JP2015157575A - ヘッドアップディスプレイ装置、ヘッドアップディスプレイ装置の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を抑えつつ、効率的に加熱箇所を冷却することが可能なヘッドアップディスプレイ装置、及びこのヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムを提供する
【解決手段】放熱部材のフィン３０ａを空調装置３００の風で冷却するＨＵＤ装置の冷却システムであり、第一通風路４００は、空調装置３００が送風する風を車両の室内に送り、ダンパ５００は、第一通風路４００から分岐した第二通風路４２０を通過する風量を調整し、ダンパモータは、ダンパ５００を揺動し、制御ユニットは、ダンパモータを制御し、放熱部材のフィン３０ａを、第二通風路４２０内に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置と、このヘッドアップディスプレイ装置を冷却する冷却システムに関するものである。

ヘッドアップディスプレイ装置（以下、ＨＵＤ装置と記載）は、光源と表示素子（液晶表示パネル等）とからなる表示器と、凹面鏡等の反射ミラーと、これら表示器と反射ミラーなどを収納するハウジングとから主に構成されている。表示器からの表示光は凹面鏡等の反射ミラーで反射され、開口部に設置された透光性カバーを通してウインドシールド等の反射手段に入射する。そして、この入射光がウインドシールド等の透過反射面により反射されることにより、映像情報がウインドシールド等の前方に形成される虚像として提示される。

ＨＵＤ装置においては、昼間でも虚像が視認できるように、ウインドシールドに投影する表示光の光強度を強くする必要があり、そのため、光源の消費電力が大きくなり、駆動電流による発熱により、光源自体が高温になってしまうという問題があった。

特許文献１に開示されたＨＵＤ装置は、金属製材料からなるヒートシンクの一端に光源を熱的に接続し、光源から発熱した熱をヒートシンクにより吸収し、吸収した熱をＨＵＤ装置のハウジングから露出したヒートシンクの他端から放出することで、光源の過熱を防止している。また、特許文献１には、このヒートシンクのハウジングから露出した他端に形成されたフィンを、空冷ファンの送風により冷却することで、ヒートシンクの放熱をより迅速に行うものが記載されている。

特開２００９−２８８４８４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたファンの送風によりヒートシンクの放熱性を高めるＨＵＤ装置の冷却システムは、温度調整されていない温かい空気などがヒートシンクに送風されることになり、ヒートシンクの冷却効率に問題があった。さらに、冷却時に空冷ファンを回転させ続けるため、消費電力を高めてしまうおそれもあった。

本発明は、この問題に鑑みなされたものであり、消費電力を抑えつつ、効率的に加熱箇所を冷却することが可能なヘッドアップディスプレイ装置、及びこのヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムを提供する。

本発明におけるヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムは、車両に搭載された空調装置３００と、表示器２０の熱を放熱する放熱部材３０を有し、車両の乗員に対して画像を表示するＨＵＤ装置１とを備え、放熱部材３０を空調装置３００の風で冷却するＨＵＤ装置１の冷却システムであり、空調装置３００が送風する風を車両の室内に送る第一通風路４００と、第一通風路４００から分岐した第二通風路４２０と、第二通風路４２０を通過する風量を調整するダンパ５００と、ダンパ５００を揺動させるダンパモータ５１０と、ダンパモータ５１０を制御する制御ユニット２００と、を備え、放熱部材３０を、第二通風路４２０内に配置するものである。

また、本発明におけるヘッドアップディスプレイ装置は、上記ヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムに用いられるヘッドアップディスプレイ装置である。

消費電力を抑えつつ、効率的に加熱箇所を冷却することが可能なヘッドアップディスプレイ装置、及びこのヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムを提供することができる。

本発明の実施形態を示す概略断面図である。 同上実施形態の冷却システムの仕組みを説明するための断面図であり、（ａ）は、ダンパの閉状態を示し、（ｂ）は、ダンパの開状態を示す図である。 同上実施形態の第二通風路に配置する放熱部材を示す断面図である。 同上実施形態を示すブロック図である。 放熱部材の変形例を示す断面図である。

ＨＵＤ装置１は、例えば自動車に搭載されるものであり、図１等に示すように、筐体１０と、表示器２０と、放熱部材３０と、平面鏡４０と、凹面鏡５０と、アクチュエータ６０と、ＨＵＤ制御回路１００と、を備える。

ＨＵＤ装置１は、表示器２０が表示した表示画像Ｍを表す表示光Ｌを、平面鏡４０と凹面鏡５０とで反射し、ＨＵＤ装置１が搭載される車両のフロントガラス２に照射し表示を行う。ＨＵＤ装置１がこのように表示する内容は、各種車両情報、ナビゲーション情報等である。

筐体１０は、例えば合成樹脂から黒色に形成される上ケース１１と、下ケース１２とから構成され、これら上ケース１１と下ケース１２を係合することで、平面鏡４０、凹面鏡５０、アクチュエータ６０、及び、ＨＵＤ制御回路１００を内部に収納し、外部に表示器２０が取り付けられる。

上ケース１１は、フロントガラス２に対向する部分に、後述する表示光Ｌをフロントガラス２に通過させる開口部１１ａを有し、この開口部１１ａは、透光性カバー１１ｂに覆われている。また、上ケース１１は、開口部１１ａの平面鏡４０に近接する箇所に遮光壁１１ｃを有し、開口部１１ａ（透光性カバー１１ｂ）から入射する外光が平面鏡４０側または表示器２０側へ進行することを防止する。

下ケース１２は、筐体１０の内部に収納する平面鏡４０、凹面鏡５０、アクチュエータ６０、ＨＵＤ制御回路１００、及び、外部に取り付ける表示器２０を係合する係合部（図示しない）をそれぞれ有し、表示器２０、平面鏡４０、凹面鏡５０、アクチュエータ６０、及び、ＨＵＤ制御回路１００等をそれぞれ位置決め固定する。また、下ケース１２は、表示器２０が表示する表示画像Ｍが平面鏡４０側に臨むように開口した表示口１２ａと、ＨＵＤ制御回路１００から表示器２０へ接続される図示しない配線部材をそれぞれ挿通する配線穴（図示しない）と、を有する。また、下ケース１２は、図示しないが、車両側から画像情報などの各種信号と電力とを後述するＨＵＤ制御回路１００に供給する配線や、後述する車両側の制御ユニット２００に表示器２０の温度情報を送信する配線が挿通する配線穴も有する。

表示器２０は、所定の情報（各種車両情報、ナビゲーション情報等）を報知するための表示画像Ｍを表す表示光Ｌを出射するものであり、例えば、液晶パネル（図示しない）とバックライト用光源（図示しない）から構成される透過型液晶ディスプレイから構成される。前記バックライト光源は、後述する放熱部材３０に発生した熱を伝達可能に接続される。表示器２０と放熱部材３０とは、それぞれ下ケース１２の係合部に取り付けられる。なお、表示器２０は、ＨＵＤ制御回路１００からの配線部材が接続され、前記バックライト用光源は、配線部材からの電気信号及び電力供給に応じて所望の光を出射し、液晶パネルは、配線部材からの電気信号及び電力供給に応じて所望の表示画像Ｍを表示面に表示する。

また、表示器２０は、前記バックライト光源の温度を直接的または間接的に検出可能な位置に表示器温度センサ２１を設け、表示器温度センサ２１が検出した表示器２０の温度情報を後述するＨＵＤ制御回路１００に送信する。後述するＨＵＤ制御回路１００は、この表示器温度センサ２１から入力した温度情報に基づき、後述する「冷却処理」または「表示制限処理」を実行する。これらの処理については、後に詳述する。

平面鏡４０は、表示器２０が出射した表示光Ｌを、凹面鏡５０に向けて反射させるものである。

凹面鏡５０は、例えば合成樹脂材料からなる基材の表面に、蒸着等の手段により反射膜を形成したものであり、平面鏡４０で反射した表示光Ｌをさらに反射させ、フロントガラス２に向けて出射する。凹面鏡５０で反射した表示光Ｌは、筐体１０の開口部１１ａに設けられた透光性カバー１１ｂを透過して、フロントガラス２に向かう。フロントガラス２に到達し、反射された表示光Ｌは、フロントガラス２の前方位置に表示画像Ｍの虚像（観察者Ｅに視認される表示像）Ｖを形成する。これにより、ＨＵＤ装置１は、虚像Ｖとフロントガラス２の前方に実際に存在する外景等の双方を、観察者Ｅ（主に車両の運転者）に視認させることができる。

アクチュエータ６０は、モータ（図示しない）と、モータの動力を凹面鏡５０に伝達する歯車などの動力伝達部材（図示しない）と、これらモータと動力伝達部材及び凹面鏡５０を支持する支持基体（図示しない）と、を備え、凹面鏡５０を回転軸線ＡＸ周りに回転させるものである。モータは、凹面鏡５０を回転軸線ＡＸ周りに回転させるための動力を発生させるものであり、例えばステッピングモータからなる。モータは、後述するＨＵＤ制御回路１００からの配線部材が接続され、配線部材からの電気信号及び電力供給に応じてモータを回動させ、動力伝達部材が凹面鏡５０に動力を伝達して、凹面鏡５０を回転軸線ＡＸ周りに回転させる。

以上が、本実施形態におけるＨＵＤ装置１の構成である。これより、図２，３を用いて、ＨＵＤ装置１の冷却システムについて説明する。図２は、ＨＵＤ装置１の放熱部材３０を後述する空調装置３００の空気により冷却する様子を説明するための断面図であり、図２（ａ）は、放熱部材３０を冷却していない場合の様子を示し、図２（ｂ）は、放熱部材３０を冷却している場合の様子を示している。図３は、後述する第二通風路４２０の断面図である。

本実施形態の冷却システムは、図２に示すように、車両に搭載された空調装置３００により温度調整された空気を車内の吹き出し口に送る第一ダクト４００ａにより形成された第一通風路４００から分岐した第二ダクト４２０ａにより形成される第二通風路４２０を設ける。第二通風路４２０は、第一通風路４００から空気を流入する流入口４２１と、流入口４２１から流入した空気を第一通風路４００に戻す流出口４２２と、を有し、これら流入口４２１と流出口４２２との間の第二通風路４２０に、ＨＵＤ装置１のフィン３０ａを配置する。なお、このフィン３０ａは、図３（ａ）に示すように、第二通風路４２０内の風の進行方向に概ね平行に延びるように配置される。

流入口４２１には、後述する制御ユニット２００の制御に基づき、第一通風路４００から第二通風路４２０へ分岐させる風量を調整することが可能なダンパ５００を設ける。ダンパ５００は、ダンパモータ５１０を有し、制御ユニット２００の制御に基づき、ダンパモータ５１０がダンパ５００を揺動する。ダンパ５００は、図２（ａ）に示す閉状態になることにより、第一通風路４００から第二通風路４２０へ流入する風を遮断する。この場合、空調装置３００から送り出された風は全て第二通風路４２０を通ることなく、吹き出し口へ向かう。そして、ダンパ５００は、図２（ｂ）に示す開状態になることにより、第一通風路４００から第二通風路４２０へ風を流入する。この場合、空調装置３００から送り出される風の一部が第二通風路４２０を通ることで、ＨＵＤ装置１のフィン３０ａを冷却することができ、そして、第一通風路４００をそのまま通過した風と流出口４２２から流出したフィン３０ａを通過した風とが合わさって吹き出し口へ向かう。

以上が、本実施形態の冷却システムの構成であり、これより、図４を用いて、この冷却システムの制御について説明する。図４は、本実施形態の冷却システムの電気的な構成を示すブロック図である。

本実施形態の冷却システムは、空調装置３００と、ＨＵＤ装置１のフィン３０ａを冷却するための風量を調整するダンパ５００（ダンパモータ５１０）を制御する制御ユニット２００を備える。制御ユニット２００は、ＨＵＤ装置１のＨＵＤ制御回路１００を介し、表示器温度センサ２１から表示器２０の温度情報を入力し、この入力した温度情報に基づいてダンパモータ５１０を制御する。また、制御ユニット２００は、図示しない操作部を乗員が制御することで、空調装置３００を制御することができる。具体的に例えば、空調装置３００は、風量を調整するブロアモータ（図示しない）と、風の温度を調整するＡＣコンプレッサ（図示しない）を有し、前記操作部を乗員が操作することで、風量または風の温度を調整する。

制御ユニット２００は、表示器温度センサ２１からの温度情報が、予め定められた第一閾温度より高い場合、ダンパ５００を開状態にし、第二通風路４２０への送風を開始することでＨＵＤ装置１のフィン３０ａを冷却する（冷却処理）。具体的に例えば、制御ユニット２００は、表示器２０の温度が５０℃（第一閾温度）以上になった場合、ダンパ５００を制御し、表示器２０（フィン３０ａ）の冷却を開始する。なお、制御ユニット２００は、表示器２０の温度が高ければ高いほど、第二通風路４２０への風量を多くするようにダンパ５００を制御してもよい。
また、制御ユニット２００は、表示器温度センサ２１からの温度情報が、予め定められた第二閾温度より低い場合、ダンパ５００を閉状態にし、第二通風路４２０への風を遮断することでＨＵＤ装置１のフィン３０ａの冷却を行わない。

また、制御ユニット２００は、冷却処理を行った後も表示器温度センサ２１から入力される温度情報を監視し、表示器２０の温度が所定時間後でも低下傾向にない場合、ダンパ５００を制御して、第二通風路４２０への風量を増加させる。第二通風路４２０への風量が最大であった場合、制御ユニット２００は、空調装置３００の前記ブロアモータを制御して空調装置３００からの風量を増加させる、または／および、空調装置３００の前記ＡＣコンプレッサを制御して空調装置３００からの風の温度を低下させる。斯かる構成により、表示器２０を確実に冷却することができる。

また、本実施形態の冷却システムは、第一通風路４００内の風の温度を検出可能な通風路温度センサ６００を設け、制御ユニット２００は、通風路温度センサ６００からの温度情報を入力する。制御ユニット２００は、表示器２０の温度が前記第一閾温度より高く、かつ通風路温度センサ６００からの温度情報が予め定められた第一規定温度（例えば７０℃）より高い場合、上記冷却処理は行わず、ＨＵＤ制御回路１００を介して、表示器２０の光源の出力を低下させる（表示制限処理）。なお、通風路温度センサ６００からの温度情報が予め定められた第二規定温度より低い場合、制御ユニット２００は、ダンパ５００を制御してフィン３０ａ（表示器２０）を冷却する冷却処理を実行し、表示器温度センサ２１からの温度情報が予め定められた所定の温度より低くなった場合、表示器２０の光源の出力を通常に戻して表示制限処理を終了する。

また、通風路温度センサ６００からの温度情報が低すぎる場合、フィン３０ａを介して表示器２０の光源が冷えすぎて結露が生じることが考えられる。このような場合、制御ユニット２００は、通風路温度センサ６００からの温度が予め定められた第三規定温度より低い場合、ダンパ５００を閉状態にする、または僅かに開いた状態にすることで表示器２０の光源の急激な温度低下を抑制することができる。

以上に説明したように、本実施形態におけるＨＵＤ装置１の冷却システムは、車両に搭載された空調装置３００と、表示器２０の熱を放熱する放熱部材３０を有し、車両の乗員対して画像を表示するＨＵＤ装置１とを備え、放熱部材３０を空調装置３００の風で冷却するＨＵＤ装置１の冷却システムであり、空調装置３００が送風する風を車両の室内に送る第一通風路４００と、第一通風路４００から分岐した第二通風路４２０と、第二通風路４２０を通過する風量を調整するダンパ５００と、ダンパ５００を揺動させるダンパモータ５１０と、ダンパモータ５１０を制御する制御ユニット２００と、を備え、放熱部材３０を、第二通風路４２０内に配置するものであり、斯かる構成により、ダンパ５００を制御するだけで、空調装置３００からの温度調整された空気により、ＨＵＤ装置１の放熱部材３０を冷却することができ、消費電力を抑えつつ、効率よく放熱部材３０を冷却することができる。

また、本実施形態におけるＨＵＤ装置１の冷却システムは、ＨＵＤ装置１の発熱箇所である表示器２０の光源の温度を検出する表示器温度センサ２１をさらに備え、制御ユニット２００は表示器温度センサ２１からの温度情報に基づき、ダンパモータ５１０を制御して第二通風路４２０を通過する風量を調整するものであり、斯かる構成により、表示器２０の温度に従い、表示器２０冷却が必要なときのみ第一通風路４００から風を第二通風路４２０へ流入させることができるため、空調装置３００の空調としての機能を阻害することを抑制しつつ、確実に放熱部材３０を冷却することができる。

なお、本発明は上記実施形態及び図面によって限定されるものではない。これらに変更（構成要素の削除も含む）を加えることができるのはもちろんである。

また、第二通風路４２０内に配置する放熱部材３０は、適宜変更可能であり、例えば、図５に示すように、第二通風路４２０を形成する第二ダクト４２０ａの代わりに放熱部材３０の一部により放熱ダクト３０ｂを形成し、この放熱ダクト３０ｂを第二ダクト４２０ａの途中に介在させてもよい。斯かる構成により、放熱部材３０を空調装置３００からの風により、効率よく冷却することができる。

以上の説明では、ダンパ５００が、第二通風路４２０の流入口４２１に配置されていたが、これに限られず、例えば、流出口４２２に配置してもよい。この場合、流出口４２２にてダンパ５００を閉状態にすると、第二通風路４２０の風の流れが留まり、結果的に放熱部材３０の冷却を停止または緩やかにすることができる。

また、以上の説明では、放熱部材３０は、表示器２０の光源の熱を放熱するものであったが、これに限られず、表示器２０の透過型液晶ディスプレイの熱を放熱するものであってもよい。また、上記実施形態では、表示器２０として、透過型液晶ディスプレイを用いたが、ＨＵＤ装置１に用いられる表示器２０としては、自発光型の有機ＥＬパネルや、光束をミラーで走査することで画像を生成する走査型の表示器であってもよく、また、ＬＣＯＳ（登録商標：Liquid crystal on silicon）、ＤＭＤ（登録商標：Digital Micromirror Device）等の反射型の表示器を適用してもよく、放熱部材３０は、これら様々な表示器２０の発熱箇所を冷却するように構成されてもよい。

１ ＨＵＤ装置（ヘッドアップディスプレイ装置）
２ フロントガラス
１０ 筐体
１１ 上ケース
１１ａ 開口部
１１ｂ 透光性カバー
１１ｃ 遮光壁
１２ 下ケース
１２ａ 表示口
２０ 表示器
２１ 表示器温度センサ（第一温度センサ）
３０ 放熱部材
３０ａ フィン
４０ 平面鏡
５０ 凹面鏡
６０ アクチュエータ
１００ ＨＵＤ制御回路
２００ 制御ユニット（制御部）
３００ 空調装置
４００ 第一通風路
４００ａ 第一ダクト
４１０ 吹き出し口
４２０ 第二通風路
４２０ａ 第二ダクト
４２１ 流入口
４２２ 流出口
５００ ダンパ
５１０ ダンパモータ
６００ 通風路温度センサ（第二温度センサ）

Claims (6)

1. 車両に搭載された空調装置と、発熱箇所の熱を放熱する放熱部材を有し、前記車両の乗員に対して画像を表示するヘッドアップディスプレイ装置と、を備え、前記放熱部材を前記空調装置の風で冷却するヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムにおいて、
   前記空調装置が送風する風を前記車両の室内に送る第一通風路と、
   前記第一通風路から分岐した第二通風路と、
   前記第二通風路を通過する風量を調整するダンパと、
   前記ダンパを揺動させるダンパモータと、
   前記ダンパモータを制御する制御部と、を備え、
   前記放熱部材は、前記第二通風路内に配置される、
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置の冷却システム。
2. 前記ヘッドアップディスプレイ装置の前記発熱箇所の温度を検出する第一温度センサをさらに備え、
   前記制御部は前記第一温度センサからの温度情報に基づき、前記ダンパモータを制御して前記第二通風路を通過する風量を調整する、
   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装置の冷却システム。
3. 前記放熱部材は、前記第二通風路を流れる風の方向と略平行に延在するフィンを有する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置の冷却システム。
4. 前記放熱部材は、前記第二通風路の一部の内壁を形成してなる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置の冷却システム。
5. 前記ダンパモータは、前記第二通風路を通過する風量を段階的調整可能に、前記ダンパを揺動する、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置の冷却システム。
6. 請求項１乃至４のいずれかのヘッドアップディスプレイ装置の冷却システムに用いられるヘッドアップディスプレイ装置。

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