JP6563711B2 - Head-up display device - Google Patents
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Description
本発明は、自動車等の車両に使用されるヘッドアップディスプレイ装置に関する。 The present invention relates to a head-up display device used in a vehicle such as an automobile.
ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）は、液晶表示パネル等の表示素子に表示した画像、文字等の情報を、光学系を介して、フロントウィンドウ又はその近傍に設けられた半透明の表示部（コンバイナ）に投影し、運転者の視界内に虚像として表示するものである。運転者の視界内に投影される虚像は、無限遠又は十分に遠方に結像されるので、運転者は運転をしながら眼の焦点を合わせ直す必要がなく、容易に情報を視認することができる。 A head-up display device (HUD) is a translucent display unit (combiner) provided on the front window or in the vicinity thereof via an optical system for information such as images and characters displayed on a display element such as a liquid crystal display panel. And is displayed as a virtual image in the driver's field of view. Since the virtual image projected in the driver's field of view is formed at infinity or sufficiently far away, the driver does not need to refocus the eyes while driving, and can easily view the information. it can.
ヘッドアップディスプレイ装置は、一般的に、透過型の液晶表示パネルとこれを照射する光源により表示光を生成し、これを正の屈折力を有する光学系を用いて、フロントウィンドウの表示部に向けて射出する（例えば、特許文献１参照）。しかし、ヘッドアップディスプレイ装置の表示光は、下方からフロントウィンドウ又はその近傍の表示部に向けて照射されるため、太陽光（赤外光）がこの表示光と逆方向にヘッドアップディスプレイ装置内に侵入し、液晶表示パネル等の表示素子又は偏光板等の他の光学素子に入射して、表示素子又は光学素子を加熱し劣化させるという問題点がある。この問題を解決するため、種々の方法が考案されている（例えば、特許文献２から４参照）。 In general, a head-up display device generates display light using a transmissive liquid crystal display panel and a light source that irradiates the liquid crystal display panel, and directs the display light to a front window display unit using an optical system having positive refractive power. (See, for example, Patent Document 1). However, since the display light of the head-up display device is irradiated from below toward the front window or the display unit in the vicinity thereof, sunlight (infrared light) is incident on the head-up display device in the direction opposite to this display light. There is a problem in that it enters and enters a display element such as a liquid crystal display panel or another optical element such as a polarizing plate to heat and deteriorate the display element or the optical element. In order to solve this problem, various methods have been devised (see, for example, Patent Documents 2 to 4).
例えば、特許文献２のヘッドアップディスプレイ装置では、表示光の光路内にコールドミラーを設けている。このコールドミラーは、正規の画像を表示するための表示光を反射させ、正規光とは逆方向に進む外光（太陽光）に含まれる赤外光を透過させている。これにより、赤外光が液晶パネルに到達することを抑制し、赤外光による液晶パネルの劣化を低減させている。更に、特許文献２では、コールドミラーを透過する赤外光により生じる熱は、コールドミラーを収容するケースから露出され、ミラーホルダーの外部に設けた放熱フィンによりヘッドアップディスプレイ装置の外部へ放出される。 For example, in the head-up display device of Patent Document 2, a cold mirror is provided in the optical path of the display light. The cold mirror reflects display light for displaying a regular image and transmits infrared light included in external light (sunlight) traveling in the opposite direction to the regular light. Thereby, it is suppressed that infrared light reaches | attains a liquid crystal panel, and deterioration of the liquid crystal panel by infrared light is reduced. Furthermore, in Patent Document 2, the heat generated by the infrared light that passes through the cold mirror is exposed from the case that houses the cold mirror, and is released to the outside of the head-up display device by the radiation fins provided outside the mirror holder. .
また、特許文献３のヘッドアップディスプレイ装置では、表示光の光路内に、反射型ワイヤーグリッド（ＷＧ）偏光板を貼合した凹面鏡を設けている。この凹面鏡は、表示光の偏光方向に偏光板の金属ワイヤの方向を合わせてあるので、表示光はほぼそのまま反射させる。一方、ヘッドアップディスプレイ装置に入射する非偏光の外光に対しては、金属ワイヤに垂直な偏光成分を表示光の光路外に透過させている。これにより、外光の一部を遮断し、外光が液晶パネルに到達することによる液晶パネルの熱劣化を低減させている。 Moreover, in the head-up display apparatus of patent document 3, the concave mirror which bonded the reflective wire grid (WG) polarizing plate in the optical path of display light is provided. Since this concave mirror has the direction of the metal wire of the polarizing plate aligned with the polarization direction of the display light, the display light is reflected almost as it is. On the other hand, for non-polarized external light incident on the head-up display device, a polarized component perpendicular to the metal wire is transmitted outside the optical path of the display light. As a result, part of the external light is blocked, and thermal deterioration of the liquid crystal panel due to the external light reaching the liquid crystal panel is reduced.
更に、特許文献４のヘッドアップディスプレイ装置では、表示光の光路内に、表示光を透過させ赤外光を反射させるホットミラーと偏光板とを配置している。これによって、外光（太陽光）に含まれる赤外光をホットミラーで反射させて、液晶パネルまで到達することを防いでいる。また、赤外線の一部がホットミラーに吸収された場合でも、ホットミラーと液晶表示パネルが離間して配置されているため、液晶表示パネルに熱が伝わりにくい構造となっている。 Furthermore, in the head-up display device of Patent Document 4, a hot mirror that transmits display light and reflects infrared light and a polarizing plate are arranged in the optical path of display light. This prevents infrared light contained in external light (sunlight) from being reflected by the hot mirror and reaching the liquid crystal panel. In addition, even when a part of infrared rays is absorbed by the hot mirror, the hot mirror and the liquid crystal display panel are arranged apart from each other, so that heat is not easily transmitted to the liquid crystal display panel.
しかしながら、引用文献２のヘッドアップディスプレイ装置では、コールドミラーの分光反射特性（分光透過特性）の角度依存性により、運転者のアイポイントの移動によりヘッドアップディスプレイに表示される色が変化するという問題がある。図６は、シミュレーションにより得られたコールドミラーの分光透過率の入射角依存性を示すグラフである。コールドミラーへの入射角度に応じて透過する光の波長分布が変化する結果、運転者のアイポイントの位置が変わると、表示される虚像の色が変化する。 However, in the head-up display device of Cited Document 2, the color displayed on the head-up display changes due to the movement of the driver's eye point due to the angular dependence of the spectral reflection characteristics (spectral transmission characteristics) of the cold mirror. There is. FIG. 6 is a graph showing the incident angle dependence of the spectral transmittance of the cold mirror obtained by simulation. As a result of the change in the wavelength distribution of the transmitted light according to the incident angle to the cold mirror, the color of the displayed virtual image changes when the position of the driver's eye point changes.
また、引用文献３のヘッドアップディスプレイ装置では、凹面鏡の表面に偏光板を貼合するのが困難であること、有機偏光板では太陽光による劣化の懸念があること、及び、無機の偏光板を使用するためには大幅なコスト増が見込まれ現実的でないこと等の問題がある。また、引用文献３の構成では、液晶パネルに入射する太陽光が十分に低減されないという問題点もある。また、引用文献４のヘッドアップディスプレイ装置では、偏光板については引用文献３と同様の問題点を有する。更に、ホットミラーのみで太陽光をカットするためには、ホットミラーの膜層数をかなり多くする必要があり、成膜コストが増加する。 Moreover, in the head-up display device of the cited document 3, it is difficult to paste a polarizing plate on the surface of the concave mirror, the organic polarizing plate has a possibility of deterioration due to sunlight, and an inorganic polarizing plate is used. In order to use it, there is a problem that a substantial increase in cost is expected and it is not realistic. Moreover, in the structure of the cited reference 3, there also exists a problem that the sunlight which injects into a liquid crystal panel is not fully reduced. Further, the head-up display device of the cited document 4 has the same problem as the cited document 3 with respect to the polarizing plate. Furthermore, in order to cut sunlight with only a hot mirror, it is necessary to considerably increase the number of film layers of the hot mirror, which increases the film formation cost.
本発明は、従来技術における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、外部から入射する太陽光による劣化を抑制したヘッドアップディスプレイ装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above problems in the prior art and achieve the following objects. That is, an object of the present invention is to provide a head-up display device in which deterioration due to sunlight incident from the outside is suppressed.
前記課題を解決するための手段としては以下の通りである。即ち、
＜１＞車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置であって、表示光を射出する表示素子と、前記表示素子から射出された表示光を、車両に設けられた表示面に反射させ、虚像として結像させる結像光学系とを備え、前記結像光学系は、前記表示光の光路に配置され、可視光を透過させ赤外線を吸収する赤外線吸収部材を含み、前記赤外線吸収部材は、熱線吸収ガラスを備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置である。
＜２＞少なくとも赤外線吸収部材に熱的に接触するハウジングと、該ハウジングに設けられた放熱部材とを備える＜１＞に記載のヘッドアップディスプレイ装置である。
＜３＞赤外線吸収部材は、表示光の出射側の面に、赤外線を反射させ可視光を透過させる波長分離フィルタが形成されている＜２＞に記載のヘッドアップディスプレイ装置である。＜４＞赤外線吸収部材は、結像光学系を通る表示光の主光線に対して傾けて配置されていることを特徴とする＜１＞から＜３＞の何れかに記載のヘッドアップディスプレイ装置である。
＜５＞赤外線吸収部材は、表示光の入射側の面に、可視光に対する反射防止膜が形成されていることを特徴とする＜１＞から＜４＞の何れかに記載のヘッドアップディスプレイ装置である。
＜６＞波長分離フィルタは、表示光と反対向きに入射する外光を、ハウジングに向けて反射し、前記ハウジングは前記外光の照射を受けて発生する熱を放熱部材に伝熱して放熱する＜３＞に記載のヘッドアップディスプレイ装置である。
＜７＞ 車両に搭載されるヘッドアップディスプレイ装置であって、表示光を射出する表示素子と、前記表示素子から射出された表示光を、車両に設けられた表示面に反射させ、虚像として結像させる結像光学系と、を備え、前記結像光学系は、表示光の光路に配置され、可視光を透過させ赤外線を吸収する赤外線吸収部材を含み、少なくとも前記赤外線吸収部材に熱的に接触するハウジングと、該ハウジングに設けられた放熱部材とを更に備え、
前記赤外線吸収部材は、表示光の出射側の面に、赤外線を反射させ可視光を透過させる波長分離フィルタが形成され、前記波長分離フィルタは、表示光と反対向きに入射する外光を、前記ハウジングに向けて反射し、前記ハウジングは前記外光の照射を受けて発生する熱を前記放熱部材に伝熱して放熱するヘッドアップディスプレイ装置である。
Means for solving the above problems are as follows. That is,
<1> A head-up display device mounted on a vehicle, wherein the display element that emits display light and the display light emitted from the display element are reflected on a display surface provided in the vehicle to form a virtual image. and an imaging optical system configured to image, the image forming optical system, said arranged in the optical path of the display light, looking contains an infrared-absorbing member for absorbing infrared light is transmitted through the visible light, the infrared-absorbing member, a heat absorbing A head-up display device comprising glass .
< 2 > The head-up display device according to <1 > , which includes at least a housing in thermal contact with the infrared absorbing member and a heat dissipation member provided in the housing.
The < 3 > infrared absorbing member is the head-up display device according to < 2 >, wherein a wavelength separation filter that reflects infrared light and transmits visible light is formed on a surface on a display light emission side. < 4 > The head-up display device according to any one of <1> to < 3 >, wherein the infrared absorbing member is disposed to be inclined with respect to a principal ray of display light passing through the imaging optical system. It is.
< 5 > The head-up display device according to any one of <1> to < 4 >, wherein the infrared absorbing member is formed with an antireflection film for visible light on a surface on the display light incident side. It is.
< 6 > The wavelength separation filter reflects external light incident in a direction opposite to the display light toward the housing, and the housing transfers heat generated by irradiation of the external light to the heat radiating member to dissipate the heat. It is a head-up display apparatus as described in < 3 >.
<7> A head-up display device mounted on a vehicle, wherein the display element that emits display light and the display light emitted from the display element are reflected on a display surface provided in the vehicle to form a virtual image. An imaging optical system for imaging, and the imaging optical system includes an infrared absorbing member that is disposed in an optical path of display light, transmits visible light, and absorbs infrared rays, and at least thermally transmits the infrared absorbing member. A housing in contact with the heat dissipating member;
In the infrared absorbing member, a wavelength separation filter that reflects infrared rays and transmits visible light is formed on the surface on the emission side of the display light, and the wavelength separation filter is configured to receive external light incident in the opposite direction to the display light, The head-up display device reflects toward the housing, and the housing transfers heat generated by receiving the external light to the heat radiating member.
本発明によれば、前記従来における諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、外部から入射する太陽光による劣化を抑制したヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the said various problems in the past can be solved, the said objective can be achieved, and the head-up display apparatus which suppressed degradation by the sunlight which injects from the outside can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の概略構成を示す断面図である。本発明のヘッドアップディスプレイ装置１は液晶表示部１０、赤外線吸収部材１１、凹面鏡１２、これらを収納するためのハウジング１３及び放熱部材１４を備える。このヘッドアップディスプレイ装置１は、自動車のダッシュボード内など車両のフロントウィンドウ１５の下側に配置され、液晶表示部１０からの表示光をフロントウィンドウ１５の表示面１６に向けて投影するものである。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a head-up display device of the present invention. The head-up display device 1 of the present invention includes a liquid crystal display unit 10, an infrared absorbing member 11, a concave mirror 12, a housing 13 for housing them, and a heat dissipation member 14. The head-up display device 1 is disposed below the front window 15 of the vehicle, such as in a dashboard of an automobile, and projects display light from the liquid crystal display unit 10 toward the display surface 16 of the front window 15. .
液晶表示部１０は、ＬＥＤ１７、レンズ１８、拡散板１９及び液晶パネル２０（表示素子）より構成される。ＬＥＤ１７は、液晶パネル２０を照明するための光源であり、例えば白色ＬＥＤを使用することができる。ＬＥＤ１７から射出された照明光は、レンズ１８により光束の径を拡大し、拡散板１９により拡散されより均一な照明光となって液晶パネル２０を照射する。液晶パネル２０は、透過型の液晶パネルであり、図示しない信号線を介して送信されて来る画像信号に基づいて画像を形成する。照明光により照射されることにより、液晶パネル２０に形成された画像は、表示光として射出される。 The liquid crystal display unit 10 includes an LED 17, a lens 18, a diffusion plate 19, and a liquid crystal panel 20 (display element). The LED 17 is a light source for illuminating the liquid crystal panel 20, and for example, a white LED can be used. The illumination light emitted from the LED 17 expands the diameter of the light beam by the lens 18, is diffused by the diffusion plate 19, and irradiates the liquid crystal panel 20 as more uniform illumination light. The liquid crystal panel 20 is a transmissive liquid crystal panel and forms an image based on an image signal transmitted via a signal line (not shown). By irradiating with illumination light, the image formed on the liquid crystal panel 20 is emitted as display light.
赤外線吸収部材１１は、図２に示すように、可視光を透過させ赤外線を吸収する熱線吸収ガラス２１を備える。熱線吸収ガラス２１は、例えば、ＨＯＹＡ社製のＨＡ５０を用いることができる。熱線吸収ガラス２１の表示光の出射側の面（即ち、凹面鏡１２側の面）には、ホットミラー２２（波長分離フィルタ）がコーティングされている。ホットミラー２２は、可視光を透過し赤外線を反射する誘電体多層膜である。また、熱線吸収ガラス２１の表示光の入射側の面（即ち、液晶パネル２０側の面）には、可視光に対する反射防止膜２３が形成されている。ホットミラー２２、反射防止膜２３は誘電体材料（例えば、高屈折率材料としてＴｉＯ２、ＮｂＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２など、低屈折率材料としてＳｉＯ２など）からなり、スパッタリング、真空蒸着法などにより形成される。 As shown in FIG. 2, the infrared absorbing member 11 includes a heat ray absorbing glass 21 that transmits visible light and absorbs infrared rays. As the heat ray absorbing glass 21, for example, HA50 manufactured by HOYA can be used. A hot mirror 22 (wavelength separation filter) is coated on the surface of the heat ray absorbing glass 21 on the display light emission side (that is, the surface on the concave mirror 12 side). The hot mirror 22 is a dielectric multilayer film that transmits visible light and reflects infrared rays. Further, an antireflection film 23 for visible light is formed on the surface on the display light incident side of the heat ray absorbing glass 21 (that is, the surface on the liquid crystal panel 20 side). The hot mirror 22 and the antireflection film 23 are made of a dielectric material (for example, TiO 2 , NbO 2 , Ta 2 O 5 , ZrO 2, etc. as a high refractive index material, SiO 2 etc. as a low refractive index material), sputtering, vacuum It is formed by vapor deposition.
図３は、図１の赤外線吸収部材の傾き角及び表示光の入射角を説明する図である。本実施形態では、赤外線吸収部材１１は、レンズ１８及び凹面鏡１２の中心を通る光源からの主光線に対して約２０度傾いている。 FIG. 3 is a diagram illustrating the tilt angle of the infrared absorbing member and the incident angle of display light in FIG. In the present embodiment, the infrared absorbing member 11 is inclined by about 20 degrees with respect to the principal ray from the light source passing through the centers of the lens 18 and the concave mirror 12.
図４は、赤外線吸収部材１１の分光透過率特性をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。このシミュレーションでは、熱線吸収ガラス２１の厚みを１．５ｍｍ、ホットミラー２２の誘電体層の層数を３１層とし、図３に示すように、主光線に対して１５°、０°、−１５°の各角度で光線が入射した場合の分光透過率を示している。図４から、入射角の変動に対して可視域光の分光透過率の変動が少なく、赤外線が良好に遮断される。 FIG. 4 is a graph showing the results of calculating the spectral transmittance characteristics of the infrared absorbing member 11 by simulation. In this simulation, the thickness of the heat ray absorbing glass 21 is 1.5 mm, the number of dielectric layers of the hot mirror 22 is 31 layers, and as shown in FIG. The spectral transmittance when light rays are incident at each angle of ° is shown. From FIG. 4, the change in the spectral transmittance of visible light with respect to the change in the incident angle is small, and the infrared rays are well blocked.
凹面鏡１２は、正の屈折力を有し、液晶表示部１０から射出され赤外線吸収部材１１を透過した表示光を、車両のフロントウィンドウ１５に設けられた表示面１６に向けて反射する。表示面１６は、フロントウィンドウ１５の内表面に設けられた画像表示領域（いわゆるコンバイナ）であり、例えば、フロントウィンドウ１５上に施した増反射コーティングが使用される。ここで、結像光学系は、液晶表示部１０から表示面１６へ至る光学系であり、赤外線吸収部材１１及び凹面鏡１２を含んで構成される。 The concave mirror 12 has a positive refractive power and reflects the display light emitted from the liquid crystal display unit 10 and transmitted through the infrared absorbing member 11 toward the display surface 16 provided on the front window 15 of the vehicle. The display surface 16 is an image display area (a so-called combiner) provided on the inner surface of the front window 15, and for example, an enhanced reflection coating provided on the front window 15 is used. Here, the imaging optical system is an optical system from the liquid crystal display unit 10 to the display surface 16, and includes the infrared absorbing member 11 and the concave mirror 12.
ハウジング１３は、熱伝導性の良好な材料（例えば金属）を用いた部材であり、液晶表示部１０、赤外線吸収部材１１及び凹面鏡１２と熱的に接触しこれらを固定し保持する。特に、液晶表示部１０は、ハウジング１３及び赤外線吸収部材１１によって、周囲を囲まれている。また、ハウジング１３の液晶表示部１０との結合部分には、放熱部材１４が設けられている。放熱部材１４は、多数の平板形状の放熱フィンを有しており、液晶表示部１０のＬＥＤ１７の発生する熱を外部に放出する。また、放熱部材１４は、ハウジング１３により伝導される赤外線吸収部材１１に発生する熱、及び、外部から侵入した太陽光の照射によりハウジング１３で発生した熱を放熱することができる。 The housing 13 is a member using a material having good thermal conductivity (for example, metal), and is in thermal contact with the liquid crystal display unit 10, the infrared absorbing member 11, and the concave mirror 12 to fix and hold them. In particular, the liquid crystal display unit 10 is surrounded by a housing 13 and an infrared absorbing member 11. Further, a heat radiating member 14 is provided at a portion where the housing 13 is coupled to the liquid crystal display unit 10. The heat radiating member 14 has a large number of plate-shaped heat radiating fins, and releases the heat generated by the LEDs 17 of the liquid crystal display unit 10 to the outside. Moreover, the heat radiating member 14 can radiate the heat generated in the infrared absorbing member 11 conducted by the housing 13 and the heat generated in the housing 13 by the irradiation of sunlight entering from the outside.
以上のような構成によって、本実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１は、液晶パネル２０からの表示光を運転者のアイポイントに導光し、液晶パネル２０の表示画像を運転者の視野内に拡大された虚像として投影することができる。 With the configuration as described above, the head-up display device 1 according to the present embodiment guides the display light from the liquid crystal panel 20 to the driver's eye point, and displays the display image on the liquid crystal panel 20 within the driver's field of view. Can be projected as an enlarged virtual image.
図５は、ヘッドアップディスプレイ装置１の表示光及び外部から侵入した外光（太陽光）の光路を示す図である。この図において、３本の実線で示される液晶パネル２０から射出した表示光Ｌｄは、赤外線吸収部材１１を透過し、凹面鏡１２で反射され、ハウジング１３の開口部２４を通り、フロントウィンドウ１５上の表示面１６に入射する。表示面１６で表示光Ｌｄは一部が反射され運転者のアイポイント２５に導光される（図５では、反射される表示光のみを示す）。これによって、アイポイント２５において観察可能なように、液晶パネル２０の表示画像の虚像を結像する。虚像の結像位置は、凹面鏡１２の屈折力を適切な値に決定することにより、数ｍ先から無限遠にすることができる。 FIG. 5 is a diagram illustrating an optical path of display light of the head-up display device 1 and external light (sunlight) entering from the outside. In this figure, display light Ld emitted from the liquid crystal panel 20 indicated by three solid lines passes through the infrared absorbing member 11, is reflected by the concave mirror 12, passes through the opening 24 of the housing 13, and is on the front window 15. Incident on the display surface 16. A part of the display light Ld is reflected on the display surface 16 and guided to the driver's eye point 25 (FIG. 5 shows only the reflected display light). Thereby, a virtual image of the display image of the liquid crystal panel 20 is formed so that it can be observed at the eye point 25. The imaging position of the virtual image can be set to an infinite distance from several meters ahead by determining the refractive power of the concave mirror 12 to an appropriate value.
一方、運転者はフロントウィンドウ１５を介して、常時車外の周辺環境を目視している。車外からの光は、フロントウィンドウ１５の表示面１６で一部反射され残りが透過して運転者の視野内に入る。したがって、運転者の視野内には車外の周辺環境とヘッドアップディスプレイ装置１の表示画像とが、重畳して表示される。これによって、運転者は視線の移動及び眼のピント合わせ等の負担なく、運転をしながら表示面１６に表示される情報を容易に確認することができる。 On the other hand, the driver always looks at the surrounding environment outside the vehicle through the front window 15. Light from outside the vehicle is partially reflected by the display surface 16 of the front window 15 and the rest is transmitted and enters the driver's field of view. Therefore, the surrounding environment outside the vehicle and the display image of the head-up display device 1 are displayed in a superimposed manner within the driver's field of view. Thus, the driver can easily confirm the information displayed on the display surface 16 while driving without burdens such as movement of the line of sight and focusing of the eyes.
ここで、表示光Ｌｄの光路に配置した赤外線吸収部材１１は、前述のように傾けて配置されている。ホットミラー２２の分光透過率の角度依存性が大きい場合は、表示光の方向により色ムラが発生し、運転者がアイポイントを移動させると表示画像の色が変化することが懸念される。しかし、赤外線吸収部材１１を２０°程度傾斜して用いる場合、本発明者のシミュレーションによれば図４に示したように赤外線吸収部材１１への表示光の入射角度を主光線の方向から−１５°、０°＋１５°と変化させても、可視光波長域における分光透過率には大きな変化が生じない。従って、運転者のアイポイントが変動しても色の変化が少ない。 Here, the infrared absorbing member 11 disposed in the optical path of the display light Ld is disposed to be inclined as described above. When the angle dependency of the spectral transmittance of the hot mirror 22 is large, color unevenness occurs depending on the direction of the display light, and there is a concern that the color of the display image changes when the driver moves the eye point. However, when the infrared absorbing member 11 is used with an inclination of about 20 °, according to the simulation of the present inventor, the incident angle of the display light to the infrared absorbing member 11 is −15 from the principal ray direction as shown in FIG. Even if the angle is changed from 0 ° to 0 ° + 15 °, the spectral transmittance in the visible light wavelength region does not change greatly. Therefore, even if the driver's eye point fluctuates, the color change is small.
また、赤外線吸収部材１１の表示光の入射側の面には、反射防止膜２３が形成されているので、可視光の表示光Ｌｄの赤外線吸収部材１１による反射を抑制することができる。更に、赤外線吸収部材１１が表示光の主光線に対して傾けて配置されているので、仮に、反射防止膜２３で一部の表示光Ｌｄが反射された場合でも、反射光は液晶パネル２０に戻らずノイズ光を発生し難い。 Moreover, since the antireflection film 23 is formed on the display light incident side surface of the infrared absorbing member 11, reflection of the visible light display light Ld by the infrared absorbing member 11 can be suppressed. Further, since the infrared absorbing member 11 is disposed to be inclined with respect to the principal ray of the display light, even if a part of the display light Ld is reflected by the antireflection film 23, the reflected light is transmitted to the liquid crystal panel 20. It is hard to generate noise light without returning.
一方、図５において、外光Ｌｓは、フロントウィンドウ１５の外部から、表示光Ｌｄと反対向きに開口部２４を通り、ヘッドアップディスプレイ装置１内に入射する太陽光を破線で示している。外光Ｌｓは、種々の向きからヘッドアップディスプレイ装置１に入射してくる可能性があるが、図５ではその一例を示している。 On the other hand, in FIG. 5, external light Ls indicates sunlight that enters the head-up display device 1 from the outside of the front window 15 through the opening 24 in the opposite direction to the display light Ld. The external light Ls may be incident on the head-up display device 1 from various directions, and FIG. 5 shows an example thereof.
ヘッドアップディスプレイ装置１に入射した外光Ｌｓは、凹面鏡１２で反射されると、赤外線吸収部材１１の表面に形成されたホットミラー２２に入射する。このホットミラー２２により、外光Ｌｓに含まれる赤外光の多くが反射される。赤外線吸収部材１１は表示光の主光線に対して傾けて配置されているので、反射された赤外光は入射した経路を元に戻らず、ハウジング１３を照射して吸収されて熱に変換される。この熱は、金属製のハウジング１３を伝熱し放熱部材１４から排熱される。これによって、液晶パネル２０への赤外光の到達を抑制することができる。更に、反射された赤外線が、凹面ミラー１２及び表示部１６で反射され運転者のアイポイントへ向かい、運転者の眼に悪影響を与えることを避けることができる。 When the external light Ls incident on the head-up display device 1 is reflected by the concave mirror 12, the external light Ls enters the hot mirror 22 formed on the surface of the infrared absorbing member 11. The hot mirror 22 reflects most of the infrared light contained in the external light Ls. Since the infrared absorbing member 11 is arranged to be inclined with respect to the principal ray of the display light, the reflected infrared light does not return to the original path but is absorbed by irradiating the housing 13 and converted into heat. The This heat is transferred through the metal housing 13 and exhausted from the heat dissipation member 14. Thereby, the arrival of infrared light to the liquid crystal panel 20 can be suppressed. Furthermore, it is possible to avoid the reflected infrared rays being reflected by the concave mirror 12 and the display unit 16 toward the driver's eye point and adversely affecting the driver's eyes.
更に、ホットミラー２２で反射されなかった赤外線は、熱線吸収ガラス２１内に入射しこの熱線吸収ガラス２１により吸収され、熱に変換される。熱線吸収ガラス２１は金属製のハウジング１３に固定されており、変換された熱は放熱部材１４へ移動しヘッドアップディスプレイ装置１の外部に排熱される。 Furthermore, the infrared rays that have not been reflected by the hot mirror 22 enter the heat ray absorbing glass 21, are absorbed by the heat ray absorbing glass 21, and are converted into heat. The heat ray absorbing glass 21 is fixed to the metal housing 13, and the converted heat moves to the heat radiating member 14 and is exhausted to the outside of the head-up display device 1.
以上説明したように、本実施の形態によれば、熱線吸収ガラス２１を備えた赤外線吸収部材１１を、結像光学系に配置したので、外光Ｌｓに含まる赤外線を吸収することができる。したがって、液晶パネル２０が加熱されることによる劣化を抑制することができる。また、赤外線吸収部材１１は、表示光Ｌｄの出射側の面にホットミラー２２を有しているので、外光Ｌｓに含まれる赤外光を、熱線吸収ガラス２１に入射する前に反射させることができる。これにより、液晶パネル２０に到達する赤外線は更に少なくなり、液晶パネル２０の劣化を更に抑制することができる。 As described above, according to the present embodiment, since the infrared absorbing member 11 including the heat ray absorbing glass 21 is arranged in the imaging optical system, infrared rays included in the external light Ls can be absorbed. Therefore, deterioration due to the liquid crystal panel 20 being heated can be suppressed. Moreover, since the infrared absorbing member 11 has the hot mirror 22 on the surface on the emission side of the display light Ld, the infrared light included in the external light Ls is reflected before entering the heat ray absorbing glass 21. Can do. Thereby, the infrared rays reaching the liquid crystal panel 20 are further reduced, and the deterioration of the liquid crystal panel 20 can be further suppressed.
また、ホットミラー２２は、入射角の変化による分光透過率の変化が少なく、赤外線吸収部材１１を、２０度程度傾けて配置したので、ノイズ光の発生を抑制しつつ太陽光の入射により発生する熱を効率よく排熱することができ、且つ、運転者のアイポイントの移動による色変化も生じないという効果を有する。さらに、ホットミラー２２と熱線吸収ガラス２１とを組み合わせることにより、ホットミラー２２の誘電体多層膜の層数を３１層程度に抑えることができたので、コストを抑え且つ高性能を実現したヘッドアップディスプレイ装置１を提供することができる。 Further, the hot mirror 22 has a small change in spectral transmittance due to a change in incident angle, and the infrared absorbing member 11 is disposed at an inclination of about 20 degrees, so that it is generated by the incidence of sunlight while suppressing the generation of noise light. The heat can be efficiently exhausted, and the color change due to the movement of the driver's eye point does not occur. Furthermore, by combining the hot mirror 22 and the heat-absorbing glass 21, the number of layers of the dielectric multilayer film of the hot mirror 22 can be reduced to about 31, so that the head up that realizes high cost and low cost. A display device 1 can be provided.
更に、金属製のハウジング１３と、放熱部材１４を設けたので、熱線吸収ガラス２１に発生する熱及びホットミラー２２で反射された外光により生じる熱を放熱することができる。 Furthermore, since the metal housing 13 and the heat radiating member 14 are provided, heat generated by the heat ray absorbing glass 21 and heat generated by the external light reflected by the hot mirror 22 can be radiated.
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。たとえば、表示素子は、透過型液晶パネルに限られない。例えば、反射型液晶パネル、有機ＥＬ素子等を使用することができる。自発光の有機ＥＬ素子を使用する場合は、照明用の光源は必要としない。結像光学系は、凹面鏡と赤外線吸収部材より構成されるものに限られない。表示部に表示光を投影して、運転者のアイポイントに虚像を表示するものであれば、種々の光学系の構成が可能である。また、凹面鏡は、球面表面を反射面とする凹面鏡に限られず複雑な形状をとり得る。特に、フロントウィンドウに表示面を形成する場合は、フロントウィンドウの形状に合わせて運転者の視界に歪みの無い画像が投影されるように、凹面鏡の形状を調整する。赤外線吸収部材は、表示光の主光線に対して２０度傾けるとしたが、これに限られない。赤外線吸収部材の傾きは、ヘッドアップディスプレイ装置のハウジングの大きさ、結像光学系の光学素子の配置等を考慮し、ホットミラーで反射された太陽光の熱が効率良く排熱される角度に定めればよい。更に、表示面は、フロントガラス上ではなく、フロントガラスに近接して配置されたハーフミラーより成るコンバイナであっても良い。また、ヘッドアップディスプレイ装置は、下方からフロントウィンドウに向けて表示光を照射するものに限られず、例えば、車両内のフロントウィンドウの上部に配置して、上部から表示面を照射する形態も可能である。 In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, Many deformation | transformation or a change is possible. For example, the display element is not limited to a transmissive liquid crystal panel. For example, a reflective liquid crystal panel, an organic EL element, or the like can be used. When a self-luminous organic EL element is used, a light source for illumination is not required. The imaging optical system is not limited to one constituted by a concave mirror and an infrared absorbing member. Various optical system configurations are possible as long as the display light is projected onto the display unit and a virtual image is displayed at the driver's eye point. The concave mirror is not limited to a concave mirror having a spherical surface as a reflecting surface, and can take a complicated shape. In particular, when the display surface is formed on the front window, the shape of the concave mirror is adjusted so that an image without distortion is projected on the driver's field of view in accordance with the shape of the front window. Although the infrared absorbing member is inclined 20 degrees with respect to the principal ray of the display light, it is not limited to this. The inclination of the infrared absorbing member is determined at an angle at which the heat of sunlight reflected by the hot mirror is efficiently exhausted in consideration of the size of the housing of the head-up display device and the arrangement of the optical elements of the imaging optical system. Just do it. Further, the display surface may be a combiner made of a half mirror disposed not on the windshield but in the vicinity of the windshield. In addition, the head-up display device is not limited to the one that emits the display light toward the front window from below. is there.
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、外部から入射する太陽光による劣化を抑制するヘッドアップディスプレイ装置として、好適に利用可能である。 The head-up display device of the present invention can be suitably used as a head-up display device that suppresses deterioration due to sunlight incident from the outside.
１ ヘッドアップディスプレイ装置
１０ 液晶表示部
１１ 赤外線吸収部材
１２ 凹面鏡
１３ ハウジング
１４ 放熱部材
１５ フロントウィンドウ
１６ 表示面
１７ ＬＥＤ
１８ レンズ
１９ 拡散板
２０ 液晶パネル（表示素子）
２１ 熱線吸収ガラス
２２ ホットミラー（波長分離フィルタ）
２３ 反射防止膜
２４ 開口
２５ アイポイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Head up display apparatus 10 Liquid crystal display part 11 Infrared absorbing member 12 Concave mirror 13 Housing 14 Heat radiation member 15 Front window 16 Display surface 17 LED
18 Lens 19 Diffuser 20 Liquid crystal panel (display element)
21 Heat-absorbing glass 22 Hot mirror (wavelength separation filter)
23 Antireflection film 24 Opening 25 Eyepoint
Claims (7)
表示光を射出する表示素子と、
前記表示素子から射出された表示光を、車両に設けられた表示面に反射させ、虚像として結像させる結像光学系と、
を備え、
前記結像光学系は、前記表示光の光路に配置され、可視光を透過させ赤外線を吸収する赤外線吸収部材を含み、前記赤外線吸収部材は、熱線吸収ガラスを備えることを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 A head-up display device mounted on a vehicle,
A display element for emitting display light;
An imaging optical system that reflects display light emitted from the display element to a display surface provided in a vehicle and forms a virtual image;
With
The imaging optical system is disposed on the optical path of the display light, looking contains an infrared-absorbing member for absorbing infrared light is transmitted through the visible light, the infrared-absorbing member, head up, characterized in that it comprises a heat absorbing glass Display device.
表示光を射出する表示素子と、 A display element for emitting display light;
前記表示素子から射出された表示光を、車両に設けられた表示面に反射させ、虚像として結像させる結像光学系と、 An imaging optical system that reflects display light emitted from the display element to a display surface provided in a vehicle and forms a virtual image;
を備え、With
前記結像光学系は、表示光の光路に配置され、可視光を透過させ赤外線を吸収する赤外線吸収部材を含み、 The imaging optical system is disposed in the optical path of the display light, and includes an infrared absorbing member that transmits visible light and absorbs infrared rays,
少なくとも前記赤外線吸収部材に熱的に接触するハウジングと、該ハウジングに設けられた放熱部材とを更に備え、 A housing in thermal contact with at least the infrared absorbing member; and a heat dissipating member provided in the housing.
前記赤外線吸収部材は、表示光の出射側の面に、赤外線を反射させ可視光を透過させる波長分離フィルタが形成され、 The infrared absorbing member is formed with a wavelength separation filter that reflects infrared light and transmits visible light on a surface on the display light emission side,
前記波長分離フィルタは、表示光と反対向きに入射する外光を、前記ハウジングに向けて反射し、前記ハウジングは前記外光の照射を受けて発生する熱を前記放熱部材に伝熱して放熱するヘッドアップディスプレイ装置。 The wavelength separation filter reflects external light incident in a direction opposite to the display light toward the housing, and the housing transfers heat generated by irradiation of the external light to the heat radiating member to dissipate the heat. Head-up display device.
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