JP6642172B2

JP6642172B2 - ヘッドアップディスプレイ装置

Info

Publication number: JP6642172B2
Application number: JP2016059403A
Authority: JP
Inventors: 貴之波田野; 昭徳小飯田; 彩子山村; 田中　伸一; 伸一田中
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2020-02-05
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: JP2017173557A

Description

本発明は、太陽光対策を施したヘッドアップディスプレイ装置に関する。

車両の運転者は、フロントガラスを通して前方を注視すると共に、インストルメントパネル上の計器類を目視しながら運転を実施する。すなわち、視線が前方と下方の計器類とへ移動する。前方を見たままで、計器類を見ることができれば、視線の移動がなく、運転性の向上が期待できる。この知見からヘッドアップディスプレイ装置が開発され、実用に供されるようになってきた。ヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１の図１に示されるように、ＨＵＤ表示器（２）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）から上へ出射された画像光線は、フロントガラス（５）の内面に当たり、反射され運転者の前方に結像される（特許文献１、段落番号［００１２］）。不使用時は、シャッタ（４）で光路を遮断することで、外光（太陽光）がＨＵＤ表示器（２）に到達しないようにする。これで、ＨＵＤ表示器（２）の損傷を防止することができる（特許文献１、段落番号［０００６］）。

シャッタ（４）及びこのシャッタ（４）を駆動する駆動手段が必要であるため、ヘッドアップディスプレイ装置が高価になると共に大型になる。その上、不使用時でないとき、すなわち運転中は、シャッタ（４）が開いているため、このときには太陽光の入射を防ぐことができない。運転中を含め、常時、太陽光の入射を防ぐことができる構造が求められる。

シャッタを用いることなく太陽光対策を講じたヘッドアップディスプレイ装置に関する従来技術として、特許文献２に開示される技術がある。

特許文献２の図１に示されるように、光路に反射型偏光フィルム（２１）（括弧付き数字は、特許文献２に記載された符号を示す。以下同様）を介在させる。反射型偏光フィルム（２１）の存在により、太陽光（ｂ）が入射しても液晶セル（１６）の温度は上昇しない（特許文献２、段落番号［００１３］）。なお、反射型偏光フィルム（２１）はガラス基板（２２）の上面に貼着されている。

特許文献２によれば、常時、太陽光対策を講じることができる。

特開２００３−２３７４１１号公報特許第４１１４１９４号公報

しかしながら、表示像の大型化を目的として凹面反射鏡（２４）を大型化した場合に、太陽光が反射型偏光フィルム（２１）に当たる面積が広くなることが予想される。太陽光に含まれる赤外線を受ける量が増加することによって反射型偏光フィルム（２１）で発生する熱が増大し、液晶セル（１６）の表面温度が上昇する可能性が生じる。

本発明は、表示像を大型化しても、太陽光対策を講じることができる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。

本発明は、表示光１２を出射する表示器１３と、この表示器１３で出射された表示光１２を反射する第１ミラー１４と、この第１ミラー１４で反射された表示光１５を反射する第２ミラー１６と、表示器１３、第１、第２ミラー１４，１６を収納するケース２０とを備えるヘッドアップディスプレイ装置１０において、第１ミラー１４は、反射された表示光１５を第２ミラー１６に到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した第１凹面鏡であり、第２ミラー１６は、受けた表示光を反射する第２凹面鏡であり、ケース２０は、第１、第２凹面鏡１４，１６間の光路２１を挟むように、且つクロスするクロス点２２の近傍まで延びる第１遮蔽部２３及び第２遮蔽部２４と、第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４との間における光路となる開口部２９に可視光を透過させ赤外線を反射する透過部材２８を備えることを特徴とする。

第１、第２遮蔽部２３，２４は、ケース２０の一般部２６よりも熱伝導率が高い材料で形成されている。

第１、第２遮蔽部２３，２４は、ケース２０の一般部２６よりも耐熱温度が高い材料で形成されている。

第２遮蔽部２３，２４には、少なくとも外光２５が当たる部位に、外光の反射を弱める又は阻止する反射防止処理が施されている。

以上の構成によって、本発明は、所期の目的を達成することができ、表示像を大型化しても、太陽光対策を講じることができる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。

本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の基本構成図である。本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の分解図である。本発明に係るヘッドアップディスプレイ装置の断面図である。第１、第２遮蔽部の遮蔽作用を説明する図である。

以下、本発明を車両用のヘッドアップディスプレイ装置に適用した一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、本発明のヘッドアップディスプレイ装置の基本構成を図１に基づいて説明する。

ヘッドアップディスプレイ装置１０は、光源１１の上に配置され表示光１２を出射する表示器１３と、この表示器１３で出射された表示光１２を反射する第１ミラーとしての第１凹面鏡１４と、この第１凹面鏡１４で反射された表示光１５を反射する第２ミラーとしての第２凹面鏡１６と、光源１１、表示器１３、第１、第２凹面鏡１４，１６を収納するケース２０と、を備えている。

さらには、第１凹面鏡１４は、反射された表示光１５を第２ミラー１６に到達する前に上下でクロスさせる曲率（半径の逆数）を有し、第２凹面鏡１６は、受けた表示光を反射する役割を果たす。

ケース２０は、第１、第２凹面鏡１４，１６を支えると共に第２遮蔽部２４を備えるセンターフレーム３０と、このセンターフレーム３０の上に取付けられ第１遮蔽部２３を備える上カバー５０と、第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４との間（開口部２９）に設けられるホットミラー（透過部材）２８と、センターフレーム３０の下に取付けられる下カバー５５と、からなる。

第１、第２遮蔽部２３，２４は外光２５を遮断する役割を果たすため、ケース２０の他の部位（遮蔽部２３，２４から離れた部位、例えば底部。以下、一般部２６と記す。）より、高温になる。そのため、ケース２０の一般部２６よりも第１、第２遮蔽部２３，２４は、耐熱性を高めることが望まれる。本実施形態では、センターフレーム３０はアルミダイカスト、上カバー５０はポリカーボネート、下カバー５５はＡＢＳ樹脂で構成した場合を例示する。

ケース２０は、第１、第２凹面鏡１４，１６間の光路２１を挟むように、且つクロスするクロス点２２の近傍まで延びる第１遮蔽部２３及び第２遮蔽部２４を備えている。また、第１、第２遮蔽部２３，２４の間（開口部２９）にホットミラー２８を備えている。

ホットミラー２８は、略矩形状の例えばアクリル樹脂からなる光透過性のガラス基板（基板）と、ガラス基板の一方の面（つまり第２凹面鏡１６と向かい合う面）に設けられる多層の干渉膜からなる反射層とから構成され、第１凹面鏡１４から第２凹面鏡１６へと至る表示光１２の光路中に配設される。第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４の間に生じる開口部２９を塞ぐように第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４の内側（第１凹面鏡１４側）に配設され、図示しないビスや接着剤、または両面テープなどによって固定されることが望ましい。この他に、ホットミラー２８を第１，第２遮蔽部２３，２４に弾性部材（例えば、バネ）等を用いて挟み込むように保持することもでき、この場合、ホットミラー２８が吸収した熱を直接、第１，第２遮蔽部２３，２４へ伝熱して、ホットミラー２８の耐熱温度以上に至らないような作用を期待できる。

ホットミラー２８は、第１凹面鏡１４で反射される可視光線からなる表示光を効率よく第２凹面鏡１６側へと透過させる。また、ケース２０外からケース２０内に侵入し第２凹面鏡１６で反射され第１凹面鏡１４に向かう外光２５のうち赤外線（熱線）を反射させる機能（特性）を有してなる。

ケース２０外からケース２０内に侵入し第２凹面鏡１６で反射され第１凹面鏡１４に向かう外光２５を、第１、第２遮蔽部２３，２４で遮蔽することができる。

センターフレーム３０は、取付けフランジ３１、３１を外周に備え、内部に斜め上に延びる第２遮蔽部２４を備える。

例えば、センターフレーム３０にステイ３２を溶接し、このステイ３２に接着層３３で第１凹面鏡１４を固定する。また、センターフレーム３０の内面に溶接されたステイ３４〜３６に接着層３７〜３９で第２凹面鏡１６を固定する。

センターフレーム３０の下部からステイ４１を延ばす。一方、光源１１と表示器１３を筒形ブラケット４２に嵌め、この筒形ブラケット４２から延ばしたブラケット片４３をステイ４１にビス４４、４４で固定する。

センターフレーム３０は、樹脂成形品より格段に強度が高く、剛性に富む。剛性に富むセンターフレーム３０に、第１、第２凹面鏡１４，１６や表示器１３を一括して取付けるため、これらの光軸調整が狂い難くなる。さらに、剛性に富むセンターフレーム３０は、取付けフランジ３１、３１で車両に取付けられる。実施例のヘッドアップディスプレイ装置１０は、剛性に富むため光軸の再調整が必要となる恐れが小さい。

上カバー５０は、上面にカバーガラス５１を備え、斜め下へ延びる第１遮蔽部２３を一体的に備えている。

下カバー５５は、上に開口する有底筒体であり、プリント基板５６を内蔵している。

センターフレーム３０に、下からビス５７、５７で下カバー５５を取付け、上からビス５２で上カバー５０を取付ける。

表示器１３から出射された表示光１２は第１凹面鏡１４で反射され、この第１凹面鏡１４で反射された表示光１５は、第１、第２遮蔽部２３，２４の間を通過して、第２凹面鏡１６に至る。第２凹面鏡１６で反射された表示光１７は上昇し、車両のフロントガラス６６に至る。

図４（ａ）に示すように、太陽５８の高度が低い場合、太陽光に代表される外光２５は、カバーガラス５１を通過し、第２凹面鏡１６で反射され、第１遮蔽部２３で遮蔽される。第１遮蔽部２３は、耐熱性に優れるポリカーボネートであるため、熱に対する強度が高い。

太陽５８の高度が高い場合、図４（ｂ）に示すように、外光２５は、カバーガラス５１を通過し、第２凹面鏡１６で反射され、第２遮蔽部２４で遮蔽される。第２遮蔽部２４は、耐熱性にさらに優れるアルミニウムであるため、熱に対する強度がさらに高い。

外光２５が、カバーガラス５１を通過し、第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４の間にあるホットミラー２８に到達した場合には、外光２５のうち可視光線を通過させ、発熱に起因する赤外線（赤外成分の光）を反射する。

このような構成によって、外光２５がケース２０内に到達しても、第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４で外光２５（可視光線と赤外線）が遮断されるか、ホットミラー２８で赤外線が遮断（反射）される。従って、外光２５による表示器１３や光源１１の温度上昇を抑制することができる。
なお、ホットミラー２８によって反射した外光２５の赤外成分の光が、耐熱温度の高い部材へ照射されるように、ホットミラー２８は、適宜必要な傾斜を設けて第１、第２遮蔽部２３，２４に配置される。

また、第１、第２遮蔽部２３，２４は、ケース２０の一般部２６よりも熱伝導率が高い材料で形成されているため、第１、第２遮蔽部２３，２４内での熱移動を促すことができ、第１、第２遮蔽部２３，２４の温度を下げることができる。即ち、高温になりやすい第１、第２遮蔽部２３，２４に熱が留まることを抑制することができる。

また、第１、第２遮蔽部２３，２４は、ケース２０の一般部２６よりも耐熱温度が高い材料で形成されているため、熱に対する強度を高めることができる。

また、第１、第２遮蔽部２３，２４には、少なくとも外光２５が当たる部位に、外光２５の反射を弱める又は阻止する反射防止処理が施されている。第１、第２遮蔽部２３，２４に当たった外光２５が第２凹面鏡１６へ戻る心配がなくなる。

以上の説明は、本発明を例示するものであって、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更、変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、上述実施形態では、透過部材２８をホットミラーとしたが、可視光を透過させ赤外線を反射するものであれば良く、例えば前記機能を有する偏光板を貼付したガラスでも同様の効果が期待できる。

また、上述実施形態では、第１遮蔽部２３と第２遮蔽部２４の間全域を透過部材２８で覆う場合を例示したが、集光度が高いクロス点２２付近のみを透過部材２８で覆う構成としても同様の効果が期待できる。なお、透過部材２８の配置がクロス点２２に近い程、表示可視光を通すのに必要な面積が小さくて済むため、透過部材（ホットミラー）２８のサイズを小さくでき、安価に構成できる。また、第１、第２遮蔽部２３，２４間の開口部２９が小さい程、第１、第２遮蔽部２３，２４を広く設けることができ、上述した実施形態の効果をより高めることができる。

また、上カバー５０の全部をアルミニウムダイカスト製、又は軽金属製にすることは差し支えない。

また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置１０は、乗用車に好適であるが、一般の車両、船舶、航空機に適用することは差し支えない。

本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、フロントガラスを備える車両に好適である。

１０ヘッドアップディスプレイ装置
１１光源
１２表示光
１３表示器
１４第１ミラー（第１凹面鏡）
１５表示光
１６第２ミラー（第２凹面鏡）
１７表示光
２０ケース
２１光路
２２クロス点
２３第１遮蔽部
２４第２遮蔽部
２５外光
２６一般部
２７反射防止処理膜
２８ホットミラー（透過部材）
２９開口部
３０センターフレーム
３１取付フランジ
３２ステイ
３３接着層
３４ステイ
３５ステイ
３６ステイ
３７接着層
３８接着層
３９接着層
４１ステイ
４２筒状ブラケット
４３ブラケット片
４４ビス
５０上カバー
５１カバーガラス
５２ビス
５５下カバー
５６プリント基板
５７ビス
５８太陽
５９棒
６１放熱フィン
６６フロントガラス

Claims

表示光を出射する表示器と、この表示器で出射された表示光を反射する第１ミラーと、
この第１ミラーで反射された表示光を反射する第２ミラーと、前記表示器、前記第１、第２ミラーを収納するケースとを備えるヘッドアップディスプレイ装置において、
前記第１ミラーは、反射された表示光を前記第２ミラーに到達する前に上下でクロスさせる曲率を有した第１凹面鏡であり、
前記第２ミラーは、受けた表示光を反射する第２凹面鏡であり、
前記ケースは、前記第１、第２凹面鏡間の光路を挟むように、且つ前記クロスするクロス点の近傍まで延びる第１遮蔽部及び第２遮蔽部と、前記第１遮蔽部と前記第２遮蔽部との間における前記光路となる開口部に可視光を透過させ赤外線を反射する透過部材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。
前記第１、第２遮蔽部は、前記ケースの一般部よりも熱伝導率が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１、第２遮蔽部は、前記ケースの一般部よりも耐熱温度が高い材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
前記第１、第２遮蔽部には、少なくとも外光が当たる部位に、前記外光の反射を弱める又は阻止する反射防止処理が施されていることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。