JP2020118762A - 虚像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光等の外光の入射による筐体内の温度上昇を抑制可能とする虚像表示装置を提供する。【解決手段】筐体１１０と、筐体内に設けられて、表示情報を表す表示光を出射する表示器１２０と、筐体内に設けられて、表示器から出射される表示光を反射させる反射部１３０、１４０と、を備え、反射部で反射された表示光が、筐体に設けられた開口部１１１から出射されて、表示情報の虚像２０を投影部材１０の前方に表示させる虚像表示装置において、開口部には、開口部を塞ぐ閉塞部材１５０が設けられており、閉塞部材は、透光性を有する透光性部材１５１の表面に、太陽光の赤外線を反射させる反射層１５２が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、表示器からの画像を反射装置で反射させて、例えばフロントウインドシールドに照射することでユーザへの虚像表示を行う虚像表示装置に関するものである。

従来の虚像表示装置として、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１の虚像表示装置（ヘッドアップディスプレイ装置）では、表示器（液晶パネル）から出射される表示光（表示画像の光）を反射させる平面鏡、および凹面鏡が、筐体（ハウジング）内に設けられており、表示光は、ウインドシールドに投影されるようになっている。

平面鏡は、表示光を反射させ、赤外線を透過させるコールドミラーとなっている。よって、太陽光が、表示光とは逆方向に筐体内に入射する際に、太陽光は、平面鏡を透過して、表示器に至ることが抑制されるので、表示器の性能（寿命等）への影響が抑制されるようになっている。

また、特許文献２では、液晶表示素子の表示光の出射側と第１反射器との間にホットミラーが設けられている。ホットミラーは、表示光を効率よく第１反射器に透過させると共に、ハウジングに設けられた透光性カバーを通じてハウジング内に照射された太陽光のうち、赤外線を反射するになっている。

特開２０１３−２２８４４２号公報 特開２０１４−２３８４７７合公報

しかしながら、上記の特許文献１、２では、コールドミラー、あるいはホットミラーによって、太陽光が直接的に表示器に至らないようにしているが、太陽光は、筐体内に入り込むので、太陽光の輻射熱によって筐体内の温度が上昇し、表示器の性能低下の要因となる。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、太陽光等の外光の入射による筐体内の温度上昇を抑制可能とする虚像表示装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。

本発明では、筐体（１１０）と、
筐体内に設けられて、表示情報を表す表示光を出射する表示器（１２０）と、
筐体内に設けられて、表示器から出射される表示光を反射させる反射部（１３０、１４０）と、を備え、
反射部で反射された表示光が、筐体に設けられた開口部（１１１）から出射されて、表示情報の虚像（２０）を投影部材（１０）の前方に表示させる虚像表示装置において、
開口部には、開口部を塞ぐ閉塞部材（１５０）が設けられており、
閉塞部材は、透光性を有する透光性部材（１５１）の表面に、太陽光の赤外線を反射させる反射層（１５２）が設けられたことを特徴としている。

この発明によれば、太陽光の赤外線は、閉塞部材の反射層（１５２）によって反射され、筐体（１１０）の内部に入射することが抑制されるので、輻射熱による筐体（１１０）内の温度上昇が抑えられる。よって、筐体（１１０）内部の表示器（１２０）の性能低下を抑制することができる。

尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

ヘッドアップディスプレイ装置（虚像表示装置）の全体構成を示す構成図である。 防塵シートの構造を示す断面図である。 防塵シートの透過率を示すグラフである。 太陽光による表示器の温度を示す確認結果（熱解析によるシュミレーション結果）である。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

（第１実施形態）
第１実施形態における虚像表示装置１００を図１〜図４に基づいて説明する。図１、図２に示すように、虚像表示装置１００は、例えば自動車等の車両に搭載されたものであり、表示器１２０から出射される表示情報を表す表示光（図１中の破線矢印）を、車両に設けられたウインドシールド１０の投射位置１０ａに入射させる。そして、虚像表示装置１００は、運転者（視認者）と投射位置１０ａとを結ぶ線の車両前方延長線上（ウインドシールド１０の前方）に、表示情報の表示像を結像させて、表示像を虚像２０として運転者に視認させるものとなっている。

この虚像表示装置１００によって、運転者は、表示像と、車両の前景とを重畳して視認することができるようになっている。以下、このような虚像表示装置１００を、ヘッドアップディスプレイ（Ｈｅａｄ−Ｕｐ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置１００と呼び、以下「ＨＵＤ装置１００」と表記する。

尚、ウインドシールド１０は、本発明の投影部材に対応するものである。ウインドシールド１０は、車両のフロント側のシールドであり、例えば２枚のガラスとその中間に設けられる中間膜とから形成された合わせガラスが使用されている。ウインドシールド１０は、車両上方から見た場合の左右方向、および車両側方から見た場合のウインドシールド１０のラインに沿う方向にわずかな曲率を有しており、凹面鏡と同一の効果により、表示像を拡大して、より遠方に表示できるようになっている。

ＨＵＤ装置１００は、筐体１１０、表示器１２０、平面鏡１３０、凹面鏡１４０、および防塵シート１５０等を備えている。

筐体１１０は、表示器１２０、平面鏡１３０、および凹面鏡１４０等を内部に収容するケース部材であり、例えば、直方体を成している。筐体１１０の上側（ウインドシールド１０側）には、表示器１２０からの表示光が出射（通過）できるように、開口部１１１が形成されている。筐体１１０は、車両のインストルメントパネル内に配置されている。尚、インストルメントパネルの上面にも表示光が通過するためのインパネ開口部が形成されている。

表示器１２０は、バックライト１２１からの光によって透過照明されて、表示情報を表す表示光を出射するものであり、図示しない制御部の駆動回路によって駆動制御されるようになっている。表示器１２０は、例えば、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ＝ＴＦＴ）が用いられたＴＦＴ液晶パネル、デュアルスキャンタイプのディスプレイ（Ｄｕａｌ Ｓｃａｎ Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ＝Ｄ−ＳＴＮ）、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）セグメント液晶等が使用される。

バックライト１２１は、通電されることで表示器１２０に対して光を出射する発光素子であり、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ＝ＬＥＤ）が使用されている。バックライト１２１は、制御部によって、発光状態が制御されて、表示器１２０に対する光軸に沿うように光を出射するようになっている。

そして、表示器１２０は、バックライト１２１から出射される光によって、表示情報を表わす表示光を、バックライト１２１とは反対側となる平面鏡１３０に向けて出射するようになっている。表示器１２０の表示光を出射する面は、例えば、水平方向を向いており、また表示光の光軸が車両の上下方向を向くように（出射方向が車両の上方側を向くように）配置されている。

表示器１２０によって形成される表示情報は、例えば、車両用ナビゲーションシステムにおける地図情報、地図上における自車の現在位置情報、あるいは目的地への案内情報等とすることができる。あるいは、表示情報としては、車両走行時における車両情報としての、車速、エンジン回転数、エンジン冷却水温、およびバッテリ電圧等の情報としても良い。

表示器１２０は、上記のような複数種類の表示情報を１つずつ、あるいは、複数組み合わせて、表示器１２０の表面に形成することができるようになっている。運転者は表示切替えスイッチにより、表示情報をいずれにするか、選択できるようになっている。

平面鏡１３０は、反射面が平面を成す鏡であり、平面鏡１３０の反射面は、表示器１２０および凹面鏡１４０に向き合うように配置されている。平面鏡１３０は、表示器１２０からの表示光を、凹面鏡１４０に反射させるようになっている。平面鏡１３０は、本発明における反射部に対応する。

凹面鏡１４０は、平面鏡１３０からの反射像を拡大する鏡であり、凹面鏡１４０の反射面は、平面鏡１３０およびウインドシールド１０の投射位置１０ａに向き合うように配置されている。凹面鏡１４０は、表示器１２０から照射されて、平面鏡１３０で反射された表示光を、筐体１１０の開口部１１１（該開口部１１１に取り付けられた防塵シート１５０）を通して、ウインドシールド１０の投射位置１０ａに反射させるようになっている。凹面鏡１４０は、本発明における反射部に対応する。

尚、凹面鏡１４０は、軸部１４１によって支持されて回動可能となっており、図１に示す凹面鏡１４０の傾斜方向が運転者、あるいは制御部によって調整されるようになっている。凹面鏡１４０の傾斜方向が調整されることで、体格の異なる運転者に対して、個々に、投射位置１０ａをずらして、好適な位置で表示像が視認できるようになっている。

防塵シート１５０は、筐体１１０の開口部１１１を閉塞して、開口部１１１からの塵、埃等の侵入を防止する閉塞部材となっている。防塵シート１５０の基材１５１は、板状を成しており、凹面鏡１４０からの表示光、および太陽光（可視光）を透過させる透光性を有している。基材１５１は、本発明における透光性部材に対応しており、例えば、透明な樹脂材（ポリカーボネートもしくはアクリル等）から形成されている。尚、基材１５１の材質としては、上記の樹脂材に代えて、ガラス材としてもよい。

防塵シート１５０（基材１５１）の表面、ここでは、筐体１１０の内側となる面（図２中の基材１５１の下側面）には、太陽光の紫外線、および赤外線を反射させると共に、表示光および可視光を透過させる反射層１５２が設けられている（図２）。反射層１５２は、高導電材１５２ａと、誘電体材１５２ｂとが積層されて形成されている。高導電材１５２ａは、基材１５１の表面に設けられている。また、誘電体材１５２ｂは、高導電材１５２ａの表面を覆うように設けられて、高導電材１５２ａの保護膜となるように形成されている。

高導電材１５２ａは、金属材であり、例えば、銀（Ａｇ）を用いることができる。厚さは１〜１０ｎｍ程度である。

誘電体材１５２ｂは、高屈折材１５２ｂ１と、低屈折材１５２ｂ２とが交互に積層されて形成されている。高屈折材１５２ｂ１としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ_２）が使用され、また、低屈折材１５２ｂ２としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）が使用されている。高屈折材１５２ｂ１と低屈折材１５２ｂ２との積層数は３〜５層程度である。

上記のように形成された反射層１５２においては、図３に示すように、高導電材１５２ａの膜厚を適宜調整することで（水準Ａ〜Ｆ）、太陽光の紫外線、および赤外線を反射させる（透過させない）と共に、可視光を透過させることができるようになっている。可視光の透過率は、７０〜８０％程度が得られている。

高導電材１５２ａ、および誘電体材１５２ｂは、例えば、Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ法によって形成されている。Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ法は、装置の中に金属材料（例えばＡｇ）を入れ、高真空状態にした上で、アルゴンイオンを金属表面にぶつけ、その勢いで金属が原子レベルに破壊され、真空中に飛散し、その雰囲気にさらされた被加工物（基材１５１）の表面に薄膜を成形する方法である。被加工物は、ロール状のものが順送りされて、効率的に表面に薄膜が形成されるようになっている。Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ法は、真空で邪魔するものが無く、飛散スピードとエネルギーの高さから、強い密着性と良質な膜が成形される。

Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌｌ法の特徴として、ナノレベルでのコーティングが可能で、屈曲、伸縮に追従可能であり、意匠として多色表現も可能である。また、高温高湿耐性があり、膜厚の均一性が確保でき、更に、機能膜（合金、メタル、セラミック等）の多層成膜が可能である点が挙げられる。

ＨＵＤ装置１００は、上記のように構成されており、以下、ＨＵＤ装置１００の作動、および作用効果について説明する。

イグニッションスイッチがオフされると、制御部によって、凹面鏡１４０の回動位置が予め設定されたリセットポジションに変更される。リセットポジションは、イグニッションスイッチがオフされて、運転者が運転をしていないときの凹面鏡１４０の回動位置であり、太陽光が凹面鏡１４０に反射して、車両内部の様子がウインドシールド１０に写らないようにするために設定されるものとなっている。

車両のイグニッションスイッチがオンされると、制御部によって、凹面鏡１４０の回動位置がリセットポジションから、先回の運転時に運転者によって設定されていたドライバー設定位置に戻される。そして、制御部は、表示切替えスイッチによる運転者の指示に基づいて表示すべき表示情報を決定すると共に、駆動回路を介して表示器１２０に表示情報を形成させる。

すると、図１に示すように（破線矢印）、表示器１２０は、バックライト１２１から出射される光によって、表示情報を表示光として平面鏡１３０に出射させる。平面鏡１３０に出射された表示光は、平面鏡１３０、凹面鏡１４０でそれぞれ反射して、開口部１１１（防塵シート１５０）を通して、ウインドシールド１０の投射位置１０ａに反射される。投射位置１０ａに反射された表示光（表示情報）は、運転者と投射位置１０ａとを結ぶ線の車両前方延長線上（ウインドシールド１０の前方）に表示像（虚像２０）として表示（結像）されて、運転者に視認される。

尚、運転者によって表示像の位置変更の位置調整が行われると、凹面鏡１４０が回動されて、新たなドライバー位置に調整される。

ここで、本実施形態では、筐体１１０の開口部１１１を閉塞する防塵シート１５０は、透光性を有する基材１５１の表面に、太陽光の赤外線を反射させる反射層１５２が設けられている。

これにより、太陽光の赤外線は、防塵シート１５０の反射層１５２によって反射され、筐体１１０の内部に入射することが抑制されるので、輻射熱による筐体１１０内の温度上昇が抑えられる。よって、筐体１１０内部の表示器１２０の性能低下を抑制することができる。

図４は、熱解析によってシュミレーションした、太陽光による表示器１２０の表面温度を示している。解析条件として、太陽光エネルギーを１２ｗ（紫外線０．３６ｗ、可視光６．４８ｗ、赤外線５．１６ｗ）とした。

コールドミラーを使用した特許文献１に相当する比較品１では、表示器１２０の表面温度は、１１２．８℃であった。また、表示器１２０と平面鏡１３０との間にホットミラーを追加した特許文献２相当する比較品２（ホットミラーの可視光透過率８０％）では、表示器１２０の表面温度は、１１１．１℃であった。

これに対して、防塵シート１５０に反射層１５２を設けた本発明１（防塵シート１５０の可視光透過率７０％）では、表示器１２０の表面温度は、１０３．１℃となり、比較品１、２に対して、約８〜１０℃の温度低減を得た。

本発明１に対して、平面鏡１３０をコールドミラーとした本発明２（防塵シート１５０の可視光透過率７０％）では、表示器１２０の表面温度は、８５．７℃となり、本発明１に対して、更に約１７℃の温度低減を得た。

また、本実施形態では、反射層１５２は、高導電材１５２ａと、誘電体材１５２ｂとが積層されて形成されている。高導電材１５２ａは、金属材であり、例えば、銀（Ａｇ）が使用されている。また、誘電体材１５２ｂは、高屈折材１５２ｂ１と、低屈折材１５２ｂ２とが交互に積層されて形成されている。

これにより、反射層１５２を、高屈折材１５２ｂ１と低屈折材１５２ｂ２との積層体のみで形成する場合（通常、１０層以上）に比べて、高導電材１５２ａによって紫外線および赤外線に対する効果的な反射特性が得られると共に、可視光に対する良好な透過率が得られる。そして、反射層１５２全体の厚みを、より薄く成形することが可能となる。

また、反射層１５２は、基材１５１において、筐体１１０の内側となる面に設けられるようにしているので、人（運転者）の手等による外乱を受けにくくすることができる。

（その他の実施形態）
上記第１実施形態では、防塵シート１５０の反射層１５２は、高導電材１５２ａと、誘電体材１５２ｂとが積層されて形成されるようにしたが、誘電体材１５２ｂから形成されるものとしてもよい。また、反射層１５２は、基材１５１において、筐体１１０の外側となる面に設けられるようにしてもよい。

また、上記第１実施形態では、反射部として、平面鏡１３０と、凹面鏡１４０とを有するものとしたが、例えば、凹面鏡１４０のみを用いたものとしてもよい。

また、上記第１実施形態では、表示器１２０から出射される表示光の投影部材として、車両のウインドシールド１０としたが、これに限らず、ＨＵＤ装置１００に専用に設けられるコンバイナ等としてもよい。

また、上記第１実施形態では、表示器１２０は、ＴＦＴ液晶パネル、デュアルスキャンタイプのディスプレイ、ＴＮセグメント液晶等が使用されるものとして説明したが、これに限定されることなく、エレクトロルミネセンス等の自発光式の表示器１２０としても良い。更に、レーザをスキャンするレーザプロジェクターとしても良い。

１０ ウインドシールド（投影部材）
２０ 虚像（表示像）
１００ ヘッドアップディスプレイ装置（虚像表示装置）
１１０ 筐体
１１１ 開口部
１２０ 表示器
１３０ 平面鏡（反射部）
１４０ 凹面鏡（反射部）
１５０ 防塵シート（閉塞部材）
１５１ 基材（透光性部材）
１５２ 反射層
１５２ａ 高導電材
１５２ｂ 誘電体材
１５２ｂ１ 高屈折材
１５２ｂ２ 低屈折材

Claims (4)

1. 筐体（１１０）と、
   前記筐体内に設けられて、表示情報を表す表示光を出射する表示器（１２０）と、
   前記筐体内に設けられて、前記表示器から出射される前記表示光を反射させる反射部（１３０、１４０）と、を備え、
   前記反射部で反射された前記表示光が、前記筐体に設けられた開口部（１１１）から出射されて、前記表示情報の虚像（２０）を投影部材（１０）の前方に表示させる虚像表示装置において、
   前記開口部には、前記開口部を塞ぐ閉塞部材（１５０）が設けられており、
   前記閉塞部材は、透光性を有する透光性部材（１５１）の表面に、太陽光の赤外線を反射させる反射層（１５２）が設けられた虚像表示装置。
2. 前記反射層は、高導電材（１５２ａ）と、誘電体材（１５２ｂ）とが積層されて形成された請求項１に記載の虚像表示装置。
3. 前記誘電体材は、高屈折材（１５２ｂ１）と、低屈折材（１５２ｂ２）とが積層されて形成された請求項２に記載の虚像表示装置。
4. 前記反射層は、前記透光性部材の前記筐体の内側となる面に設けられた請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の虚像表示装置。

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