JP2015102750A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の位置精度を維持したまま放熱性を高める技術を提供する。【解決手段】画像表示装置において、筐体１１０は、第一の部分としての底部１１２と第二の部分としての側壁部１１４を有する。ヒートシンク２４３は、底部１１２に対して固定される。光源は、ヒートシンク２４３に接続され、画像表示光を生成するための光を発する。緩衝部材２５０は、側壁部１１４とヒートシンク２４３との間に設けられる。緩衝部材２５０は、熱伝導性を有する材料により構成される。ヒートシンク２４３は、緩衝部材２５０により側壁部１１４と熱的に結合される。【選択図】図４

Description

本発明は、画像表示装置に関する。

ヘッドアップディスプレイと呼ばれる車両用表示装置が知られている。ヘッドアップディスプレイは、車外から入る光を透過すると共に、車内に配置された光学ユニットから投射された画像を車両のウィンドシールドなどに反射させることにより、車外の風景に重畳して情報を表示する表示装置である。ヘッドアップディスプレイは、車外の景色を視認している運転者が視線や焦点をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報を認識することができるため、車両用の表示装置として近年注目を集めている。

表示装置の光源として、発光ダイオードなどの発光素子が用いられることがある。発光素子は、放熱のためにヒートシンク等が取り付けられる。ヒートシンクによる放熱性を高めるため、例えば、素子とヒートシンクの間に熱伝導部材を設ける構造が挙げられる（特許文献１参照）。

特開平１１−２３３９８７号公報

表示画像を投射する光学ユニットの性能は光学素子の配置関係に影響されることから、光源などの光学素子は、筐体などに精度良く位置決めされるように固定する必要がある。また、光源の放熱性を高めるためには、光源に接続されるヒートシンクを筐体などの熱容量の大きい部材に固定することが望ましい。しかしながら、位置決めの固定とは別に、放熱性のためにヒートシンクを筐体に固定してしまうと、筐体とヒートシンクとの間の固定手段によって、光学素子の位置精度が低下してしまうおそれがある。

本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、光学素子の位置精度を維持したまま放熱性を高める技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の画像表示装置は、第一の部分と第二の部分を有する筐体と、第一の部分に対して固定されるヒートシンクと、ヒートシンクに接続され、画像表示光を生成するための光を発する光源と、第二の部分とヒートシンクとの間に設けられる緩衝部材と、を備える。

本発明の画像表示装置によれば、光学素子の位置精度を維持したまま放熱性を高める技術を提供することができる。

実施の形態に係るヘッドアップディスプレイの設置態様を模式的に示す図である。 光学ユニットの内部構成を示す図である。 画像投射部の内部構成を模式的に示す図である。 ヒートシンクと側壁部の間に設けられる緩衝部材を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施の形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

実施の形態に係る画像表示装置として、車両のダッシュボード内に設置して使用されるヘッドアップディスプレイ１０を例に挙げて説明する。図１は、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０の設置態様を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１０は、光学ユニット１００と制御装置５０とを含む。図１は、車両の進行方向（図１における左方向）を基準として左側のダッシュボード内に光学ユニット１００を配置して使用する場合を示す図であり、以下の実施の形態は、左ハンドル車における運転者向けにヘッドアップディスプレイ１０が配置されている例を示している。なお、右ハンドル車用とするため、車両の進行方向を基準として光学ユニット１００の内部構成を左右反転させればよい。以下図１を参照して、ヘッドアップディスプレイ１０の概要を説明する。

制御装置５０は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、光学ユニット１００に表示させるための画像信号を生成する。制御装置５０はまた、図示しない外部入力インタフェースを備えており、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの外部装置から出力された画像信号が入力され、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、光学ユニット１００に出力することもできる。

光学ユニット１００は、制御装置５０が生成した画像信号をもとに、ウィンドシールド６１０に虚像４５０として表示させる画像表示光を生成する。このため光学ユニット１００は、筐体１１０の内部に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、および投射鏡４００を備える。

画像投射部２１０は制御装置５０が出力した画像信号をもとに画像表示光を生成して投射する。画像投射部２１０には、光源、画像表示素子、及び各種光学レンズなどの光学素子が収納される。本実施の形態では画像表示素子として反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）を用いる場合を例示するが、画像表示素子としてＤＭＤ（Digital Micromirror Device）を用いてもよい。その場合、適用する表示素子に応じた光学系及び駆動回路で構成するものとする。

画像投射部２１０が投射した画像表示光は中間鏡３５０で反射される。中間鏡３５０で反射された画像表示光は、中間像形成部３６０に結像される。中間像形成部３６０で結像した実像に係る画像表示光は、中間像形成部３６０を透過し、投射鏡４００に投射される。

中間像形成部３６０は、拡散スクリーン３６２と、凹レンズ３６４を有する。拡散スクリーン３６２は、中間像形成部３６０を透過する画像表示光に基づく実像を結像させるとともに、投射鏡４００へと向かう画像表示光の配光角を制御する。凹レンズ３６４は、投射鏡４００へと向かう画像表示光の主光線の方向を制御し、中間像形成部３６０を透過する前後の画像表示光がなす角度を調整する。

中間像形成部３６０を透過した画像表示光は、投射鏡４００により反射されウィンドシールド６１０に投射される。投射鏡４００は凹面鏡であり、中間像形成部３６０を透過した画像表示光は投射鏡４００によって拡大されてウィンドシールド６１０に投射される。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、ウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。運転者であるユーザＥは、ウィンドシールド６１０で反射された画像表示光を虚像４５０として、ウィンドシールド６１０よりも視線方向の前方に認識する。

以上の構成とすることで、ユーザは、制御装置５０から出力された画像信号に基づく虚像を、ウィンドシールド６１０を介して現実の風景に重畳して視認することができる。

次に、図２から図４を参照しながら、本実施の形態に係る光学ユニット１００について説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る光学ユニット１００の内部構成を示す図である。まず、図２を参照して、光学ユニット１００の内部構成を説明する。

上述したように、光学ユニット１００は、筐体１１０の内側に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、および投射鏡４００を備える。筐体１１０は、第一の部分としての底部１１２と、第二の部分としての側壁部１１４を有する。筐体１１０は、例えばアルミ製のダイキャストである。

画像投射部２１０、中間鏡３５０および中間像形成部３６０は、筐体１１０の底部１１２に固定される。画像投射部２１０、中間鏡３５０および中間像形成部３６０は、底部１１２に固定されることにより光学的な位置決めがなされる。これらの配置関係は、投射される画像表示光の視認性に影響を与えるため、底部１１２に精度良く固定される。

画像投射部２１０は、白色光を発生する光源を備える。光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザー光源を用いて実現できるが、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いる場合について説明する。光源は使用時に熱を発生するため、ヒートシンク２４３に接続される。ヒートシンク２４３は、画像投射部２１０に含まれる光源、画像表示素子、及び各種光学レンズなどが取り付けられる光学ベース２４５に固定される。

光学ベース２４５は、取付部２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃを有しており、取付部２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃにより底部１１２にねじ止め等により固定される。したがって、ヒートシンク２４３は、光学ベース２４５を介して底部１１２に固定され、取付部２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃにより位置決めがなされる。

光学ユニット１００は、緩衝部材２５０を備える。緩衝部材２５０は、ヒートシンク２４３と筐体１１０の側壁部１１４の間に設けられる。緩衝部材２５０は、変形容易な弾性材料であり、かつ、熱伝導性を有する材料により構成される。緩衝部材２５０として、例えばシリコンゲルなどのシート状部材や板状部材を用いればよい。緩衝部材２５０は、ヒートシンク２４３と側壁部１１４を熱的に結合する機能を有する。

次に、図３を参照してヘッドアップディスプレイ１０の光学系について説明する。図３は、画像投射部２１０の内部構成を画像表示光の光路とともに模式的に示す図である。

画像投射部２１０は、照明部２３０、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、偏光ビームスプリッタ２３８、位相差板２３９、画像表示素子２４０、検光子２４１、投射レンズ２４２、ヒートシンク２４３、鏡筒２４４、及び光学ベース２４５を備える。また、照明部２３０は、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ−ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５を備える。

光源２３１は白色の光を発する発光ダイオードからなり、ヒートシンク２４３に取り付けられる。ヒートシンク２４３は、光源２３１の発光に伴い発生する熱を放熱する。光源２３１の放熱性を高めるため、ヒートシンク２４３と光源２３１の間には熱結合部材が設けられる。この熱結合部材として、例えば、熱伝導率の高い放熱グリスなどを用いればよい。

光源２３１が発した光は、コリメートレンズ２３２によって平行光に変えられる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３は、コリメートレンズ２３２を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子２３４は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３を通過した光を乱れのないＰ偏光へと変える。そしてフライアイレンズ２３５が、偏光子２３４を通過した光の明るさを均一に整える。

反射鏡２３６は、照明部２３０のフライアイレンズ２３５を透過した光の光路を９０度変更する。反射鏡２３６で反射された光は、フィールドレンズ２３７によって集光される。フィールドレンズ２３７が集光した光は、Ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ２３８及び位相差板２３９を介して、画像表示素子２４０に照射される。

画像表示素子２４０は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子２４０に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子２４０の備える液晶組成物によって変調が施され、Ｓ偏光の画像表示光となって偏光ビームスプリッタ２３８に向けて出射される。出射されたＳ偏光の光は偏光ビームスプリッタ２３８で反射され、光路を変えて検光子２４１を通過した後に投射レンズ２４２へ入射される。投射レンズ２４２を透過した画像表示光は、画像投射部２１０を出て中間鏡３５０に入射する。

鏡筒２４４は、投射レンズ２４２を固定する部材であり、略円筒形状の部材である。光学ベース２４５は、画像投射部２１０を構成する光学素子を固定する部材である。光学ベース２４５は、照明部２３０を構成する光学素子や、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、偏光ビームスプリッタ２３８、位相差板２３９、画像表示素子２４０、検光子２４１を固定しこれらの光学素子の位置を決める。また、光学ベース２４５は、鏡筒２４４を固定し、鏡筒２４４をすることにより投射レンズ２４２の位置を決める。また、光源２３１が接続されるヒートシンク２４３を固定することにより、光源２３１の位置を決める。

つづいて、実施の形態に係る緩衝部材２５０について説明する。図４は、ヒートシンク２４３と側壁部１１４の間に設けられる緩衝部材２５０を示す断面図である。

筐体１１０の底部１１２には、取付孔１１２ａ、１１２ｂが設けられており、光学ベース２４５の取付部２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃに挿通されるねじ２４６が締結される。このとき、光学ベース２４５は、底部１１２に対して固定される取付部２４５ａ、２４５ｂ、２４５ｃにより筐体１１０に固定され、底部１１２を基準として筐体１１０に精度良く固定されることなる。これにより、画像投射部２１０は、底部１１２に対して固定され、光学的な位置が決められる。

ヒートシンク２４３は、光学ベース２４５に固定されており、光学ベース２４５から側壁部１１４に向けて突出する。側壁部１１４の内面１１４ａには、緩衝部材２５０の配置を規制する溝１１４ｂが設けられる。溝１１４ｂは、ヒートシンク２４３が配置される位置に対応して設けられる。緩衝部材２５０は、溝１１４ｂに嵌め込まれることにより、ヒートシンク２４３と側壁部１１４との間に配置される。これにより、緩衝部材２５０は、側壁部１１４の内面１１４ａに沿った方向に移動しないように規制される。

緩衝部材２５０は、溝１１４ｂに対向するヒートシンク２４３と接するように設けられる。なお、緩衝部材２５０は、ヒートシンク２４３とは固定されておらず、ヒートシンク２４３が緩衝部材２５０を側壁部１１４に向けて押圧する力によって、ヒートシンク２４３と側壁部１１４の間に挟み込まれている。このため、緩衝部材２５０は、緩衝部材２５０が持つ弾性力によってヒートシンク２４３を支持することとなる。その一方で、緩衝部材２５０が持つ弾性力はそれほど強いものではなく、ヒートシンク２４３が底部１１２に対して固定される位置精度に影響を与えない程度の弱い力でヒートシンク２４３を支持する。

以下、本実施の形態のヘッドアップディスプレイ１０が奏する効果を説明する。

本実施の形態においては、ヒートシンク２４３が緩衝部材２５０により側壁部１１４と熱的に結合される。このため、ヒートシンク２４３と側壁部１１４の間に隙間が設けられる場合と比べて、ヒートシンク２４３の放熱性を高めることができる。筐体１１０は、アルミ製のダイキャストであり熱容量が大きいとともに放熱性に優れるため、筐体１１０をヒートシンクの一部分として活用することで、放熱効果が高められるためである。

また、本実施の形態においては、ヒートシンク２４３が側壁部１１４に直接固定されて熱結合されるのではなく、側壁部１１４との間に挟み込まれる緩衝部材２５０によって熱結合される。これにより、ヒートシンク２４３の位置を底部１１２に対して精度良く決めることができ、ヒートシンク２４３に接続される光源２３１の位置精度を高めることができる。また、ヒートシンク２４３は、画像投射部２１０の位置を決める光学ベース２４５に固定されているため、光学ベース２４５の位置精度を高めるとともに、光学ベース２４５に固定される光学素子の位置精度を高めることもできる。

仮に、放熱性を高めるためにヒートシンク２４３を側壁部１１４にねじ止め等により固定する場合、ヒートシンク２４３と側壁部１１４との間の固定によって、底部１１２に対するヒートシンク２４３の位置に影響が生じるおそれがある。ヒートシンク２４３の位置精度を底部１１２との固定により決めようとする場合、底部１１２以外の側壁部１１４とヒートシンク２４３を固定してしまうと、その固定態様により位置がずれてしまうおそれがある。具体的には、側壁部１１４との固定によりヒートシンク２４３が側壁部１１４の方向（左右方向）へずれたり、側壁部１１４に沿った方向（上下方向）にずれたりするおそれがある。そうすると、ヒートシンク２４３に接続される光源２３１の位置や、ヒートシンク２４３が固定される光学ベース２４５に固定された光学素子の位置もずれてしまい、投射される画像の視認性に影響を与えるおそれがある。

一方、本実施の形態では、ヒートシンク２４３と側壁部１１４の間は固定されず、変形容易な弾性材料である緩衝部材２５０が挟み込まれるだけであるため、ヒートシンク２４３の位置精度の低下を抑えることができる。これにより、光学素子の位置精度を維持して投射画像の視認性を維持しつつ、光源２３１の放熱性を高めることができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ１０の信頼性を高めることができる。

また、本実施の形態では、ヒートシンク２４３が緩衝部材２５０と接触するため、振動の影響を緩衝部材２５０に吸収させることができる。ヘッドアップディスプレイ１０は、車両などに搭載されるため、車両の走行状態等に応じて振動するおそれがある。画像投射部２１０は、複数の光学素子が搭載された精密機器であるため、過度な振動が加わった場合には、画像投射部２１０の内部に設けられる光学素子の位置がずれて投射画像の視認性に影響が生じるおそれがある。一方、本実施の形態では、緩衝部材２５０が画像投射部２１０に接触しているため、画像投射部２１０の振動を抑えることができる。これにより、ヘッドアップディスプレイ１０の信頼性を高めることができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、筐体の第一の部分を底部とし、第二の部分を側壁部として説明した。変形例においては、ヒートシンクが固定される第一の部分と、ヒートシンクとの間に緩衝部材が設けられる第二の部分とが、筐体において異なる部分または面となるような構成であれば、どのような配置としてもよい。例えば、第一の部分を筐体の側壁部とし、第二の部分を筐体の底部としてもよい。また、筐体を構成する部材のうち、ある領域を第一の部分とし、第一の部分とは別のいずれかの領域を第二の部分としてもよい。

上述の実施の形態では、ヒートシンク２４３が光学ベース２４５を介して底部１１２に固定される場合について示したが、変形例においては、ヒートシンク２４３が底部１１２に直接固定されることとしてもよい。この場合においても、光源２３１はヒートシンク２４３に接続されることから、緩衝部材２５０を設けることにより、光源２３１の位置ずれを防止しつつ放熱性を高めることができる。

上述の実施の形態では、ヒートシンク２４３と光学ベース２４５とが別部材として形成される場合について示したが、変形例においては、ヒートシンク２４３と光学ベース２４５が一体化された一つの部材を放熱部材であるヒートシンクとして用いてもよい。また、ヒートシンク２４３および光学ベース２４５を構成する部材が複数の部材に分割されたものを放熱部材として用いてもよい。この場合、ヒートシンク２４３および光学ベース２４５を構成する部材が底部１１２に対して位置決めされるように底部１１２に固定される一方で、側壁部１１４に固定されない構成が変形例として含まれうる。このとき、ヒートシンク２４３および光学ベース２４５を構成する部材は、側壁部１１４との間に挟み込まれる緩衝部材２５０により、側壁部１１４と熱的に結合される。このような変形例においても、画像投射部２１０の位置精度を維持したまま、光源２３１の放熱性を高めることができる。

１０…ヘッドアップディスプレイ、１００…光学ユニット、１１０…筐体、１１２…底部、１１２ａ，１１２ｂ…取付孔、１１４…側壁部、溝…１１４ｂ、２１０…画像投射部、２３１…光源、２４３…ヒートシンク、２４５…光学ベース、２４５ａ，２４５ｂ，２４５ｃ…取付部、２５０…緩衝部材。

Claims (5)

1. 第一の部分と第二の部分を有する筐体と、
   前記第一の部分に対して固定されるヒートシンクと、
   前記ヒートシンクに接続され、画像表示光を生成するための光を発する光源と、
   前記第二の部分と前記ヒートシンクとの間に設けられる緩衝部材と、
   を備えることを特徴とする画像表示装置。
2. 前記緩衝部材は、熱伝導性を有する材料により構成され、
   前記ヒートシンクは、前記緩衝部材により前記第二の部分と熱的に結合されることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
3. 前記緩衝部材は、変形容易な弾性材料により構成され、前記ヒートシンクにより前記第二の部分へ向けて押圧される力に対する反力により、前記ヒートシンクを支持することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
4. 前記第二の部分は、前記ヒートシンクに対向する位置に設けられる溝を有し、
   前記緩衝部材は、前記溝に嵌め込まれるように設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の画像表示装置。
5. 前記第一の部分に取り付けられ、前記光源の位置を決める光学ベースをさらに備え、
   前記ヒートシンクは、前記光学ベースを介して前記第一の部分に固定されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の画像表示装置。

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