JP5910394B2

JP5910394B2 - 画像表示装置

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Publication number: JP5910394B2
Application number: JP2012167314A
Authority: JP
Inventors: 達弥向山; 西間　亮; 亮西間; 元史任田
Original assignee: JVCKenwood Corp
Current assignee: JVCKenwood Corp
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: JP2014026161A

Description

本発明は、画像表示装置に関し、特に画像表示光に基づく画像を虚像としてユーザに提示することに利用する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画像表示装置が知られており、航空機や自動車において実用化されつつある。例えば自動車に搭載される車両用の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表示光を反射するコンバイナと呼ばれる光学素子を用いて、車外の風景に重畳して、情報を表示する画像表示装置である。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、近年注目を集めている。

特開平１０−２７８６２９号公報

車両用等のヘッドアップディスプレイでは、画像表示光の形成にＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）と呼ばれる反射型液晶デバイスを用いる方式のものも存在する。このような方式では、光源の光を偏光させてから反射型液晶デバイスに入射させる。

反射型液晶デバイスは画像表示光を生成するので、塵や埃等を起因とするノイズの発生を抑制する観点から見ると、光を偏光させる偏光素子と反射型液晶デバイスとの間は密閉することが望ましい。一方、反射型液晶デバイスは電子回路であるため、動作中は通電によって発熱する。このため、反射型液晶デバイスが発する熱を効率よく放熱することが求められている。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、ヘッドアップディスプレイにおいて光学部品の防塵と放熱とを両立するための技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のある態様は画像表示装置である。この装置は、光源と、前記光源からの光および表示する画像の画像信号をもとに画像表示光を生成する画像表示光生成部と、前記画像表示光の実像が結像する中間像スクリーンと、前記中間像スクリーンに結像した画像表示光が投射されるコンバイナとを備える。前記画像表示光生成部は、直線偏光と円偏光とを相互に変換する１／４波長板と、前記１／４波長板を透過した円偏光の照射領域を規定する第１の開口部を備え、その第１の開口部の一方の面側の全体を覆うように前記１／４波長板が取り付けられる金属製のアパーチャマスクと、表示する画像の画像信号に基づいて、前記アパーチャマスクを通過した円偏光を反射して画像表示光を生成する画像表示素子を備えるプリント基板と、光路となる第２の開口部を備え、前記１／４波長板を備える前記アパーチャマスクが前記第２の開口部の第１の面側全体を覆うように取り付けられ、前記プリント基板が前記画像表示素子を前記第２の開口部内に位置させて前記第２の開口部の第２の面側全体を覆うように取り付けられる取付ベースとを含む。前記プリント基板は、基板表面の領域の前記取付ベースと接触する領域内に、金属層が設けられている。

本発明によれば、ヘッドアップディスプレイにおいて光学部品の防塵と放熱とを両立するための技術を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る車両用画像表示装置であるヘッドアップディスプレイについて車両内部からの視野により示す斜視図である。図１のヘッドアップディスプレイについてのウィンドシールド側からの視野により示す斜視図である。光学ユニットの内部構成を光の経路と共に示す図である。光学ユニットの内部構成を光の経路と共に示す図である。光学ユニットの内部の一部及び基板収納部の内部の一部について示す図である。実施の形態に係る画像表示光生成部の分解斜視図である。図７（ａ）は、画像表示素子を取り付けたプリント基板を光源からの光の入射方向から見た場合の上面図である。図７（ｂ）は、画像表示素子を取り付けたプリント基板の側面図である。実施の形態に係る画像表示光生成部を、画像表示光の出射方向に向かって見た場合の斜視図である。実施の形態に係る画像表示光生成部を、光源からの光の入射方向から見た場合の斜視図である。実施の形態に係る画像表示光生成部における、取り付け位置の調整を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施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。以下で説明する実施の形態に係る画像表示装置は車両で用いられる車両用表示制御装置を前提とするが、実施の形態に係る画像表示装置は車両用に限られず、航空機やゲーム機、娯楽施設等においても利用することができる。

［本実施形態に係る車両用画像表示装置の外観構成］
本実施形態に係る車両用画像表示装置として、車両が備えるルームミラー（バックミラー）に取り付けられて使用されるヘッドアップディスプレイを例に挙げ、図１及び図２を参照して、その外観構成について説明する。図１は、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０を、このヘッドアップディスプレイ１０が取り付けられたルームミラー６００から車両の図示しないウィンドシールドの方に向かう視野により観察した態様を示す斜視図である。また図２は、同じく図示しないウィンドシールドからルームミラー６００の方に向かう視野により、ヘッドアップディスプレイ１０を観察した態様を示す斜視図である。以後の説明において、前後、左右及び上下で示される方向は、それぞれ車両の前方、後方、車両の左側方向、右側方向、車両が配置された路面に垂直で当該面から車両側の方向及びその反対方向を意味する。

ヘッドアップディスプレイ１０は、コンバイナ４００に虚像として表示される画像に係る画像信号を生成し、その生成された画像信号を光学ユニット２００に出力する回路基板１１１（図５に図示する）が収納された基板収納部１００を備える。回路基板１１１は、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２００に出力することもできる。この基板収納部１００が、ヘッドアップディスプレイ１０の構成要素の一つである取付部材（図示せず）と連結され、取付部材がルームミラー６００を保持することで、ヘッドアップディスプレイ１０がルームミラー６００に取り付けられる。

ヘッドアップディスプレイ１０は、回路基板１１１から出力された画像信号が入力される光学ユニット２００を備える。光学ユニット２００は、光学ユニット本体２１０、及び投射部３００を備える。光学ユニット本体２１０には、後述する光源２３１、画像表示素子２４０、及び各種光学レンズなどが収納される。投射部３００には、後述する各種投射ミラー及び中間像スクリーン３６０が収納される。回路基板１１１が出力した画像信号は、光学ユニット本体２１０の上記各デバイス、及び投射部３００の上記各デバイスを介して、投射口３０１から凹面形状を有するコンバイナ４００に画像表示光として投射される。なお、本実施形態では画像表示素子２４０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２４０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。

運転者であるユーザは投射された画像表示光をコンバイナ４００を介して虚像として認識する。図１では、投射部３００が「Ａ」の文字の画像表示光をコンバイナ４００に投射している。ユーザはコンバイナ４００を見ることで、「Ａ」の文字が、ユーザから例えば１．７ｍ〜２．０ｍ前方（車両前方）に表示されているかのように認識する、すなわち虚像４５０を認識することができる。ここで、投射部３００からコンバイナ４００に投射される画像表示光の中心軸を投射軸３２０と定義する。

詳細は後述するが、光学ユニット２００は基板収納部１００に対して回動可能な構成となっている。さらに、本実施形態に係るヘッドアップディスプレイ１０では、投射部３００及びコンバイナ４００は光学ユニット本体２１０の所定の面に対して取付け向きが変更可能、また脱着可能な構成となっている。

［本実施形態に係る車両用画像表示装置の内部構成］
次にヘッドアップディスプレイ１０の内部構成について説明する。図３及び図４は、上述したヘッドアップディスプレイ１０の光学ユニット２００の内部構成について説明するための図である。図３は光学ユニット本体２１０の内部構成、及び投射部３００の内部構成の一部を画像表示光に係る光路とともに示す図である。図４は投射部３００の内部構成、及び光学ユニット本体２１０の内部構成の一部を、コンバイナ４００まで投射される画像表示光に係る光路とともに示す図である。

まず図３を参照して光学ユニット本体２１０の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。光学ユニット本体２１０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、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、ワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ２３８、画像表示光生成部２４４、検光子２４１、投射レンズ群２４２、及びヒートシンク２４３を備える。

光源２３１は白色、又は青色、緑色、及び赤色の三色の光を発する発光ダイオードからなる。光源２３１には発光に伴い発生する熱を放冷するためのヒートシンク２４３が取り付けられている。光源２３１が発光した光は、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直線偏光へと変える。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。なお、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３を通過した直線偏光は、ワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ２３８への入射角との関係においてＰ偏光となる。

反射鏡２３６は、フライアイレンズ２３５の各セルを通過した光の光路を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偏光を透過するワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ２３８を介して、画像表示光生成部２４４に照射される。

画像表示光生成部２４４は、ワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ２３８を介して照射された光と、回路基板１１１が出力した画像信号とをもとに画像表示光を生成し画像表示光として出射する。画像表示光生成部２４４が出射する画像表示光はワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ２３８へ再入射するが、入射角との関係においてＳ偏光となる。出射されたＳ偏光の光はワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ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群２４２へ入射される。

投射レンズ群２４２を透過した画像表示光は、光学ユニット本体２１０を出て投射部３００に入る。そして投射部３００が備える第１投射ミラー３５１が、入ってきた画像表示光の光路を変更する。

次に図４を参照して投射部３００の内部構成及び画像表示光に係る光路について説明する。投射部３００は、第１投射ミラー３５１、第２投射ミラー３５２、及び中間像スクリーン３６０を備える。

上述の通り、光学ユニット本体２１０の備えるワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ２３８、検光子２４１、及び投射レンズ群２４２を通過した画像表示光の光路は、第１投射ミラー３５１及び第２投射ミラー３５２によって、コンバイナ４００へと向かう光路に変更される。その間で、第２投射ミラー３５２で反射された画像表示光に基づく実像が中間像スクリーン３６０で結像する。中間像スクリーン３６０で結像した実像に係る画像表示光は、中間像スクリーン３６０を透過し、コンバイナ４００に投射される。ユーザは上述の通り、コンバイナ４００を介して、この投射された画像表示光に係る虚像を前方に認識することになる。

次に図５を参照して光学ユニット２００及び基板収納部１００の内部構成について述べる。

図５は、光学ユニット２００の内部の一部及び基板収納部１００の内部の一部について示す図である。この図５では、光学ユニット２００と基板収納部１００の連接箇所の付近が主に示されている。光学ユニット２００の備える光学系配置部２４５は、上述したヒートシンク２４３を除く各種デバイスが収納されている。そして、光学ユニット２００内における光学系配置部２４５の基板収納部１００側である基板収納部１００との連接箇所の付近には、ヒートシンク２４３と空間部２４８が設けられている。

回路基板１１１は、光学系配置部２４５に収納された画像表示素子２４０及び光源２３１を電気的に制御する。回路基板１１１と光学系配置部２４５に収納された画像表示素子２４０とは、配線であるフレキシブルケーブル２４６で接続されている。ここで、フレキシブルケーブル２４６は一例であり、フレキシ基板その他の電気信号を伝達する配線を使用することができる。光学ユニット２００は筐体の一面に光学ユニット側開口部２４７が形成され、基板収納部１００は筐体の一面に基板収納部側開口部１１２が形成されている。フレキシブルケーブル２４６は、これらの光学ユニット側開口部２４７及び基板収納部側開口部１１２を介して回路基板１１１と画像表示素子２４０を接続している。フレキシブルケーブル２４６は、基板収納部１００と光学ユニット２００の回動を自在にできるような長さを有することが好ましい。

以上のような内部構成とすることで、ユーザは、回路基板１１１から出力された画像信号に基づく虚像を、コンバイナ４００を介して現実の風景に重畳して視認することができる。

［画像表示光生成部の構成および取り付け］
続いて、実施の形態に係る画像表示光生成部２４４の内部構成およびその取り付けについて説明する。

図６は、実施の形態に係る画像表示光生成部２４４の分解斜視図である。画像表示光生成部２４４は、図３に示すように、光学ユニット本体２１０内の光学系配置部２４５において光源２３１から照射された光の光軸に対して垂直に設置される。図６に示す座標系においてＺ軸は光軸に対して平行な軸であり、Ｘ軸とＹ軸とによって形成されるＸＹ平面に平行な平面が光軸に対して垂直な平面となるので、画像表示光生成部２４４は、ＸＹ平面に対して平行に設置される。

画像表示光生成部２４４を構成する主な光学部材は、直線偏光と円偏光とを相互に変換する１／４波長板２３９と、１／４波長板２３９を透過した円偏光の照射領域を規定するアパーチャマスク２７０と、表示する画像の画像信号に基づいてアパーチャマスク２７０を通過した円偏光を反射して画像表示光を生成する画像表示素子２４０である。画像表示素子２４０は、プリント基板２５０に備えられている。

アパーチャマスク２７０は光の照射領域を規定するための開口部２７１を備え、１／４波長板２３９が開口部２７１の一端側の面を覆うようにして取り付けられるように構成されている。アパーチャマスク２７０は、開口部２７１を通る光のみを通過させ、かつ開口部２７１において光の回折を抑制するために、薄くても光の透過しにくい材料を用いることが好ましく、具体例としては金属材料で形成されている。また、アパーチャマスク２７０の表面で反射した光が迷光となることを抑制するために、アパーチャマスク２７０の表面は光の吸収率が高い色とするのがよく、例えばアルマイト処理を施した上で黒色とすることが好ましい。

アパーチャマスク２７０は、１／４波長板２３９を取り付ける側の面において開口部２７１を挟んで対向する位置に、１／４波長板２３９の取り付け位置を規制する波長板ガイド２７２を有する。１／４波長板２３９には、波長板ガイド２７２に沿うように半月板２７３が備えられており、１／４波長板２３９をアパーチャマスク２７０に取り付けた後に、波長板ガイド２７２に規制されてＺ軸に平行な回転軸を中心に回転することができる。

より具体的には、１／４波長板２３９は、押さえバネ２９２で半月板２７３を押さえられた状態で、取り付けネジ２９３によってアパーチャマスク２７０に取り付けられる。押さえバネ２９２は板バネによる弾性力で１／４波長板２３９をアパーチャマスク２７０に押さえつける。このため、取り付けネジ２９３でアパーチャマスク２７０に取り付けられた後であっても、１／４波長板２３９の調整つまみ２７４を動かすことで１／４波長板２３９を所定の角度の範囲内において回転することができる。

プリント基板２５０に取り付けられた画像表示素子２４０は、１／４波長板２３９を透過した光を反射するとともに、回路基板１１１が生成した画像信号に基づいて画像表示光を生成する。より具体的には、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おり、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入射方向と１８０度反転した方向に出射される。このため、１／４波長板２３９と画像表示素子２４０とが対向するように位置合わせをすることが重要となる。

そこで、実施の形態に係る画像表示光生成部２４４は、１／４波長板２３９を取り付けたアパーチャマスク２７０と、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０とを取り付けるための取付ベース２６０を備える。取付ベース２６０は、光路となる開口部２６１を備え、１／４波長板２３９を取り付けたアパーチャマスク２７０と、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０とは、取付ベース２６０の開口部２６１を挟んで対向する位置に取り付けられる。より具体的には、１／４波長板２３９を備えるアパーチャマスク２７０が、取付ベース２６０の開口部２６１の一端側の面である第１の面全体を覆うように取り付けられる。また、プリント基板２５０が画像表示素子２４０を取付ベース２６０の開口部２６１内に位置させて、取付ベース２６０の開口部２６１の他端側にある第２の面全体を覆うように取り付けられる。以下本明細書において、アパーチャマスク２７０の開口部２７１を「第１の開口部」、取付ベース２６０の開口部２６１を「第２の開口部」ということがある。

取付ベース２６０はまた、アパーチャマスク２７０とプリント基板２５０との取り付け位置を規制するための位置決めピン２６２を備える。ここで位置決めピン２６２は、光軸と平行な方向に取付ベース２６０を貫通するようにして備えられている。アパーチャマスク２７０およびプリント基板２５０はそれぞれ、位置決めピン２６２をはめ込むための位置決め孔２５１および２７５を備えており、位置決めピン２６２を位置決め孔２５１および２７５にはめ込むことで、取付ベース２６０に取り付ける位置が定まる。アパーチャマスク２７０およびプリント基板２５０の取付位置を規制する位置決めピン２６２は一つの部材で構成されているため、取り付け位置の精度を向上することが可能となる。

アパーチャマスク２７０は、取り付けネジ２９４によって取付ベース２６０に固定される。同様にプリント基板２５０は、取り付けネジ２９０によって取付ベース２６０に固定される。これにより、アパーチャマスク２７０に取り付けられた１／４波長板２３９とプリント基板２５０に取り付けられた画像表示素子２４０とを、所定の取り付け位置に簡便に取り付けることが可能となる。

ところで、プリント基板２５０に取り付けられる画像表示素子２４０は電子回路であり、通電によって発熱する。そこで、画像表示素子２４０の発熱をプリント基板２５０を介して放熱するように、取付ベース２６０は金属材料で形成されている。より具体的には、プリント基板２５０の基板表面の領域のうち、少なくとも取付ベース２６０に取り付けたときに取付ベース２６０と接触する領域上に、画像表示素子２４０のグランドとなる金属箔による金属層が設けられている。

図７（ａ）は、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０を光源２３１からの光の入射方向から見た場合の上面図である。図７（ｂ）は、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０の側面図である。

画像表示素子２４０のプリント基板２５０への取付は、以下の行程にそって実施される。まず、プリント基板２５０上に図７（ｂ）に示すように接着剤２５６が塗布される。接着剤２５６を用いて、画像表示素子２４０がプリント基板２５０の所定の位置に搭載される。画像表示素子２４０がプリント基板２５０に搭載されると、ワイヤーボンディング２５４によって画像表示素子２４０がプリント基板２５０上に電気的に接続される。その後液晶シール２５３が施され、カウンターガラス２５２が取り付けられる。最後のワイヤーボンディング２５４を保護する保護樹脂２５５が塗布される。なお、コネクタ２５７は、図５を参照して上述したフレキシブルケーブル２４６を接続して、画像表示素子２４０に回路基板１１１が生成した画像信号を伝送する。

図７（ａ）に示すように、プリント基板２５０は、取付ベース２６０に取り付ける際の位置を規制する位置決め孔２５１が２カ所に設けられている。この位置決め孔２５１のそれぞれに位置決めピン２６２を貫通させることで、プリント基板２５０に取り付けられた画像表示素子２４０を、取付ベース２６０の所定の取り付け位置に簡便に取り付けることが可能となる。

ところで、一般にプリント基板はフェノール樹脂やエポキシ樹脂等で形成されていることが多い。このため、取付ベース２６０と接触する領域上に上述の樹脂よりも熱伝導率の高い金属層を設けることによって熱伝導率を高めることができる。図７（ａ）において、プリント基板２５０表面の斜線で示す領域は、取付ベース２６０に取り付けたときに取付ベース２６０と接触する領域である。実施の形態に係るプリント基板２５０は、図７（ａ）にいて斜線で示す領域に、画像表示素子２４０のグランドとなる金属層が設けられている。取付ベース２６０が金属材料で構成されているため、画像表示素子２４０の熱が放熱しやすくなるとともに、取付ベース２６０を画像表示素子２４０のグランドとしても機能させることができる。

一方で、取付ベース２６０を金属材料で形成すると、取付ベース２６０の表面で反射された光が迷光となる可能性もある。そこで、アパーチャマスク２７０の場合と同様に、迷光を抑制するために取付ベース２６０の表面は光を吸収率が高い色とするのがよく、例えばアルマイト処理を施した上で黒色とすることが好ましい。

図８は、実施の形態に係る画像表示光生成部２４４を、画像表示光の出射方向に向かって見た場合の斜視図である。図８に示すように、取付ベース２６０の開口部２６１のうち画像表示素子２４０が生成した画像表示光が入射する側は、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０を取付ベース２６０に取り付けることによって塞がれる。

図９は、実施の形態に係る画像表示光生成部２４４を、光源２３１からの光の入射方向から見た場合の斜視図である。図９に示すように、取付ベース２６０の開口部２６１のうち光源２３１からの光の入射方向側は、１／４波長板２３９を取り付けた状態のアパーチャマスク２７０を取付ベース２６０に取り付けることによって塞がれる。より具体的には、アパーチャマスク２７０は取り付けネジ２９４によって取付ベース２６０に固定され、１／４波長板２３９は押さえバネ２９２の弾性力でアパーチャマスク２７０に押さえつけられる。

以上のように、取付ベース２６０は、１／４波長板２３９およびアパーチャマスク２７０を開口部２６１の一端側の面である第１の面側に取り付けるとともに、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０を開口部２６１の他端側の面である第２の面側に取り付けることによって開口部２６１の両端を覆うように塞がれる。より具体的には、１／４波長板２３９およびアパーチャマスク２７０は、取付ベース２６０の面のうち、光源２３１からの光の入射方向側の面である第１の面に取り付けられる。また、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板２５０は、取付ベース２６０の面のうち、光源２３１からの光の出射方向側の面である第２の面に取り付けられる。

これにより、取付ベース２６０の開口部２６１に防塵専用の部品を用いることなく、開口部２６１内に進入する塵等を抑制する防塵構造を実現することができる。特に、開口部２６１内部への塵や埃の進入を抑制するために、取付ベース２６０の開口部２６１に１／４波長板２３９、アパーチャマスク２７０およびプリント基板２５０を取り付ける工程をクリーンルーム内で行うことが好ましい。

また上述したように、取付ベース２６０と接するプリント基板２５０上の領域には画像表示素子２４０のグランドとなる金属層が設けられているので、取付ベース２６０は画像表示素子２４０のグランドとして機能すると同時に、プリント基板２５０からの熱を放熱することも可能となる。

１／４波長板２３９のうち、光源２３１からの光の入射方向側の表面には、塵や埃がつく場合もあり得る。しかしながら、１／４波長板２３９のうち光源２３１からの光の入射方向側の表面は、画像表示光を生成する画像表示素子２４０と少なくとも取付ベース２６０の厚み分は離れている。このため、１／４波長板２３９のうち光源２３１からの光の入射方向側の表面についた塵や埃は、デフォーカスされて目立たなくなるという効果がある。

上述したように、１／４波長板２３９は、直線偏光が入射された場合は直線偏光を円偏光に変換するとともに、円偏光が入射された場合は円偏光を直線偏光に変換するデバイスである。１／４波長板２３９の変換の効率は、１／４波長板２３９に入射される光に対する１／４波長板２３９の回転角度に依存する。そこで、１／４波長板２３９の変換効率を最適化するために、１／４波長板２３９の光軸に対する回転角を調整することが行われる。

図９に示すように、１／４波長板２３９は押さえバネ２９２の弾性力でアパーチャマスク２７０に取付ら得ているため、調整つまみ２７４を動かすことで１／４波長板２３９を光軸を回転軸として回転することができる。これにより、例えば生産ラインにおける組み立て時において、１／４波長板２３９の変換の効率を最適に調整することが可能となる。また、変換の効率を最適化した後に１／４波長板２３９をアパーチャマスク２７０に固着することによって、製品の出荷後は変換効率を最適な状態に保つことも可能となる。

以上のように、１／４波長板２３９を取り付けたアパーチャマスク２７０を取付ベース２６０の開口部２６１の一端に取り付けるとともに、画像表示素子２４０を取り付けたプリント基板を開口部２６１の他端に取り付けることによって、１／４波長板２３９と画像表示素子２４０との位置合わせが実現できる。一方で、実施の形態に係る画像表示装置はヘッドアップディスプレイであるため、画像表示光生成部２４４が生成した画像表示光が中間像スクリーン３６０の所定の位置に結像するような調整も実施される。

図１０は、実施の形態に係る画像表示光生成部２４４における、光学系配置部２４５への取り付け位置の調整を説明するための図である。図１０に示すように、取付ベース２６０およびアパーチャマスク２７０は取り付けネジ２９０を通すための取り付け孔２６３を備えている。図１０に示すように、取り付け孔２６３は３カ所に設けられており、３つの取り付けネジ２９０によってネジ止めすることで、画像表示光生成部２４４は光学系配置部２４５に設置される。

ここで、取り付けネジ２９０のネジ穴となる取り付け孔２６３の直径は、取り付けネジ２９０のネジ径よりも大きくなっており、画像表示光生成部２４４の設置位置のクリアランスが確保されている。より具体的には、取り付け孔２６３の直径は取り付けネジ２９０のネジ径の１．２〜１．３倍となっている。

このように、画像表示光生成部２４４を取り付け孔２６３の直径よりも所定の割合だけ小さなネジ径の取り付けネジ２９０でネジ止めすることにより、画像表示光生成部２４４を光学系配置部２４５に設置する際に、図６に示すＸＹ平面と平行な平面上で全ての方向にスライド可能となり、取り付け位置の調整が自在となる。この結果、画像表示光生成部２４４が生成した画像表示光が、中間像スクリーン３６０の所定の位置（例えば、中間像スクリーン３６０の中央部）に結像するように、画像表示光生成部２４４の設置位置を調整することができる。この意味で、取り付け孔２６３と取り付けネジ２９０とは取付ベース２６０の設置位置調整部をとして機能する。

図１０に示すように、取付ベース２６０およびアパーチャマスク２７０はＣ面取り加工が施されており、Ｃ面取り加工を施す前と比較して、取付ベース２６０とアパーチャマスク２７０とが接触する面積が小さくなっている。このため、取付ベース２６０にアパーチャマスク２７０を取り付けたときに両者に生じる機械的な応力を緩和することができる。また、画像表示光生成部２４４は、取付ベース２６０およびアパーチャマスク２７０に備えられた３つの取り付け孔２６３でネジ止めされるため、機械的および熱によって取付ベース２６０およびアパーチャマスク２７０に生じた歪みによる応力を抑制することもできる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイによれば、光学部品の防塵と放熱とを両立するための技術、および光学部品の位置決めを簡易化することができる技術を提供することができる。

特に、取付ベース２６０を貫通して備えられている位置決めピン２６２に、１／４波長板２３９を備えたアパーチャマスク２７０と、画像表示素子２４０を備えたプリント基板２５０とを嵌合することにより、１／４波長板２３９、アパーチャマスク２７０、および画像表示素子２４０の位置決めを容易にし、組み立てを簡便化できる。

また、取付ベース２６０の開口部２６１を、１／４波長板２３９を備えたアパーチャマスク２７０と、画像表示素子２４０を備えたプリント基板２５０とで塞ぐことにより、別途防塵用の部材を取り付けることなく、防塵構造を構築することができる。さらに、取付ベース２６０を金属材料で形成することにより、プリント基板２５０のグランドとするとともに、プリント基板２５０が発生した熱を効率よく放熱することもできる。

１／４波長板２３９、アパーチャマスク２７０、および画像表示素子２４０を取付ベース２６０に取り付けて構成される画像表示光生成部２４４は、光学系配置部２４５に取り付ける際の位置調整を自在とする調整用のクリアランスが設けられている。このため、画像表示光生成部２４４が生成した画像表示光と、中間像スクリーン３６０との位置決めを容易とし、組み立てを簡便化できる。

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。

１０ヘッドアップディスプレイ、５０画像提示部、１００基板収納部、１１１回路基板、１１２基板収納部側開口部、２００光学ユニット、２１０光学ユニット本体、２３１光源、２３２コリメートレンズ、２３３カットフィルタ、２３３ＵＶ−ＩＲカットフィルタ、２３４偏光子、２３５フライアイレンズ、２３６反射鏡、２３７フィールドレンズ、２３８ワイヤーグリッド偏向ビームスプリッタ、２３９１／４波長板、２４０画像表示素子、２４１検光子、２４２投射レンズ群、２４３ヒートシンク、２４４画像表示光生成部、２４５光学系配置部、２４６フレキシブルケーブル、２４７光学ユニット側開口部、２４８空間部、２５０プリント基板、２５１位置決め孔、２５２カウンターガラス、２５３液晶シール、２５４ワイヤーボンディング、２５５保護樹脂、２５６接着剤、２５７コネクタ、２６０取付ベース、２６１開口部、２６２位置決めピン、２６３取り付け孔、２７０アパーチャマスク、２７１開口部、２７２波長板ガイド、２７３半月板、２９２押さえバネ、３００投射部、３０１投射口、３２０投射軸、３５１第１投射ミラー、３５２第２投射ミラー、３６０中間像スクリーン、４００コンバイナ、４５０虚像、６００ルームミラー。

Claims

光源と、
前記光源からの光および表示する画像の画像信号をもとに画像表示光を生成する画像表示光生成部と、
前記画像表示光の実像が結像する中間像スクリーンと、
前記中間像スクリーンに結像した画像表示光が投射されるコンバイナとを備え、
前記画像表示光生成部は、
直線偏光と円偏光とを相互に変換する１／４波長板と、
前記１／４波長板を透過した円偏光の照射領域を規定する第１の開口部を備え、その第１の開口部の一方の面側の全体を覆うように前記１／４波長板が取り付けられる金属製のアパーチャマスクと、
表示する画像の画像信号に基づいて、前記アパーチャマスクを通過した円偏光を反射して画像表示光を生成する画像表示素子を備えるプリント基板と、
光路となる第２の開口部を備え、前記１／４波長板を備える前記アパーチャマスクが前記第２の開口部の第１の面側全体を覆うように取り付けられ、前記プリント基板が前記画像表示素子を前記第２の開口部内に位置させて前記第２の開口部の第２の面側全体を覆うように取り付けられる取付ベースとを含み、
前記プリント基板は、基板表面の領域の前記取付ベースと接触する領域内に、金属層が設けられていることを特徴とする画像表示装置。