JPWO2018025741A1 - コンバイナおよびそれを利用したヘッドアップディスプレイ装置 - Google Patents

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Abstract

本発明はコンバイナから色のついた反射光が発せられることを抑制する技術を提供する。本発明のコンバイナ（３０）は、入射光を反射する反射面（３２）を有する。入射角が０度以上２５度以下の第１値である場合、波長範囲４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下において、入射光の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短い。また、入射角が６０度以上８５度以下の第２値である場合、波長範囲４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下において、入射光のうちのＳ波成分の反射率のピークの波長が５７０ｎｍよりも短い。

Description

本発明は、入射光の一部を反射するコンバイナおよびそれを利用したヘッドアップディスプレイ装置に関する。
自動車や航空機等の運転者に情報を表示するために、ヘッドアップディスプレイ（以下、「ＨＵＤ」ということもある）が使用される。ＨＵＤは、フロントガラスから見える景色に重ねて表示情報を投影する。そのため、ＨＵＤには、景色を十分に見るための透過性と、反射画像を十分に見るための反射性が求められる。しかしながら、透過率と反射率はトレードオフの関係にある。透過率の法的制限を維持しながら、反射率を向上するためにコンバイナが使用される（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１６／０５６６１７号
本発明はコンバイナから色のついた反射光が発せられることを抑制する技術を提供する。
本発明のある態様のコンバイナは、入射光を反射する反射面を有する。入射角が０度以上、２５度以下の第１値である場合、波長範囲４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下において、入射光の反射率の平均値が３０％以上であり、かつ入射光のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短い。また、入射角が６０度以上８５度以下の第２値である場合、波長範囲４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下において、入射光のうちのＳ波成分の反射率のピークの波長が５７０ｎｍよりも短い。
本発明の別の態様は、ヘッドアップディスプレイ装置である。この装置は、表示光を出射する表示器と、表示光を反射する反射部材と、反射部材において反射された反射光が入射光として入射される上述のコンバイナとを有する。
本発明の実施の形態に係るコンバイナを含むヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す外観図 図１のヘッドアップディスプレイ装置の構成を示す断面図 本発明の実施の形態に係るコンバイナの比較対象になるコンバイナの入射角αが０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す図 本発明の実施の形態に係るコンバイナの比較対象になるコンバイナの入射角αが７０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す図 図３Ａ、図３Ｂで特性を示したコンバイナにおける光半透過膜の膜構成を示す図 本発明の実施の形態に係るコンバイナの入射角αが０°である場合の、波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す図 本発明の実施の形態に係るコンバイナの入射角αが７０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す図 図４Ａ、図４Ｂで特性を示したコンバイナにおける光半透過膜の膜構成を示す図 本発明の実施の形態に係るコンバイナにおいて、平均反射率を３５％に設定し、入射角αが０°である場合の反射特性を示す図 本発明の実施の形態に係るコンバイナにおいて、平均反射率を３５％に設定し、入射角αが７０°である場合の反射特性を示す図 図５Ａ、図５Ｂで特性を示したコンバイナにおける光半透過膜の膜構成を示す図
本発明の実施の形態の詳細に先立ち、従来技術における課題を説明する。
フロントガラスであるウインドウシールドへのＨＵＤの映り込みは運転者の視認を妨げる。また、ＨＵＤにコンバイナを使用する場合は、ウインドウシールドへのコンバイナの映り込みも運転者の視認を妨げる。その際、ウインドウシールドとコンバイナとの相対位置や相対角度によって、運転者から見た映り込みが変化する。一般的に、コンバイナを使用したＨＵＤでは、ＨＵＤ内部の光学系のみが最適になるように設計されている。しかしながら、ウインドウシールドを介して入射した太陽光がＨＵＤの筐体で拡散する場合、拡散された光はコンバイナで反射されてからウインドウシールドでさらに反射されて運転者に向かう。その光には色がつくので、運転者の視界において煩わしさの一因になる。
ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置はインストルメンタルパネルに設置されるので、コンバイナは、運転席から見てウインドウシールドの手前に配置される。また、ＨＵＤ装置の表示器から出射された表示光は反射部材で反射されてからコンバイナに入射されることによって、コンバイナに虚像が形成される。虚像によって示された情報がウインドウシールドに映っているように運転者は視認する。
ウインドウシールドを介して上方から太陽光が車内に入射すると、太陽光はＨＵＤ装置の筐体で反射してからコンバイナで反射する。筐体で反射する際に太陽光はＳ波成分とＰ波成分とに分離され、コンバイナで反射する際にＳ波成分は黄色になり、Ｐ波成分は青色になる。このような青色のＰ波成分の多くはウインドウシールドを介して車外に抜け出すが、黄色のＳ波成分はウインドウシールドで反射される。そのため、ＨＵＤ装置の筐体におけるコンバイナアクシスやカバーが黄色に映り込むので、視界の邪魔になる。この問題を解決するための構成について説明する。
以下、本発明の実施の形態に係るＨＵＤ装置について説明する。なお、以下の説明において、「平行」、「直交」は、完全な平行、直交だけではなく、誤差の範囲で平行、直交からずれている場合も含むものとする。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。
図１は、本実施の形態に係るＨＵＤ装置１００の構成を示す外観図である。図２は、図１の２−２線におけるＨＵＤ装置１００の構成を示す断面図である。図１および図２に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直交座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、ＨＵＤ装置１００の底面を含む平面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、ＨＵＤ装置１００の高さ方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１および図２における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。ｚ軸の正方向は「上面側」あるいは「上側」を示し、ｚ軸の負方向は「下面側」あるいは「下側」を示す。
図２に示すように、ＨＵＤ装置１００は、筐体１０、遮断カバー１２、蓋部１４、コンバイナ３０、表示器５０、透明カバー５４、反射部材５６、ストッパ５８を含む。また、筐体１０は底面２０、壁面２２を含み、蓋部１４は開口部１６を含み、遮断カバー１２は端部１８と総称される第１端部１８ａ、第２端部１８ｂを含み、表示器５０は出射面５２を含む。ＨＵＤ装置１００は、例えば、車両のインストルメンタルパネル（図示せず）に設けられ、コンバイナ３０が所定の画像を映し出す。なお、インストルメンタルパネルはダッシュボードとも呼ばれる。図１、図２は、コンバイナ３０が起立した状態を示す。
筐体１０は、底面２０を有し、底面２０の縁部からｚ軸の正方向に壁面２２が立設される。また、筐体１０の上面は開口していて後述の蓋部１４を取付可能である。筐体１０と蓋部１４とは、ＨＵＤ装置１００の外郭を形成する。この外郭は、遮断カバー１２、コンバイナ３０、表示器５０、透明カバー５４、反射部材５６、ストッパ５８を収容する。
遮断カバー１２は、ｘ軸の正方向側に配置される第１端部１８ａと、ｘ軸の負方向側に配置される第２端部１８ｂとを有する。第２端部１８ｂは筐体１０に固定され、第１端部１８ａは何にも固定されていない。遮断カバー１２の少なくとも一部は、例えば可撓性を有する合成樹脂などの材料によって形成される。そのため、図２において、第１端部１８ａ近傍がｚ軸の負方向へ曲げられると、第１端部１８ａが透明カバー５４に近づくように遮断カバー１２が変形する。
蓋部１４は、筐体１０における壁面２２の上端に取り付けられ、筐体１０の上側の開口の一部を塞ぐ。蓋部１４の上側の中央には開口部１６が設けられ、開口部１６からコンバイナ３０が突出する。図１では、蓋部１４が取り外されている。
表示器５０は、例えば液晶ディスプレイ、７セグメントディスプレイであり、出射面５２から表示光を出射する。７セグメントディスプレイは例えば単一色のセグメント液晶である。出射面５２は、出射された表示光が反射部材５６に入射するように傾いて配置される。透明カバー５４は、表示器５０の上側、かつ遮断カバー１２の下側において、出射面５２を覆うように配置される。透明カバー５４は、例えば透明な樹脂で形成され、表示器５０から反射部材５６に向けて出射される表示光を透過する。透明カバー５４は、開口部１６から筐体１０の内部へ落下した物体から表示器５０を保護する。反射部材５６は、透明カバー５４よりも上側に配置される。反射部材５６はミラーである。反射部材５６は、表示器５０から出射され、かつ透明カバー５４を透過した表示光をコンバイナ３０の反射面３２に向けて反射する。
コンバイナ３０は、前述のように、開口部１６から突出するように筐体１０に設けられる。コンバイナ３０は、例えばハーフミラーであり、樹脂成形品と、この成形品の一方の面に蒸着された誘電体多層膜などの光半透過膜とで構成される。この光半透過膜は反射膜ともいえ、以下において、入射光を反射する反射面３２として示される。コンバイナ３０は、半透過性を有しており、運転者がコンバイナ３０を通して車両の前方を目視できるように形成される。
コンバイナ３０が起立した状態において、表示器５０から出射され、かつ反射部材５６によって反射された表示光が、反射面３２に入射する。反射面３２に入射した表示光の少なくとも一部は運転者の方向に向かって反射する。そのため、コンバイナ３０に投影された情報は、車両前方の風景に重畳されながら運転者に視認される。この情報は、例えば、車両の速度、燃料の残量などを示す画像、または、目的地までの距離、進行方向、現在地名、現在地付近に存在する施設、店舗の名称などを示す画像などである。
ストッパ５８は、遮断カバー１２の下側に配置される。図２においては、第１端部１８ａとストッパ５８との間には空隙が設けられる。一方、前述のごとく、第１端部１８ａが透明カバー５４に近づくように遮断カバー１２が変形した場合、ストッパ５８は第１端部１８ａを支持する。これにより、第１端部１８ａがさらに下側に移動するように遮断カバー１２が変形することが防止される。その結果、第２端部１８ｂの固定部分に大きな力が加わることで固定部分が故障することが防止される。また、第１端部１８ａが透明カバー５４に接触し、透明カバー５４が損傷することが防止される。
このような構成に対して、図２に示すように、ウインドウシールド７０を介して太陽光８０が車内に入射する場合を説明する。なお以下の説明では、従来技術によるコンバイナをコンバイナ１３０、本実施の形態によるコンバイナをコンバイナ３０として説明する。
太陽光８０は、遮断カバー１２あるいは蓋部１４において反射される際に、第１Ｓ波成分８２ａと第１Ｐ波成分８４ａに分離される。第１Ｓ波成分８２ａは入射面に垂直な成分であり、第１Ｐ波成分８４ａは入射面に平行な成分である。入射面とは、コンバイナ３０やコンバイナ１３０に入射する光（入射光線）と反射する光（反射光線）とを含む面である。第１Ｓ波成分８２ａおよび第１Ｐ波成分８４ａは、コンバイナ３０（１３０）に入射する。その際、コンバイナ３０（１３０）の法線Ｎに対する第１Ｓ波成分８２ａおよび第１Ｐ波成分８４ａの入射角αは約７０°である。
従来技術の反射特性を有するコンバイナ１３０が第１Ｓ波成分８２ａおよび第１Ｐ波成分８４ａを反射する場合、第１Ｓ波成分８２ａは反射によって黄色の第２Ｓ波成分８２ｂになり、第１Ｐ波成分８４ａは反射によって青色の第２Ｐ波成分８４ｂになる。コンバイナ１３０の法線Ｎに対する第２Ｓ波成分８２ｂおよび第２Ｐ波成分８４ｂの反射角βも約７０°である。
第２Ｓ波成分８２ｂおよび第２Ｐ波成分８４ｂはウインドウシールド７０に入射する。その際、ウインドウシールド７０の法線Ｏに対する第２Ｓ波成分８２ｂおよび第２Ｐ波成分８４ｂの入射角γは約７０°である。入射光の入射角が約７０°である場合、ウインドウシールド７０の反射率は、Ｓ波成分に対して４１％であり、Ｐ波成分に対して７％である。そのため、第２Ｐ波成分８４ｂの多くはウインドウシールド７０を透過し、第３Ｐ波成分８４ｃになる。一方、ウインドウシールド７０において第２Ｓ波成分８２ｂが反射し、第３Ｓ波成分８２ｃが残る。ウインドウシールド７０の法線Ｏに対する第３Ｓ波成分８２ｃの反射角δも約７０°である。第３Ｓ波成分８２ｃも第２Ｓ波成分８２ｂと同様に黄色である。第３Ｓ波成分８２ｃが運転者によって視認されることによって、黄色の映り込みが認識される。
このような黄色の映り込みは、コンバイナ１３０におけるＳ波成分の反射特性によって発生する。また、このようなＳ波成分の反射特性は、一般的に、約７０°の入射角に対する反射特性を考慮せずにコンバイナ１３０が設計されていることによる。本実施の形態によるコンバイナ３０は、黄色の映り込みを抑制するために、約７０°の入射角の反射色を白色に近づけるように再設計されている。ここではまず、コンバイナ３０の反射特性を説明するために、黄色の映り込みを発生させるようなコンバイナ１３０の特性を説明する。
図３Ａ、図３Ｂは、コンバイナ３０の比較対象になるコンバイナ１３０の特性を示す。図３Ａは、入射角αが０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す。可視領域の波長範囲４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下（以下、第１の波長範囲）において、入射光の反射率のピークＰ１の波長は４４０ｎｍである。また、ピークＰ１に対して９０％の反射率となる波長範囲は４２０ｎｍ以上、７１０ｎｍ以下であり、８０％の反射率となる波長範囲は４１０ｎｍ以上、７３０ｎｍ以下である。
図３Ｂは、入射角αが７０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す。ここで、０°は入射角αの第１値であり、７０°は第２値である。すなわち第１値＜第２値である。第１の波長範囲において、入射光のうちのＳ波成分８２の反射率のピークＰ２の波長は５９０ｎｍである。ピークＰ２の波長は黄色の波長範囲５７０ｎｍ以上、５９０ｎｍ以下に含まれる。また、ピークＰ２に対して９０％の反射率となる波長範囲は５５０ｎｍ以上、６３０ｎｍ以下であり、８０％の反射率となる波長範囲は５３０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下である。一方、第１の波長範囲において、入射光のうちのＰ波成分８４の反射率のピークＰ３の波長は４８０ｎｍである。ピークＰ３の波長は青色の波長範囲４００ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下に含まれる。このような特性のために、前述の第２Ｓ波成分８２ｂが黄色になり、第２Ｐ波成分８４ｂが青色になる。
図３Ｃは、コンバイナ１３０における反射面１３２である光半透過膜の構成を示す。ここで、図３Ｃを用いて光半透過膜の形成工程を具体的に説明する。ここでは、基準波長が５００ｎｍであるとする。光半透過膜は７層からなる誘電体多層膜である。また、真空蒸着により基材側から第１層にＳｉＯ２が膜厚１６２ｎｍ、第２層にＴａ２Ｏ５が膜厚１０１ｎｍ、第３層にＳｉＯ２が膜厚１１５ｎｍ、第４層にＴａ２Ｏ５が膜厚２６ｎｍ、第５層にＳｉＯ２が膜厚１３５ｎｍ、第６層にＴａ２Ｏ５が膜厚４７ｎｍ、第７層にＳｉＯ２が膜厚１２０ｎｍにそれぞれ成膜されている。ここでは、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の屈折率の差を利用して、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５とを交互に積層し、各層の厚さおよび積層数などを変えることで所望の特性を実現しており、図４Ａ、図４Ｂおよび図５Ａ、図５Ｂの特性を示すコンバイナ３０においても、その表面に反射面３２である光半透過膜を形成している。各層の膜厚は、蒸着ドーム中心に設置された光学モニターガラスの反射率の確認をしながら、目標の膜厚に相当する反射率で蒸着動作を停止する方法で制御される。この膜構成で得られる光半透過膜の入射角０°の反射特性は図３Ａ、図３Ｂの通りである。
次に、コンバイナ３０の反射特性の一例を説明する。図４Ａ、図４Ｂは、コンバイナ３０の特性を示す。ここでは、第１の波長範囲の平均反射率を３０％に設定した場合を示す。ここで、平均反射率を３０％に設定した理由としては、コンバイナを透過して視認できる外景をより視認しやすくするためである。一般に平均反射率が低くなるほどコンバイナの透明性が上がり、外景の視認性は向上する。一方で、平均反射率が低くなるほど、表示器の液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ）に表示した画像がコンバイナに投影されて形成される虚像の輝度を確保するために、ＬＣＤを照明する光を強くする必要がある。例えば、表示器５０は青色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）によって構成されており、ＬＣＤを照明する光を強くする際にはＬＥＤの電流値が高くなる。ＬＥＤの電流値が高くなると、ＬＥＤドライバのコストが増加し、放熱性能の確保のために筺体が大きくなることが考えられる。これらの条件から、放熱性能に余裕がある場合には平均反射率を３０％以上に設定することが好ましい。
図４Ａは、入射角αが０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す。第１の波長範囲において、入射光の反射率のピークＰ１’の波長は６１０ｎｍである。また、ピークＰ１’に対して９０％の反射率となる波長範囲（以下、第２の波長範囲）は３８０ｎｍ以上、６９０ｎｍ以下であり、８０％の反射率となる波長範囲（以下、第３の波長範囲）は３８０ｎｍ以上、７１０ｎｍ以下である。そのため、第２の波長範囲の上限波長は、ピークＰ１に対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長よりも短い。また、第３の波長範囲の上限波長は、ピークＰ１に対して８０％の反射率となる波長範囲の上限波長よりも短い。
図４Ｂは、入射角αが７０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す。第１の波長範囲において、入射光のうちのＳ波成分８２の反射率のピークＰ２’の波長は５４０ｎｍである。ピークＰ２’の波長は黄色の波長範囲５７０ｎｍ以上、５９０ｎｍの下限波長５７０ｎｍよりも短い。また、入射光のうちのＳ波成分８２の反射率のピークＰ２’に対して９０％の反射率となる波長範囲は４８０ｎｍ以上、６１０ｎｍ以下であり、８０％の反射率となる波長範囲は４６０ｎｍ以上、６５０ｎｍ以下である。このように、ピークＰ２’に対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長は６２０ｎｍよりも短い。一方、第１の波長範囲において、入射光のうちのＰ波成分８４の反射率のピークＰ３’の波長は４００ｎｍである。ピークＰ３’の波長は青色の波長範囲４００ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の下限波長と等しい。このような特性のために、前述の第２Ｓ波成分８２ｂにおける黄色の成分が少なくなるとともに、第２Ｐ波成分８４ｂにおける青色の成分が少なくなる。
図４Ａ、図４Ｂの特性を示すコンバイナ３０においては、光学用樹脂材（ｎｅ＝１．５３）を基材として採用し、その基材を射出成形し、その表面に反射面３２である光半透過膜を形成している。以下、光半透過膜の膜構成を図４Ｃに示すとともに形成工程を具体的に説明する。図４Ｃは、コンバイナ３０における光半透過膜の膜構成を示す。ここでは、基準波長が５００ｎｍであるとする。光半透過膜は５層からなる誘電体多層膜である。また、真空蒸着により基材側から第１層にＳｉＯ２が膜厚４０２ｎｍ、第２層にＴａ２Ｏ５が膜厚５４ｎｍ、第３層にＳｉＯ２が膜厚８１ｎｍ、第４層にＴａ２Ｏ５が膜厚５７ｎｍ、第５層にＳｉＯ２が膜厚７８ｎｍにそれぞれ成膜されている。この膜構成で得られる光半透過膜の入射角０°の反射特性は図４Ａの通りで第１の波長範囲の平均反射率３０％を有し、入射角７０°の入射光に対してＳ波反射色が白色となる特性を有する。なお、反射特性は図４Ａ、図４Ｂに示される。
図５Ａ、図５Ｂは別の例の特性を示す。この例では、第１の波長範囲の平均反射率を３５％に設定している。ここで、ＬＥＤドライバのコストの増加や、放熱性能の確保が困難な場合には平均反射率は３５％と設定するのが好ましい。この理由は、ＬＥＤドライバのコストが増加することや放熱性能を損なうことなく、輝度を確保できるからである。また、平均反射率を３５％に設定した場合は、３０％に設定した場合に比べてＬＥＤの電流値が不足することによる輝度不足の可能性が低くなる。
図５Ａは、入射角αが０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す。第１の波長範囲において、入射光の反射率のピークＰ１’’の波長は５５０ｎｍである。また、入射光の反射率のピークＰ１’’に対して９０％の反射率となる波長範囲は４７０ｎｍ以上、６４０ｎｍ以下であり、８０％の反射率となる波長範囲は４５０ｎｍ以上、６７０ｎｍ以下である。このように、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限値と８０％の反射率となる波長範囲はいずれも７００ｎｍよりも短い。そのため、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長は従来例での上限波長よりも短く、かつ８０％の反射率となる波長範囲の上限波長も従来例での上限波長よりも短い。また、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の下限値は４６０ｎｍよりも長い。さらに、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲は従来例での波長範囲よりも狭く、かつ８０％の反射率となる波長範囲も従来例での波長範囲よりも狭い。
図５Ｂは、入射角αが７０°である場合の波長に対する入射光の反射率を示した反射特性を示す。第１の波長範囲において、入射光のうちのＳ波成分８２の反射率のピークＰ２’’の波長は５００ｎｍである。ピークＰ２’’の波長は黄色の波長範囲５７０ｎｍ以上、５９０ｎｍ以下の下限波長よりも短い。また、Ｓ波成分８２の反射率のピークＰ２’’に対して９０％の反射率となる波長範囲は４１０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であり、８０％の反射率となる波長範囲は３９０ｎｍ以上、６１０ｎｍ以下である。このように、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限値は６２０ｎｍよりも短い。一方、第１の波長範囲において、入射光のうちのＰ波成分８４の反射率のピークは存在しない。このような特性のために、第１の波長範囲の平均反射率を３０％に設定したコンバイナ３０よりも前述の第２Ｓ波成分８２ｂにおける黄色の成分が少なくなるとともに、第２Ｐ波成分８４ｂにおける青色の成分が少なくなる。
以下では、図５Ａ、図５Ｂのように、第１の波長範囲の平均反射率を３５％に設定した場合におけるコンバイナ３０に対する追加の特性を説明する。図５Ａに示したように、青色の波長範囲４００ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下と赤色の波長範囲６２０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下における反射率が低下する。そのため、太陽光８０のうち青色成分と赤色成分がコンバイナ３０を透過しやすくなる。これにより、青色の光と赤色の光とを合成した紫色の光が運転者に向かうので、紫色がかったコンバイナ３０が運転者によって視認される。そこで、コンバイナ３０では、材料における緑色の波長範囲４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下の平均透過率が、４００ｎｍ以上、４９５ｎｍ以下および５７０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の平均透過率よりも高くなっていることが好ましい。こうすることにより、太陽光８０のうちの緑色成分もコンバイナ３０を透過しやすくする。その結果、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光が運転者に向かうので、コンバイナ３０からの光が、紫色がかることが抑制される。
また、コンバイナ３０の少なくとも反射面３２における緑色の波長範囲４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下の平均透過率が、４００ｎｍ以上、４９５ｎｍ以下および５７０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の平均透過率よりも高くなっていてもよい。こうすることにより、太陽光８０のうちの緑色成分もコンバイナ３０を透過しやすくする。その結果、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光が運転者に向かうので、コンバイナ３０からの光が、紫色がかることが抑制される。
図５Ａに示したように、緑色の波長範囲４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下と黄色の波長範囲５７０ｎｍ以上、５９０ｎｍ以下の反射率が大きくなる。また、前述のごとく、コンバイナ３０には、表示器５０から出射される表示光が入射される。そのため、コンバイナ３０によって反射された表示光には、緑色成分と黄色成分とが多くなる。そのため、黄緑色がかった虚像が運転者によって視認される。黄緑色がかった虚像では、青色が弱くなる。そこで、表示光における青色の波長範囲４００ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の強度が高くされることが好ましい。具体的には、そのような特性を有する表示光が表示器５０から出射される。
図５Ａ、図５Ｂの特性を示すコンバイナ３０においては、光学用樹脂材（ｎe＝１．５３）を基材として採用し、その基材を射出成形し、その表面に反射面３２である光半透過膜を形成している。以下、光半透過膜の膜構成を図５Ｃに示すとともに形成工程を具体的に説明する。図５Ｃは、コンバイナ３０における光半透過膜の構成を示す。ここでは、基準波長が５００ｎｍであるとする。光半透過膜は５層からなる誘電体多層膜である。また、真空蒸着により基材側から第１層にＳｉＯ２が膜厚１９１ｎｍ、第２層にＴａ２Ｏ５が膜厚５３ｎｍ、第３層にＳｉＯ２が膜厚９１ｎｍ、第４層にＴａ２Ｏ５が膜厚５２ｎｍ、第５層にＳｉＯ２が膜厚５５ｎｍにそれぞれ成膜されている。この膜構成で得られる光半透過膜の入射角０°の反射特性は図５Ａの通りで第１の波長範囲の平均反射率３５％を有し、入射角７０°の入射光に対してＳ波反射色が白色となる特性を有する。なお、反射特性は図５Ａ、図５Ｂに示される。
図３Ｃ、図４Ｃ、図５Ｃを比較すると、いずれも光半透過膜はＳｉＯ２の層とＴａ２Ｏ５の層との積層構造を有している。このように似た構造であっても、積層数や各層の厚さなどの設計により反射特性を制御できることがわかる。
また、入射角が０°のときの反射特性である図３Ａと図５Ａとを比較すると図５Ａでは可視波長領域に大きなピークが現れ、波長によって反射率が大きく変化している。図３Ａと図４Ａとを比較すると図４Ａでは６３０ｎｍ付近から反射率が低下し始める。本実施の形態では、このように入射角が０°のときの反射特性を多少犠牲にしても入射角が７０°のときの反射特性を重視するように光半透過膜を設計している。
以上の実施例によれば、コンバイナ３０の入射角が０°である場合、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短く、入射角が７０°である場合、Ｓ波成分の反射率のピークの波長が黄色の波長範囲の下限波長よりも短い。そのため、黄色の光よりも短波長の光を強く反射できる。また、黄色の光よりも短波長の光の反射が強くなるので、黄色の光の反射を低減できる。また、黄色の光の反射が低減されるので、色のついた光の反射を抑制できる。また、入射角が７０°である場合、Ｓ波成分の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が６２０ｎｍよりも短いので、反射波に含まれる黄色の成分を抑制できる。
また、コンバイナ３０の入射角が０°である場合、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の下限波長が４６０ｎｍよりも長いので、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲を狭くできる。また、コンバイナ３０の入射角が０°である場合において反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲が狭くなるので、入射角が７０°である場合の反射特性を変更できる。また、太陽光のうちの緑色成分もコンバイナ３０を透過しやすくなるので、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光を運転者に向かわせることができる。また、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光が運転者に向かうので、コンバイナ３０からの光が、紫色がかって見えることを抑制できる。
また、コンバイナ３０の少なくとも反射面における緑色の波長範囲の透過率を、当該波長範囲の短波長側および長波長側の透過率よりも高くする。そのため、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光を運転者に向かわせることができる。また、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光が運転者に向かうので、コンバイナ３０からの光が、紫色がかって見えることを抑制できる。また、表示光における青色の波長範囲の強度を高くするので、虚像における青色を補充できる。また、虚像における青色が補充されるので、虚像が黄緑色がかることを抑制できる。
以上、実施例をもとに本実施の形態を説明した。これらの実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは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。
本実施例において、第１値は０°であるとされ、第２値は７０°であるとされる。しかしながら、第１値は、正対して反射する場合にＨＵＤ装置の像を反射する角度を意味し、例えば０°以上、２５°以下である。第２値は、通常想定されるＨＵＤ装置の設定状態において、太陽光が反射する場合に相当し、例えば６０°以上、８５°以下である。本変形例によれば、コンバイナ３０の特性の規定を柔軟に設定できる。
本実施例において、コンバイナ３０はＨＵＤ装置１００に含まれる。しかしながらこれに限らず例えば、コンバイナ３０はＨＵＤ装置１００に含まれず、単独で構成されてもよい。その際、コンバイナ３０には、スマートフォンのディスプレイから出射される表示光が入射されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
本実施例において、反射面３２を有する反射膜が樹脂成形品に蒸着されることによってコンバイナ３０が作製される。しかしながらこれに限らず例えば、反射面３２を有する反射膜がフィルムとして構成され、当該フィルムが樹脂成形品に貼り付けられることによってコンバイナ３０が作成されてもよい。その際、実施例におけるコンバイナ３０の反射特性はフィルムの反射特性に相当する。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様のコンバイナは、入射光を反射する反射面を有するコンバイナであって、以下の２条件を満たす。（１）反射面の法線と入射光との間の角度として定義される入射角が第１値である場合、第１の波長範囲４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下において、入射光の反射率の平均値が３０％以上であり、かつ入射光のピークに対して９０％の反射率となる第２の波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短い。（２）入射角が第１値よりも大きい第２値である場合、可視領域の波長範囲４００ｎｍ以上、７００ｎｍにおいて、入射光のうちのＳ波成分の反射率のピークの波長が黄色の波長範囲の下限値５７０ｎｍよりも短い。
この態様によると、入射角が第１値である場合、第２の波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短く、入射角が第２値である場合、Ｓ波成分の反射率のピークの波長が黄色の波長範囲の下限波長よりも短いので、色のついた光の反射を抑制できる。
入射角が第２値である場合、第１の波長範囲において、入射光のうちのＳ波成分の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が６５０ｎｍよりも短くてもよい。この場合、入射角が第２値である場合、入射光のうちのＳ波成分の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が６５０ｎｍ、特に６２０ｎｍよりも短いので、反射波に含まれる黄色の成分を抑制できる。
入射角が第１値である場合、第１の波長範囲において、入射光の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の下限波長が４５０ｎｍよりも長くてもよい。この場合、入射角が第１値である場合、反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の下限波長が４５０ｎｍ、特に４６０ｎｍよりも長いので、波長範囲が狭くなり、入射角が第２値である場合の反射特性を変更できる。
コンバイナの少なくとも反射面における波長範囲４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下での平均透過率は、波長範囲４００ｎｍ以上、４９５ｎｍ以下での平均透過率および波長範囲５７０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下での平均透過率よりも高くてもよい。この場合、太陽光のうちの緑色成分もコンバイナを透過しやすくなるので、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光を運転者に向かわせることができる。また、紫色の光と緑色の光とを合成した白色の光が運転者に向かうので、コンバイナからの光が紫色がかることを抑制できる。
本発明の別の態様は、ヘッドアップディスプレイ装置である。この装置は、表示光を出射する表示器と、表示光を反射する反射部材と、反射部材において反射された反射光が入射光として入射されるコンバイナとを有する。コンバイナは、入射光を反射する反射面を有する。そして以下の２条件を満たす。（１）反射面の法線と入射光との間の角度として定義される入射角が第１値である場合、第１の波長範囲４００ｎｍ以上、７００ｎｍ以下において、入射光の反射率の平均値が３０％以上であり、かつ平均値に対して９０％の反射率となる第２の波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短い。（２）入射角が第１値よりも大きい第２値である場合、第１の波長範囲において、入射光のうちのＳ波成分の反射率がピークとなるときの波長が、５７０ｎｍよりも短い。
この態様によると、入射角が第１値である場合、第２の波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短く、入射角が第２値である場合、Ｓ波成分の反射率のピークの波長が黄色の波長範囲の下限波長よりも短いので、色のついた光の反射を抑制できる。
表示光における波長範囲４００ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の平均強度が、波長範囲４８０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の平均強度よりも高くてもよい。この場合、表示光における青色の波長範囲の強度を高くするので、虚像における青色を補充できる。
表示器は、単一色のセグメント液晶であってもよい。この場合、表示器の構成を簡易にできる。
本発明は、コンバイナに関し、特に入射光の一部を反射するコンバイナおよびそれを利用したヘッドアップディスプレイ装置に利用可能である。
１０ 筐体
１２ 遮断カバー
１４ 蓋部
１６ 開口部
１８ 端部
１８ａ 第１端部
１８ｂ 第２端部
２０ 底面
２２ 壁面
３０，１３０ コンバイナ
３２，１３２ 反射面
５０ 表示器
５２ 出射面
５４ 透明カバー
５６ 反射部材
５８ ストッパ
７０ ウインドウシールド
８０ 太陽光
８２ Ｓ波成分
８２ａ 第１Ｓ波成分
８２ｂ 第２Ｓ波成分
８２ｃ 第３Ｓ波成分
８４ Ｐ波成分
８４ａ 第１Ｐ波成分
８４ｂ 第２Ｐ波成分
８４ｃ 第３Ｐ波成分
１００ ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）

Claims (10)

  1. 入射光を反射する反射面を有するコンバイナであって、
    （１）前記反射面の法線と前記入射光との間の角度として定義される入射角が０度以上２５度以下の第１値である場合、第１の波長範囲４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下において、前記入射光の反射率の平均値が３０％以上であり、かつ前記入射光のピークに対して９０％の反射率となる第２の波長範囲の上限波長が７００ｎｍよりも短く、
    （２）前記入射角が６０度以上、８５度以下の第２値である場合、前記第１の波長範囲において、前記入射光のうちのＳ波成分の反射率がピークとなるときの波長が、５７０ｎｍよりも短い、
    コンバイナ。
  2. 前記入射角が前記第２値である場合、前記入射光のうちの前記Ｓ波成分の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が、６５０ｎｍよりも短い、
    請求項１に記載のコンバイナ。
  3. 前記第２の波長範囲の下限波長が、４５０ｎｍよりも長い、
    請求項１または２に記載のコンバイナ。
  4. 前記コンバイナの少なくとも前記反射面における波長範囲４９５ｎｍ以上５７０ｎｍ以下での平均透過率は、波長範囲４００ｎｍ以上４９５ｎｍ以下での平均透過率および波長範囲５７０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下での平均透過率よりも高い、請求項３に記載のコンバイナ。
  5. 表示光を出射する表示器と、
    前記表示光を反射する反射部材と、
    前記反射部材において反射された反射光が入射光として入射される請求項１記載のコンバイナと、を備えた、
    ヘッドアップディスプレイ装置。
  6. 前記入射角が前記第２値である場合、前記入射光のうちの前記Ｓ波成分の反射率のピークに対して９０％の反射率となる波長範囲の上限波長が、６５０ｎｍよりも短い、
    請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  7. 前記第２の波長範囲の下限波長が、４５０ｎｍよりも長い、
    請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  8. 前記コンバイナの少なくとも前記反射面における波長範囲４９５ｎｍ以上、５７０ｎｍ以下での平均透過率は、波長範囲４００ｎｍ以上、４９５ｎｍ以下での平均透過率および波長範囲５７０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の平均透過率よりも高い、
    請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  9. 前記表示器が出射する前記表示光における波長範囲４００ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の平均強度が、波長範囲４８０ｎｍ以上、７００ｎｍ以下の平均強度よりも高い、
    請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
  10. 前記表示器は、単一色のセグメント液晶である、
    請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
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