、光源装置と光変調装置を用いた製品としてプロジェクタがある。発熱した部材を冷却することは、プロジェクタの機能を維持し続けるために重要である。特許文献１に開示されるプロジェクタは、ある一側面に設置される吸気用開口部及び排気用開口部と、外気を外装筐体内部に吸気する吸気口を有する吸気ダクトと、外装筐体内部の内気を外部に排気する排気口を有する排気ダクトと、吸気及び排気を行うための吸気ファン、排気ファンと、を備えている。なお、吸気口には、吸気する外気を清浄化するフィルタを備えている。このような吸気ファン、及び排気ファンによる強制空冷によって、光源装置や光変調装置などの発熱部材が冷却される。

特開２０１２−００８１７９号公報

特許文献１に開示されたプロジェクタは、発熱部材を冷却するために吸気、排気ファンを作動させる必要がある。しかしながら、これらのファンの作動音が利用者にとって不快な音として感じられる場合がある。特に、自動車等の車内に搭載するヘッドアップディスプレイから発せられる作動音は、快適なドライブの妨げとなる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、冷却装置を用いることなく発熱した部品を冷却することができるヘッドアップディスプレイを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るヘッドアップディスプレイは、空気を内部に取り入れるための吸気開口と、取り入れた前記空気を外部へ排出するための排気開口とが形成された筐体と、前記筐体に収容された複数の発熱部品と、を備え、前記吸気開口は、前記筐体の裏面側に設けられ、前記排気開口は、前記筐体の表面側の前記吸気開口と対応する位置に設けられ、前記吸気開口から前記排気開口までの前記空気の通路となる通気部を形成することを特徴とする。

前記発熱部品の近傍に、ヒータ部材を備えていてもよい。

前記発熱部品は、前記通気部内に突出したヒートシンクが取り付けられていてもよい。

本発明によれば、冷却装置を用いることなく発熱した部品を冷却することができるヘッドアップディスプレイを提供することができる。

本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイが車両に搭載された様子を示した概略図。本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの斜視図。本発明の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの一部（下側の一部）を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中の矢視ＩＩＩｂ−ＩＩＩｂで示した断面図。本発明の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの一部（上側の一部）を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）中の矢視ＩＶｂ−ＩＶｂで示した断面図。本発明の第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの断面図。本発明の第２の実施形態に係るヘッドアップディスプレイの内部を示した概略平面図。

以下、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイを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１は、図１に示すように、車両１００のダッシュボード１０２内に設けられる。ヘッドアップディスプレイ１は、表示画像をフロントガラス１０１で反射させることにより、運転者１１０に表示画像の虚像１２０を視認させるための装置である。なお、図中の虚像１２０は、理解を容易にするため、模式的に示したものである。

図２は、本発明の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１の外観を示している。図に示すように、ヘッドアップディスプレイ１は、下部筐体１０（第１筐体）及び上部筐体５０（第２筐体）を嵌合（合体）させることで、その外形が形成されている。上部筐体５０に形成された開口５１には、透明のカバーガラス５２が嵌められている。ヘッドアップディスプレイ１が表示する表示画像の光は、このカバーガラス５２を通して射出される。

次に、本発明の第１実施形態に係るヘッドアップディスプレイについて説明する。図３（ａ）に示すように、下部筐体１０にはヘッドアップディスプレイ１の種々の構成部品が収容されている。そこで、光の経路上にあるヘッドアップディスプレイ１の各構成部品の詳細について、光の経路順に説明する。

ヘッドアップディスプレイ１の光源装置として、金属回路基板１１上に、赤色ＬＥＤ１２、緑色ＬＥＤ１３、及び青色ＬＥＤ１４が取り付けられている。赤色ＬＥＤ１２、緑色ＬＥＤ１３、及び青色ＬＥＤ１４は、金属回路基板１１からの電力供給を受けて、それぞれ赤色、緑色、青色の光を射出する。金属回路基板１１は、軽量でありながら熱伝導性が高い材料、例えば、アルミニウム材から形成されている。赤色ＬＥＤ１２、緑色ＬＥＤ１３、及び青色ＬＥＤ１４から射出された各光は、それぞれＬＥＤに対向するように配されたコリメータレンズ１５、１６、１７に入射する。

コリメータレンズ１５、１６、１７は、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂からなる。各コリメータレンズ１５、１６、１７は、入射した光を平行化し、平行化した光を種々のミラーに射出する。

ダイクロイックミラー１８には、コリメータレンズ１５から平行化された赤色の光が入射する。ダイクロイックミラー１８は、赤色の光を反射し、緑色及び青色の光を透過する光学特性を有する。ダイクロイックミラー１８は、ガラス基板にこのような光学特性を有する薄膜がコーティングされて形成されている。

ダイクロイックミラー１９には、コリメータレンズ１６から平行化された緑色の光が入射する。ダイクロイックミラー１９は、緑色の光を反射し、青色の光を透過する光学特性を有する。ダイクロイックミラー１９は、ガラス基板にこのような光学特性を有する薄膜がコーティングされて形成されている。

平面鏡２０には、コリメータレンズ１７から平行化された青色の光が入射する。平面鏡２０は、青色の光を反射する光学特性を有する。平面鏡２０は、ガラス基板にこのような光学特性を有する薄膜がコーティングされて形成されている。このように、ダイクロイックミラー１８、１９、及び平面鏡２０に反射した各色の光は、同軸化されてコンデンサーレンズ２１に向けて射出される。

コンデンサーレンズ２１は、例えば、ポリカーボネート等の透明樹脂からなる。コンデンサーレンズ２１は、同軸化された各色の光を集光し、ライトトンネル２２へ射出する。

ライトトンネル２２は、４枚の平面鏡がその反射面を内側にして中空の柱を形成するように貼り合わされたものである。ライトトンネル２２を通過した各色の光は混色され、色ムラのない均一な光を得ることができる。そして、ライトトンネル２２は、均一にした光を第１リレーレンズ２３に射出する。

第１リレーレンズ２３は、例えばポリカーボネート等の透明樹脂からなる。第１リレーレンズ２３は、ライトトンネル２１から入射した光を、後述する光変調装置で適正な照射サイズとなるように結像させて、平面鏡２４に射出する。平面鏡２４は、ガラス基材に、例えばアルミニウム等の金属が蒸着されたものである。平面鏡２４は、下部筐体１０の内部スペースを小さくするために、光路を折り曲げ、入射した光を第２リレーレンズ２５に射出する。第２リレーレンズ２５は、例えばポリカーボネート等の透明樹脂からなる。第２リレーレンズ２５は、平面鏡２４から入射した光を、後述する光変調装置で適正な照射サイズとなるように結像させて、プリズム２６に射出する。

プリズム２６は、ガラス基材からなり、第２リレーレンズ２５から入射した光を後述する光変調装置へ射出する。また、プリズム２６は、光変調装置から射出された光を投射レンズ装置２７へ導く役割を果たす。

ヘッドアップディスプレイ１の光変調装置は、光変調素子であるＤＭＤ２８（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）と、ＤＭＤ２８の内部に設けられた内部ヒータ２９とから構成されている。ＤＭＤ２８は、プリズム２６から入射した赤色光、緑色光、及び青色光を、外部から入力される映像信号に従って変調する。なお、ＤＭＤ２８は、入射した光を１００％反射利用できるわけではない。そのため、ＤＭＤ２８は、発熱により、高温環境下において画素欠陥の不具合が発生し易いという問題がある。一方、内部ヒータ２９は、低温環境下におけるＤＭＤ２８の動作を保障するために備えられている。内部ヒータ２９は、低温環境下において、ＤＭＤ２８の温度を上昇させる。

投射レンズ装置２７は、１つ又は複数のレンズを有するレンズ群を複数備えている。投射レンズ装置２７は、フォーカス調整する機能を有し、後述するスクリーン３１に拡大投射するための光を平面鏡３０に射出する。

平面鏡３０は、ガラス基材に、例えばアルミニウム等の金属が蒸着されたものである。平面鏡３０は、下部筐体１０の内部スペースを小さくするため、光路を折り曲げ、入射した光をスクリーン３１に射出する。

スクリーン３１は、例えばポリカーボネート等の透明樹脂からなる。スクリーン３１の光射出面には、微細な凹凸が形成されており、平面鏡３０から入射した画像光を、投影するためのものである。

平面鏡３２は、ガラス基材に、例えばアルミニウム等の金属が蒸着されたものである。平面鏡３２は、下部筐体１０の内部スペースを小さくするため、光路を折り曲げ、入射した光を凹面鏡３３に射出する。

凹面鏡３３は、例えばポリカーボネート等の樹脂に、アルミニウム等の金属を蒸着させて反射面を形成したものである。このようにして形成された反射面は凹面となっており、平面鏡３２にて反射された画像光が拡大されて虚像が表示される。

以上の構成により、赤色ＬＥＤ１２、緑色ＬＥＤ１３、及び青色ＬＥＤ１４から射出された光は、上述した種々の部品を介することで、カバーガラス５２（図４（ａ））からフロントガラス１０１に射出される。これにより、運転者１１０に表示画像の虚像を視認させることができる。一方で、ヘッドアップディスプレイ１が駆動することで、内部に収容された種々の構成部品は発熱する。ヘッドアップディスプレイ１の機能を維持するために、これらの発熱部品をいかに効率よく冷却するかが重要である。そこで、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１において、発熱した部品を冷却するための構成について説明する。

図３（ａ）、（ｂ）、及び図４（ｂ）に示すように、下部筐体１０、及び上部筐体５０には、環状部６０を形成するための凸部である環状部形成壁３４、５３が形成されている。この下部筐体１０と上部筐体５０とを嵌合（合体）させることで、互いの環状部形成壁３４、５３が突き合わされ、空気の通路である環状部６０が画定される（図５）。なお、図５に示すように、環状部６０は、平面視してヘッドアップディスプレイ１内を貫通する筒状に形成される。

下部筐体１０は、例えば、黒色のポリカーボネートからなり、上述した各構成部品を固定、収容する。また、上部筐体５０も同様に、例えば黒色のポリカーボネートからなる。図４（ａ）に示すように、上部筐体５０の上面には、凹面鏡２１（図３（ａ））からの画像光を射出するための開口５１が設けられている。また、この開口５１には、ゴミの進入を防ぐためのプレート状のカバーガラス５２が嵌められている。カバーガラス５２は、例えば、透明のポリカーボネートからなる。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、下部筐体１０の図中下面であり、環状部６０の一端には、外部から空気を取り入れるための開口である吸気開口３５が形成されている。また、図３（ａ）に示すように、環状部６０の他端には、環状部６０内の空気を外部に排出するための孔である排気開口３６が形成されている。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、ＤＭＤ２８は、吸気開口３５近傍の環状部形成壁３４に取り付けられている。なお、ＤＭＤ２８が取り付けられた環状部形成壁３４には、ＤＭＤ２８の背面側を環状部６０に露出するための孔であるＤＭＤ露出孔３８が形成されている。また、図３（ａ）に示すように、金属回路基板１１の背面にＬＥＤ放熱用ヒートシンク４０が取り付けられている。このように、ＤＭＤ２８の取付位置に露出孔を形成することにより、ＤＭＤ２８で発熱した熱を、環状部６０に放散することが可能となる。特に、ＤＭＤ２８は、高温環境下において画素欠陥の不具合が発生し易い。そのため、ＤＭＤ２８は、低温な外気が取り込まれる吸気開口２６の近傍に設けることで、効率的に冷却できるように配慮されている。

また、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１においては、吸気開口３５、発熱体の露出孔３８、３９、及び排気開口３６が、ヘッドアップディスプレイの裏面側から表面側へ筒状とした環状部６０で繋がっている。そのため、高温状態に成り易い発熱体の熱は、筒状の環状部６０内を上昇し排気開口３６から排気され、吸気開口３５からは外気を取り込むことで、効率的に発熱体を冷却することが可能となる。

また、外気の取り入れ口である吸気開口３５の近傍には、高温時の動作が不安定となりやすいＤＭＤ２８を配置し環状部６０へ露出させている。そのため、安定したヘッドアップディスプレイ１の動作を確保する上で、最も冷却を優先したいＤＭＤ２８に、取り入れたばかりの外気が触れる。これにより、効率的に発熱部品を冷却することができ、ヘッドアップディスプレイ１自体の正常な動作を確保することが可能となる。

さらに、環状部６０は、環状部形成壁３４、５３が形成された下部筐体１０、及び上部筐体５０を嵌合することで形成することができる。このように、環状部６０を形成するために、別途新たな専用部品を必要しない。そのため、ヘッドアップディスプレイ１の製造コストを低減することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０１について、図６を参照して説明する。なお、上述した第１実施形態と異なる点は、ＤＭＤ２８の背面にＤＭＤ放熱用のヒートシンク４１が設けられて、環状部６０内に突出している点である。その他の構成については、上述の実施形態と同様であるため、図中の符号も基本的に同じものを使用している。

ＬＥＤ放熱用ヒートシンク４０及びＤＭＤ放熱用ヒートシンク４１は、例えばアルミニウムからなり、輻射率の向上を図るためその表面にはアルマイト処理が施されている。また、アルマイト処理は、輻射による放熱効果を高めるために黒色であることが好ましい。このように、アルマイト処理されたＬＥＤ放熱用ヒートシンク４０及びＤＭＤ放熱用ヒートシンク４１は、電熱を輻射放熱する。これにより、金属回路基板１１及びＤＭＤ２８をより効果的に冷却することが可能となる。

１、１０１ヘッドアップディスプレイ
１０下部筐体
１１金属回路基板
１２赤色ＬＥＤ
１３緑色ＬＥＤ
１４青色ＬＥＤ
１５、１６、１７コリメータレンズ
１８、１９ダイクロイックミラー
２０、２４、３０、３２平面鏡
２１コンデンサーレンズ
２２ライトトンネル
２３第１リレーレンズ
２５第２リレーレンズ
２６プリズム
２７投射レンズ
２８ＤＭＤ
２９内部ヒータ
３１スクリーン
３３凹面鏡
３４、５３環状部形成壁
３５吸気開口
３６排気開口
３８ＤＭＤ露出孔
３９金属回路基板露出
４０ＬＥＤ放熱用ヒートシンク
４１ＤＭＤ放熱用ヒートシンク
５０上部筐体
５１開口
５２カバーガラス
６０環状部（通気部）
１００車両
１０１フロントガラス
１０２ダッシュボード
１１０運転者
１２０虚像

Claims

空気を内部に取り入れるための吸気開口と、
取り入れた前記空気を外部へ排出するための排気開口とが形成された筐体と、
前記筐体に収容された複数の発熱部品と、を備え、
前記吸気開口は、前記筐体の裏面側に設けられ、
前記排気開口は、前記筐体の表面側の前記吸気開口と対応する位置に設けられ、
前記吸気開口から前記排気開口までの前記空気の通路となる通気部を形成することを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
前記発熱部品の近傍に、ヒータ部材を備えてい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。
前記発熱部品には、前通気部内に突出したヒートシンクが取り付けられていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ。