JPWO2019151482A1 - Head-up display device - Google Patents

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賢 唐井
淳史 渡邉
淳史 渡邉
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Abstract

本発明は、中間スクリーン(2)の赤外線による発熱及び紫外線による劣化を抑制することを目的とする。本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、画像形成ユニット(1)から投影された像が結像される中間スクリーン(2)と、前記中間スクリーン(2)に結像された像を拡大する拡大光学系(3)と、前記拡大光学系(3)により拡大される像を観察者に虚像として認識させる光透過性の表示部材(5)と、を備え、外部から照射された基準太陽光が、前記中間スクリーン(2)に到達した際、紫外光(波長範囲280〜400nm)の分光放射照度の積分値と赤外光(波長範囲760〜2500nm)の分光放射照度の積分値の和が、可視光(波長範囲400〜760nm)の分光放射照度の積分値の30%以下であ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。An object of the present invention is to suppress heat generation due to infrared rays and deterioration due to ultraviolet rays of the intermediate screen (2). The head-up display device of the present invention includes an intermediate screen (2) on which an image projected from an image forming unit (1) is formed, and a magnifying optical system that magnifies an image formed on the intermediate screen (2). (3) and a light-transmitting display member (5) that allows the observer to recognize the image magnified by the magnifying optical system (3) as a virtual image, and the reference sunlight irradiated from the outside is the above-mentioned. When the intermediate screen (2) is reached, the sum of the integrated value of the spectral radiation optics of ultraviolet light (wavelength range 280 to 400 nm) and the integrated value of the spectral radiation optics of infrared light (wavelength range 760 to 2500 nm) is the visible light. The head-up display device is characterized in that it is 30% or less of the integrated value of the spectral emission illuminance (wavelength range 400 to 760 nm).

Description

本発明は、自動車等の輸送機械に主に用いら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 mainly used for a transportation machine such as an automobile.

従来から、ヘッドアップディスプレイ(HUD)やレーザプロジェクタなどに、マイクロレンズアレイ(MLA)を用いた拡散板をスクリーンとして適用する技術が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、乳半板やすりガラスなどの拡散板を用いる場合と比較して、マイクロレンズの形状を制御することで拡散光を必要な角度に出射して効率的に光を利用することや、スペックルノイズを抑制できるといったメリットがある。 Conventionally, a technique of applying a diffuser plate using a microlens array (MLA) as a screen to a head-up display (HUD), a laser projector, or the like has been proposed. When a microlens array is used, compared to the case where a diffuser such as a milk half plate or frosted glass is used, the diffused light is emitted at a required angle by controlling the shape of the microlens, and the light is used efficiently. There are merits such as being able to suppress speckle noise.

ヘッドアップディスプレイ(HUD)装置の表示光は、下方からフロントウインドシールドまたはその近傍のハーフミラーよりなる表示部(コンバイナ)に向けて照射されるため、太陽光がこの表示光と逆方向からヘッドアップディスプレイ装置内に侵入し、凹面鏡等よりなる拡大光学系を逆進することで集光されて、透過型液晶(TFT)パネルなどの表示素子を加熱し劣化させる問題がある。これを解決する方法として、可視光を透過させ赤外線を吸収させる透過部材や赤外線反射部材を使用する方法が考案されている(特許文献1および2)。 Since the display light of the head-up display (HUD) device is emitted from below toward the display unit (combiner) consisting of the front windshield or the half mirror in the vicinity thereof, the sunlight heads up from the opposite direction to this display light. There is a problem that a display element such as a transmissive liquid crystal (TFT) panel is heated and deteriorated by entering the display device and reversing a magnifying optical system made of a concave mirror or the like to collect light. As a method for solving this, a method of using a transmitting member or an infrared reflecting member that transmits visible light and absorbs infrared rays has been devised (Patent Documents 1 and 2).

一方、近年、虚像までの距離がより長くかつ虚像のサイズが従来よりも大きいHUD装置(AR−HUD:ARは拡張現実(Augmented Rearity)の略、虚像距離は6m以上)が望まれており、このようなHUD装置では太陽光の集光倍率がさらに大きくなり熱問題がより深刻なものとなる。例えば、虚像距離が2.5mから15mになると、太陽光がより高倍率で集光され、その放射照度が約9倍に増大すると言われている。このため、光吸収率が高いTFTパネルの代わりに、DMD(デジタルミラーデバイス)素子などの画像形成ユニットから投射された像を光吸収率が低い透過型の中間スクリーンに結像させる投射型HUD装置が提案されている(非特許文献1、2)。 On the other hand, in recent years, there has been a demand for a HUD device (AR-HUD: AR is an abbreviation for Augmented Reality, a virtual image distance of 6 m or more) in which the distance to the virtual image is longer and the size of the virtual image is larger than before. In such a HUD device, the focusing ratio of sunlight becomes even larger, and the heat problem becomes more serious. For example, when the virtual image distance is changed from 2.5 m to 15 m, it is said that sunlight is focused at a higher magnification and its irradiance increases about 9 times. Therefore, instead of a TFT panel having a high light absorption rate, a projection type HUD device that forms an image projected from an image forming unit such as a DMD (Digital Mirror Device) element on a transmissive intermediate screen having a low light absorption rate. Has been proposed (Non-Patent Documents 1 and 2).

特開2017−009855号公報JP-A-2017-909855 特開2017−129861号公報JP-A-2017-129861

IDW '15:proceedings of the International Display Workshops Vol.22, p.1094, PRJ4-4L (Augmented Reality Head-Up Display: Defining Brightness Requirements)IDW '15: proceedings of the International Display Workshops Vol.22, p.1094, PRJ4-4L (Augmented Reality Head-Up Display: Defining Brightness Requirements) DS 16 Proceedings:Proceedings for Display Summit 2016 held in Las Vegas in June (Next-Generation Augmented Reality Head-Up Display Design Considerations)DS 16 Proceedings: Proceedings for Display Summit 2016 held in Las Vegas in June (Next-Generation Augmented Reality Head-Up Display Design Considerations)

本出願の発明者らは、以下の課題を見出した。
特許文献1および2に記載されているように、可視光を透過させ赤外線を吸収させる透過部材や赤外線反射部材を使用する方法によれば、太陽光の波長スペクトルのうち、赤外線の一部を除去することができる。これらの方法によれば、投射型HUD装置の中間スクリーンの太陽光が集光された部分の温度上昇をある程度抑制できる。しかし、虚像距離が長く、虚像サイズが大きいHUD装置では、太陽光の集光倍率がより高くなるため、この方法では十分に温度上昇を抑制できない可能性がある。
The inventors of the present application have found the following problems.
As described in Patent Documents 1 and 2, according to a method using a transmitting member or an infrared reflecting member that transmits visible light and absorbs infrared rays, a part of infrared rays in the wavelength spectrum of sunlight is removed. can do. According to these methods, it is possible to suppress the temperature rise of the portion of the intermediate screen of the projection type HUD device where sunlight is concentrated to some extent. However, in a HUD device having a long virtual image distance and a large virtual image size, the focusing ratio of sunlight is higher, so that this method may not be able to sufficiently suppress the temperature rise.

また、特許文献2は前記赤外反射部材の波長700〜1400nmの反射率を一定値以上になるように規定している。しかし、中間スクリーンが樹脂製の場合は1400nm以上の波長成分の吸収により発生する熱の影響を無視できない。 Further, Patent Document 2 defines that the reflectance of the infrared reflecting member at a wavelength of 700 to 1400 nm is set to a certain value or more. However, when the intermediate screen is made of resin, the influence of heat generated by absorption of wavelength components of 1400 nm or more cannot be ignored.

さらに、太陽光の波長成分のうち、紫外光成分が中間スクリーンに集光されると、発熱の問題だけではなく、太陽光の紫外線成分により中間スクリーンの材料が劣化するという問題もある。 Further, when the ultraviolet light component among the wavelength components of sunlight is condensed on the intermediate screen, there is a problem that not only the problem of heat generation but also the material of the intermediate screen is deteriorated by the ultraviolet component of sunlight.

本発明の目的は、外部から入射する太陽光による中間スクリーンの発熱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である。 An object of the present invention is to provide a head-up display device that suppresses heat generation of an intermediate screen due to sunlight incident from the outside.

上記課題を解決する本発明は、
画像形成ユニットから投影された像が結像される中間スクリーンと、前記中間スクリーンに結像された像を拡大する拡大光学系と、前記拡大光学系により拡大される像を観察者に虚像として認識させる光透過性の表示部材と、を少なくとも備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置内に外部から照射された基準太陽光(AM1.5G)が、前記中間スクリーンに到達した際、紫外光(波長範囲280〜400nm)の分光放射照度の積分値と赤外光(波長範囲760〜2500nm)の分光放射照度の積分値の和が、可視光(波長範囲400〜760nm)の分光放射照度の積分値の30%以下であ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。
The present invention that solves the above problems
The intermediate screen on which the image projected from the image forming unit is formed, the magnifying optical system that magnifies the image formed on the intermediate screen, and the image magnified by the magnifying optical system are recognized by the observer as virtual images. It is a head-up display device including at least a light-transmitting display member for causing light transmission.
When the reference sunlight (AM1.5G) radiated from the outside into the head-up display device reaches the intermediate screen, the integrated value of the spectral irradiance of ultraviolet light (wavelength range 280 to 400 nm) and infrared light. A head-up display device characterized in that the sum of the integrated values of the spectral irradiances (wavelength range 760 to 2500 nm) is 30% or less of the integrated values of the spectral irradiances of visible light (wavelength range 400 to 760 nm). Is.

前記ヘッドアップディスプレイ装置は、赤外線カットフィルター、紫外線カットフィルター、NDフィルターのうちの少なくとも一つの機能を有する光学部材を、前記中間スクリーンの太陽光入射側に備えているのが好ましく、前記光学部材は、前記中間スクリーンの一部と同じ材料からなっていることがより好ましい。 The head-up display device preferably includes an optical member having at least one function of an infrared cut filter, an ultraviolet cut filter, and an ND filter on the sunlight incident side of the intermediate screen. , It is more preferable that it is made of the same material as a part of the intermediate screen.

また、本発明において、基準太陽光(AM1.5G)が前記中間スクリーンに到達する際、前記中間スクリーン面内の放射照度の最大値が300W/m以下であることが好ましい。Further, in the present invention, when the reference sunlight (AM1.5G) reaches the intermediate screen, the maximum value of the irradiance in the intermediate screen surface is preferably 300 W / m 2 or less.

本発明において前記中間スクリーンは、厚みが0.15〜0.4mm以下の樹脂フィルムの少なくとも片面に、マイクロレンズアレイを形成してなるものであるのが好ましい。 In the present invention, the intermediate screen is preferably formed by forming a microlens array on at least one side of a resin film having a thickness of 0.15 to 0.4 mm or less.

さらに本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、虚像距離が5mより長い場合に好適である。 Further, the head-up display device of the present invention is suitable when the virtual image distance is longer than 5 m.

本発明によれば、外部から入射する太陽光による中間スクリーンの発熱を抑制したヘッドアップディスプレイ装置が提供される。 According to the present invention, there is provided a head-up display device that suppresses heat generation of an intermediate screen due to sunlight incident from the outside.

本発明のヘッドアップディスプレイ装置(HUD)の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the schematic structure of the head-up display device (HUD) of this invention. フィルム厚みと温度上昇との関係を示す。The relationship between the film thickness and the temperature rise is shown. 図2の結果を得た測定方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the measurement method which obtained the result of FIG. 基準太陽光(AM1.5G)の放射照度スペクトルである。It is an irradiance spectrum of a reference sunlight (AM1.5G). 中間スクリーン2の吸収スペクトルの例である。This is an example of the absorption spectrum of the intermediate screen 2. 図5の中間スクリーンに図4の基準太陽光が入射したときに、中間スクリーンで吸収される太陽光の分光放射照度を示す図である。It is a figure which shows the spectral irradiance of the sunlight absorbed by the intermediate screen when the reference sunlight of FIG. 4 is incident on the intermediate screen of FIG. フレネルレンズにより集光された太陽光が中間スクリーンまたはTFTパネルを照射する時の放射照度と温度上昇との関係を実測した実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which measured the relationship between the irradiance and the temperature rise when the sunlight collected by a Fresnel lens irradiates an intermediate screen or a TFT panel. 図7Aの横軸を集光倍率に換算した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of converting the horizontal axis of FIG. 7A into a light condensing magnification. フレネルレンズ以外の光学部材を挿入した場合の実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result when the optical member other than a Fresnel lens is inserted. 補正後の温度上昇と集光倍率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature rise after correction and the condensing magnification. 実施例・比較例で用いた光学部材の分光透過率または分光反射率を示す図である。It is a figure which shows the spectral transmittance or the spectral reflectance of the optical member used in an Example / comparative example.

(ヘッドアップディスプレイ装置の構成)
図1は、本発明のヘッドアップディスプレイ装置(HUD)の概略構成の一例を示す断面図である。本発明のHUDは車両に搭載され、主に、画像形成ユニット(PGU)1、中間スクリーン2、凹面鏡3、カバー部4、およびウインドシールド5、HUDモジュール筐体6を備える。
(Configuration of head-up display device)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a schematic configuration of the head-up display device (HUD) of the present invention. The HUD of the present invention is mounted on a vehicle and mainly includes an image forming unit (PGU) 1, an intermediate screen 2, a concave mirror 3, a cover portion 4, a windshield 5, and a HUD module housing 6.

PGUで形成された画像は中間スクリーンに結像される。中間スクリーンはPGUから照射された映像光の発散角を拡げることで、スクリーン上に実像を形成する。中間スクリーンから出射された映像光は凹面鏡等を用いた拡大光学系を経てウインドシールド等よりなる表示部材(コンバイナ)に到達する。拡大光学系は中間スクリーンに表示された画像を拡大し、さらに映像光がウインドシールドよりなるコンバイナで反射され、観察者の目に到達する。これにより観察者は拡大された虚像を視認することができる。カバー部は通常ダッシュボードに設けられた開口に嵌めこまれており、HUDのハウジング内にゴミが侵入して、中間スクリーンや凹面鏡などの光学部材に付着することによる画質悪化を抑制する。カバー部は透明であり、光を透過する。 The image formed by the PGU is imaged on an intermediate screen. The intermediate screen forms a real image on the screen by expanding the divergence angle of the image light emitted from the PGU. The image light emitted from the intermediate screen reaches a display member (combiner) made of a windshield or the like through a magnifying optical system using a concave mirror or the like. The magnifying optics magnifies the image displayed on the intermediate screen, and the image light is reflected by the combiner consisting of the windshield and reaches the observer's eyes. This allows the observer to see the magnified virtual image. The cover portion is usually fitted in an opening provided in the dashboard, and dust invades into the housing of the HUD and suppresses deterioration of image quality due to adhesion to optical members such as an intermediate screen and a concave mirror. The cover is transparent and transmits light.

中間スクリーンとしては、拡散作用を有する光学部材であれば透過型・反射型を問わず種々の部材が適用できるが、樹脂製の透明基材の少なくとも片面にマイクロレンズアレイが形成された透過型スクリーンが好適に用いられる。マイクロレンズアレイは公知の方法により形成できる。マイクロレンズアレイの成形に使用する金型は切削で形成してもよい。またフォトリソグラフィで鋳型を作り、この鋳型を元に金型を形成してもよい。マイクロレンズアレイシートの成形に耐えうる金型であればどのような金型でも使うことができる。
マイクロレンズアレイの成形には、射出成形、プレス成形、紫外線硬化による成形など、樹脂フィルムの成形に好適な手段が広く利用できる。また成形して得られたシートを透明基材に貼り付けてもよい。また透明基材上に配置した樹脂を成形してもよい。透明基材には、PC、PET、PMMA、PET、COP、ガラスなどを使うことができるが、光学物性や車載環境における信頼性の点でPC、COP、ガラスが好適である。
As the intermediate screen, various members can be applied regardless of whether it is a transmission type or a reflection type as long as it is an optical member having a diffusing action, but a transmission type screen in which a microlens array is formed on at least one surface of a transparent resin base material. Is preferably used. The microlens array can be formed by a known method. The mold used for molding the microlens array may be formed by cutting. Alternatively, a mold may be made by photolithography and a mold may be formed based on the mold. Any mold that can withstand molding of the microlens array sheet can be used.
For molding the microlens array, a means suitable for molding a resin film, such as injection molding, press molding, and molding by ultraviolet curing, can be widely used. Further, the sheet obtained by molding may be attached to a transparent base material. Further, the resin arranged on the transparent base material may be molded. As the transparent substrate, PC, PET, PMMA, PET, COP, glass and the like can be used, but PC, COP and glass are preferable in terms of optical physical characteristics and reliability in an in-vehicle environment.

図2はフィルム厚みと温度上昇との関係を示す。図2中の○印「実測」のプロットは、厚み1mmのPMMAシートに5,000W/mの太陽光を集光したときの温度上昇値を実測した結果を表す。図2中の■印「計算結果」のプロットは伝熱計算により厚み依存性を計算した結果である。FIG. 2 shows the relationship between the film thickness and the temperature rise. The plot of "actual measurement" marked with a circle in FIG. 2 represents the result of actual measurement of the temperature rise value when 5,000 W / m 2 of sunlight is condensed on a PMMA sheet having a thickness of 1 mm. The plot of the “calculation result” marked with ■ in FIG. 2 is the result of calculating the thickness dependence by the heat transfer calculation.

図3は図2の結果を得た測定方法を示す模式図である。フレネルレンズ7により、太陽光を中間スクリーン8上に集光した。太陽光の放射照度は、予めフレネルレンズ7から中間スクリーン8までの距離と放射照度との関係を照度計により実測しておき、所望の放射照度が得られるようにフレネルレンズ7の高さを調整した。中間スクリーンの温度は赤外線カメラ9により測定した。図2の結果は、中間スクリーン8の代わりに、厚み1mmのPMMAシートを置いた場合の実験結果である。このとき、赤外線カメラで温度を計測するための放射率は、吸収スペクトルから求めた0.996を採用した。 FIG. 3 is a schematic view showing a measurement method obtained with the result of FIG. Sunlight was focused on the intermediate screen 8 by the Fresnel lens 7. For the irradiance of sunlight, the relationship between the distance from the Fresnel lens 7 to the intermediate screen 8 and the irradiance is measured in advance with an illuminometer, and the height of the Fresnel lens 7 is adjusted so that the desired irradiance can be obtained. did. The temperature of the intermediate screen was measured by the infrared camera 9. The result of FIG. 2 is an experimental result when a PMMA sheet having a thickness of 1 mm is placed instead of the intermediate screen 8. At this time, the emissivity for measuring the temperature with the infrared camera was 0.996 obtained from the absorption spectrum.

中間スクリーン2の厚みを薄くすると、車外から侵入した太陽光の吸収量が減り、中間スクリーン2の発熱を抑えることができるため、中間スクリーン2の厚みは0.15〜0.5mmにすることが好ましい。例えば、中間スクリーン2の厚みを3mmから1mmに薄くすると、図2に示すように、発熱による温度上昇は約20%低減できる。さらに0.3mmまで薄くすると発熱による温度上昇を約50%まで低減可能であり、中間スクリーン2を薄膜化することにより大きな発熱抑制効果が得られることが分かる。一方、中間スクリーン2の厚みが薄くなり過ぎると撓みやすくなるため、ヘッドアップディスプレイ装置を組み立てるときの取り扱いが難しくなったり、車載で使用されるときの振動の影響を受けやすくなるなどの問題が生じる恐れがある。 When the thickness of the intermediate screen 2 is reduced, the amount of sunlight that has entered from the outside of the vehicle is reduced and the heat generation of the intermediate screen 2 can be suppressed. Therefore, the thickness of the intermediate screen 2 can be set to 0.15 to 0.5 mm. preferable. For example, when the thickness of the intermediate screen 2 is reduced from 3 mm to 1 mm, as shown in FIG. 2, the temperature rise due to heat generation can be reduced by about 20%. Further, when the thickness is reduced to 0.3 mm, the temperature rise due to heat generation can be reduced to about 50%, and it can be seen that a large heat generation suppressing effect can be obtained by thinning the intermediate screen 2. On the other hand, if the thickness of the intermediate screen 2 becomes too thin, it tends to bend, which causes problems such as difficulty in handling when assembling the head-up display device and being easily affected by vibration when used in a vehicle. There is a fear.

(中間スクリーンの発熱に影響する太陽光の波長成分について)
図4は、基準太陽光(AM1.5G)の放射照度スペクトルである。AM1.5Gは、“Air Mass 1.5 Global”の略であり、ASTM G173−03 Reference Spectra Derived from SMART v.2.9.2のGlobal tiltで規定される太陽光分光照射スペクトルであって、280nmから4000nmまでの波長範囲を積分した放射照度を1,001W/mとしたものである。
図5は中間スクリーン2の吸収スペクトルの例である。ここでは、厚み0.3mmのポリカーボネート基材に厚み0.05mmのUV硬化樹脂層を塗工し、その表面にマイクロレンズアレイパターンを形成した中間スクリーンの吸収スペクトルの測定結果を示している。
図6は、図5の中間スクリーンに図4の基準太陽光が入射したときに、中間スクリーンで吸収される太陽光の分光放射照度であり、図4と図5の各データを波長ごとに積算した結果である。太陽光照射による中間スクリーンの温度上昇は中間スクリーンで吸収される分光放射照度の積算値に比例する。図6の結果から、波長350nm付近、1680nm付近、および2000nmより長波長側の吸収が大きいことが分かった。
(About the wavelength component of sunlight that affects the heat generation of the intermediate screen)
FIG. 4 is an irradiance spectrum of reference sunlight (AM1.5G). AM1.5G is an abbreviation for "Air Mass 1.5 Global", and ASTM G173-03 Reference Spectra Derived from SMART v. It is a solar spectroscopic irradiation spectrum defined by Global tilt of 2.9.2, and the irradiance obtained by integrating the wavelength range from 280 nm to 4000 nm is set to 1,001 W / m 2 .
FIG. 5 is an example of the absorption spectrum of the intermediate screen 2. Here, the measurement result of the absorption spectrum of an intermediate screen in which a UV curable resin layer having a thickness of 0.05 mm is coated on a polycarbonate base material having a thickness of 0.3 mm and a microlens array pattern is formed on the surface thereof is shown.
FIG. 6 shows the spectral irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen when the reference sunlight of FIG. 4 is incident on the intermediate screen of FIG. 5, and the data of FIGS. 4 and 5 are integrated for each wavelength. It is the result of The temperature rise of the intermediate screen due to sunlight irradiation is proportional to the integrated value of the spectral irradiance absorbed by the intermediate screen. From the results of FIG. 6, it was found that the absorption at wavelengths around 350 nm, around 1680 nm, and on the longer wavelength side than 2000 nm was large.

(太陽光の可視光以外の成分を減衰させる方法)
図6に示した中間スクリーンで吸収される太陽光を効果的に減衰させる方法の例を以下に示す。
一般にウインドシールド5は合わせガラスにより構成されるが、その中間膜を適切に選択することにより、上記の紫外線および赤外線成分を有効にカットするようにすることができる。
カバー部4として樹脂材料を用いれば、樹脂単体で紫外線を吸収することができる。また紫外線吸収剤の添加またはコーティングにより、更に多くの紫外線を吸収することもできる。カバー部を中間スクリーン2と同じ材料、または中間スクリーン2の透明基材と同じ材料により形成すれば、太陽光が中間スクリーン2で吸収される波長成分を大幅に低減することも可能である。
(Method of attenuating components other than visible light of sunlight)
An example of a method for effectively attenuating the sunlight absorbed by the intermediate screen shown in FIG. 6 is shown below.
Generally, the windshield 5 is made of laminated glass, but by appropriately selecting the interlayer film thereof, the above-mentioned ultraviolet and infrared components can be effectively cut.
If a resin material is used as the cover portion 4, the resin alone can absorb ultraviolet rays. Further, more ultraviolet rays can be absorbed by adding or coating an ultraviolet absorber. If the cover portion is made of the same material as the intermediate screen 2 or the same material as the transparent base material of the intermediate screen 2, it is possible to significantly reduce the wavelength component of sunlight absorbed by the intermediate screen 2.

ウインドシールド5とカバー部4を透過した太陽光の紫外線や赤外線の放射強度が高すぎる場合は、凹面鏡の表面に光学薄膜を積層し、紫外線や赤外線を吸収させることができる。また、カバー部4の表面に光学薄膜を積層して、紫外線や赤外線を反射させる機能を持たせることができる。また、赤外線を反射する部材をカバー部4と中間スクリーン2との間に設置することも可能である。偏光板をカバー部4と中間スクリーン2との間に設置することも太陽光の放射照度を下げるために有効である。 When the radiant intensity of ultraviolet rays or infrared rays of sunlight transmitted through the windshield 5 and the cover portion 4 is too high, an optical thin film can be laminated on the surface of the concave mirror to absorb the ultraviolet rays and infrared rays. Further, an optical thin film can be laminated on the surface of the cover portion 4 to have a function of reflecting ultraviolet rays and infrared rays. It is also possible to install a member that reflects infrared rays between the cover portion 4 and the intermediate screen 2. It is also effective to install the polarizing plate between the cover portion 4 and the intermediate screen 2 in order to reduce the irradiance of sunlight.

これらの光学部材の組み合わせにより、外部からHUD装置内に侵入する太陽光の紫外線および赤外線成分を減衰させることが可能である。基準太陽光(AM1.5G)では、紫外光(波長範囲280〜400nm)の分光放射照度の積分値は、全波長領域(波長範囲250〜2500nm)の分光放射照度の積分値の約5%の比率である。上記光学部材の組み合わせによりこの比率を0.5%以下に減衰させることにより、中間スクリーンの紫外線劣化を防ぐことができ好適である。さらに、基準太陽光(AM1.5G)が前記中間スクリーンに到達した際の紫外光(波長範囲280〜400nm)の分光放射照度の積分値と赤外光(波長範囲760〜2500nm)の分光放射照度の積分値の和を、可視光(波長範囲400〜760nm)の分光放射照度の積分値の30%以下にすることが中間スクリーンの温度上昇を抑えるために必要であり、20%以下にすることが好適である。
この条件の場合、太陽光が車外からHUD装置内に侵入して中間スクリーン2に照射されても、紫外線による中間スクリーンの劣化を防ぐとともに、太陽光の集光による中間スクリーンの温度上昇を抑制できる。
By combining these optical members, it is possible to attenuate the ultraviolet and infrared components of sunlight that enter the HUD device from the outside. In reference sunlight (AM1.5G), the integrated value of the spectral irradiance of ultraviolet light (wavelength range 280 to 400 nm) is about 5% of the integrated value of the spectral irradiance of the entire wavelength region (wavelength range 250 to 2500 nm). It is a ratio. By attenuating this ratio to 0.5% or less by combining the above optical members, it is possible to prevent ultraviolet deterioration of the intermediate screen, which is preferable. Further, the integrated value of the spectral irradiance of ultraviolet light (wavelength range 280 to 400 nm) and the spectral irradiance of infrared light (wavelength range 760 to 2500 nm) when the reference sunlight (AM1.5G) reaches the intermediate screen. It is necessary to make the sum of the integrated values of the above 30% or less of the integrated value of the spectral irradiance of visible light (wavelength range 400 to 760 nm) in order to suppress the temperature rise of the intermediate screen, and to make it 20% or less. Is preferable.
Under this condition, even if sunlight enters the HUD device from the outside of the vehicle and irradiates the intermediate screen 2, the deterioration of the intermediate screen due to ultraviolet rays can be prevented and the temperature rise of the intermediate screen due to the concentration of sunlight can be suppressed. ..

(太陽光集光による中間スクリーンの発熱をさらに抑制する方法)
虚像の拡大倍率が大きい場合、車外から侵入する太陽光の集光倍率も大きくなるため、上述の方法では中間スクリーンの温度上昇抑制効果が不十分な場合がある。このような場合には、透過率が低いウインドシールドを採用する、フレネルハーフミラーをラミネートしたウインドシールドを採用する、カバー部の透過率を下げる、凹面鏡の反射率を下げる、中間スクリーンを透過率が低いガラスにラミネートしガラス面を凹面鏡側に配置して使う、などの方法を用いることができる。
フレネルハーフミラーをウインドシールドにラミネートした場合は、映像光の拡大率がフレネルハーフミラーの効果を受けるのに対し、太陽光はその影響を受けないため、太陽光が中間スクリーンに到達するまでの集光率を低く抑えることができる。
(Method of further suppressing heat generation of the intermediate screen due to sunlight condensing)
When the magnification of the virtual image is large, the focusing magnification of sunlight entering from the outside of the vehicle is also large, so that the above method may not be effective in suppressing the temperature rise of the intermediate screen. In such cases, use a windshield with low transmittance, use a windshield laminated with Fresnel half mirrors, reduce the transmittance of the cover, reduce the reflectance of the concave mirror, and reduce the transmittance of the intermediate screen. A method such as laminating on low glass and arranging the glass surface on the concave mirror side can be used.
When the Fresnel half mirror is laminated on the windshield, the magnification of the image light is affected by the effect of the Fresnel half mirror, but the sunlight is not affected by it, so the collection until the sunlight reaches the intermediate screen. The light rate can be kept low.

上記方法のうち、透過率が低いウインドシールドを使うより、それ以外の方法を用いた方が太陽光照射時の画像コントラスト低下を同時に改善できるので好適である。車外から侵入し、スクリーンに到達した太陽光は、スクリーンで反射し、一部が観察者の瞳に届くため、画像コントラストを低下させる。このとき、カバー部の透過率を下げる、凹面鏡の反射率を下げる、中間スクリーンを透過率が低いガラスにラミネートしガラス面を凹面鏡側に配置して使う方法のうちのいずれか一つまたはその組み合わせを採用すれば、太陽光が観察者の瞳に戻るまでにこれらの部材を2回透過して太陽光の強度を減衰させる。一方、PGUから出射した映像光はこれらの部材を1回のみ透過するので、太陽光による画像コントラスト低下を抑制できる。透過率が低いウインドシールドを採用した場合は、太陽光が観察者の瞳に戻るまでに、このウインドシールドを1回透過するだけなので、画像コントラスト低下を防ぐことについては効果的ではない。 Of the above methods, it is preferable to use a windshield having a low transmittance, because it is possible to simultaneously improve the decrease in image contrast during sunlight irradiation. Sunlight that enters from outside the vehicle and reaches the screen is reflected by the screen, and part of it reaches the observer's eyes, reducing image contrast. At this time, one of the methods of lowering the transmittance of the cover portion, lowering the reflectance of the concave mirror, laminating the intermediate screen on the glass having low transmittance and arranging the glass surface on the concave mirror side, or a combination thereof. If is adopted, these members are transmitted twice before the sunlight returns to the observer's pupil to attenuate the intensity of the sunlight. On the other hand, since the image light emitted from the PGU passes through these members only once, it is possible to suppress a decrease in image contrast due to sunlight. When a windshield with low transmittance is adopted, it is not effective in preventing a decrease in image contrast because it only transmits the windshield once before the sunlight returns to the observer's eyes.

以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples of the present invention.

(実施例)
図7Aはフレネルレンズにより集光された太陽光が中間スクリーンまたはTFTパネルを照射する時の放射照度と温度上昇との関係を実測した実験結果である。ここでフレネルレンズは、HUDにおける画像拡大光学系(凹面鏡他)を置き換えたものである。
実験には図3に示した測定系を用い、フレネルレンズと中間スクリーンまたはTFTパネルとの距離を変えることにより、集光される太陽光の放射照度を変えた。中間スクリーンは、PCフィルム基材(厚み0.3mm)の片面にUV硬化樹脂(厚み0.05mm)を塗工し、その表面にマイクロレンズアレイを形成したもの用いている。太陽光はUV硬化樹脂側を下にした状態で、PCフィルム基材表面から照射された。赤外カメラによる温度計測のための中間スクリーンの放射率は、吸収スペクトルから求めることができ、本実施例では0.902を採用した。TFTパネルは車載HUD装置から取り出したものを用いており、その放射率は吸収スペクトルから求めることができ、本実施例では0.980とした。
(Example)
FIG. 7A is an experimental result of measuring the relationship between the irradiance and the temperature rise when the sunlight focused by the Fresnel lens irradiates the intermediate screen or the TFT panel. Here, the Fresnel lens replaces the image magnifying optical system (concave mirror and the like) in the HUD.
In the experiment, the measurement system shown in FIG. 3 was used, and the irradiance of the focused sunlight was changed by changing the distance between the Fresnel lens and the intermediate screen or the TFT panel. As the intermediate screen, a UV curable resin (thickness 0.05 mm) is coated on one side of a PC film base material (thickness 0.3 mm), and a microlens array is formed on the surface thereof. The sunlight was irradiated from the surface of the PC film substrate with the UV curable resin side facing down. The emissivity of the intermediate screen for temperature measurement by the infrared camera can be obtained from the absorption spectrum, and 0.902 was adopted in this example. The TFT panel used is taken out from the in-vehicle HUD device, and its emissivity can be obtained from the absorption spectrum, and is set to 0.980 in this example.

ここで、図7Aの実験で用いられたフレネルレンズはアクリル樹脂製である。グラフの横軸は太陽光の波長成分の一部がアクリル樹脂製フレネルレンズにより吸収された後の放射照度であり、中間スクリーンまたはTFTパネルに照射される波長スペクトルはAM1.5G基準太陽光とは若干の乖離が生じる。図7Aの実験結果とHUD装置内の光学系による太陽光の幾何光学的な集光倍率との関係を把握するためには、図7Aの横軸が太陽光を何倍に集光した結果に相当するかを知る必要がある。そのために、以下の手順1により太陽光の幾何光学的な集光倍率を求めた。 Here, the Fresnel lens used in the experiment of FIG. 7A is made of acrylic resin. The horizontal axis of the graph is the irradiance after a part of the wavelength component of sunlight is absorbed by the Fresnel lens made of acrylic resin, and the wavelength spectrum irradiated to the intermediate screen or TFT panel is AM1.5G standard sunlight. There will be some divergence. In order to understand the relationship between the experimental results of FIG. 7A and the geometrical optics focusing magnification of sunlight by the optical system in the HUD device, the horizontal axis of FIG. 7A is the result of condensing sunlight at many times. You need to know if it corresponds. Therefore, the geometrical optics focusing magnification of sunlight was obtained by the following procedure 1.

(手順1)
フレネルレンズの透過スペクトルから逆算して、横軸をフレネルレンズの吸収が無い状態の放射照度に計算補正する。補正された放射照度を実験時の太陽光の放射照度で除算することにより、太陽光の幾何光学的な集光倍率を求める。
手順1により、図7Aの横軸を集光倍率に換算した結果を図7Bに示す。このとき、手順1に従い横軸を1.24倍に補正した。またTFTパネルの実験の時の太陽放射照度は640W/m、中間スクリーンの実験時には540W/mであった。
図7Bから、中間スクリーンの温度上昇は、スクリーンに入射する太陽光の放射照度に比例することが分かる。これは、中間スクリーンの上昇温度が中間スクリーンで吸収される太陽光の放射照度に比例するためである。また中間スクリーンとTFTパネルを比べると、中間スクリーンのほうが太陽光の吸収が少ないため、太陽集光による温度上昇が小さいことも明らかである。
(Procedure 1)
Back calculation is performed from the transmission spectrum of the Fresnel lens, and the horizontal axis is calculated and corrected to the irradiance without absorption of the Fresnel lens. The geometrical optics condensing magnification of sunlight is obtained by dividing the corrected irradiance by the irradiance of sunlight at the time of the experiment.
FIG. 7B shows the result of converting the horizontal axis of FIG. 7A into the focusing magnification according to the procedure 1. At this time, the horizontal axis was corrected to 1.24 times according to the procedure 1. Solar irradiance at the time of addition of the TFT panel experiment 640W / m 2, at the time of the intermediate screen experiments was 540 W / m 2.
From FIG. 7B, it can be seen that the temperature rise of the intermediate screen is proportional to the irradiance of sunlight incident on the screen. This is because the rising temperature of the intermediate screen is proportional to the irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen. Comparing the intermediate screen and the TFT panel, it is also clear that the intermediate screen absorbs less sunlight, so that the temperature rise due to solar condensing is smaller.

図8Aは、フレネルレンズ以外の光学部材を挿入した場合の実験結果を示す。図8Aに示したフレネルレンズを含む各光学部材の分光透過率または分光反射率スペクトルを図9に示した。
図8Aの横軸は、図7Bと同じく、図3の光学部材10の箇所に光学部材を挿入せず、フレネルレンズにより集光された太陽光が中間スクリーンまたはTFTパネル上に集光された場合の幾何光学的な集光倍率である。図8Aの縦軸は、アクリル製フレネルレンズとウインドシールドやカバー部材などの光学部材を組み合わせた場合の中間スクリーンの温度上昇である。
FIG. 8A shows the experimental results when an optical member other than the Fresnel lens is inserted. The spectral transmittance or spectral reflectance spectrum of each optical member including the Fresnel lens shown in FIG. 8A is shown in FIG.
The horizontal axis of FIG. 8A is the same as that of FIG. 7B when the optical member is not inserted at the position of the optical member 10 of FIG. 3 and the sunlight focused by the Fresnel lens is focused on the intermediate screen or the TFT panel. The geometrical optics focusing magnification of. The vertical axis of FIG. 8A is the temperature rise of the intermediate screen when the acrylic Fresnel lens and the optical member such as the windshield and the cover member are combined.

実際に車載されたHUD装置では、アクリル製フレネルレンズは使用されないため、この実験において中間スクリーンまたはTFTパネルに集光される太陽光の分光スペクトルは実際のHUD装置とは異なる。また実際のHUD装置では虚像を構成するために通常凹面鏡が使われているが、図3の実験系では光学部材10として透過部材のみが挿入可能であるため、凹面鏡の効果を実測することはできていない。上述したように、中間スクリーンの温度上昇は中間スクリーンで吸収される太陽光の放射照度に比例する。そのため、上記アクリル製フレネルレンズの透過スペクトルおよび凹面鏡の反射スペクトルから、図8Aの実験データを計算補正して、実際に車載されたHUD装置内の中間スクリーンの温度上昇を推定することができる。その手順を以下に示す。 Since the acrylic Fresnel lens is not used in the actually mounted HUD device, the spectral spectrum of the sunlight focused on the intermediate screen or the TFT panel in this experiment is different from the actual HUD device. Further, in an actual HUD device, a concave mirror is usually used to form a virtual image, but in the experimental system of FIG. 3, since only a transmission member can be inserted as the optical member 10, the effect of the concave mirror can be actually measured. Not. As mentioned above, the temperature rise of the intermediate screen is proportional to the irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen. Therefore, the temperature rise of the intermediate screen in the HUD device actually mounted on the vehicle can be estimated by calculating and correcting the experimental data of FIG. 8A from the transmission spectrum of the acrylic Fresnel lens and the reflection spectrum of the concave mirror. The procedure is shown below.

(手順2)
太陽光の分光スペクトルと、アクリル製フレネルレンズの分光透過スペクトルと、中間スクリーンまたはTFTパネルの分光吸収スペクトルとを各波長で乗算することにより、アクリル製フレネルレンズ有りのときに中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の分光放射照度を求める。
(手順3)
手順2の結果を250〜2500nmの波長範囲で積分することにより、フレネルレンズ有のときに中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の放射照度を求める。
(手順4)
太陽光の分光スペクトルと、中間スクリーンまたはTFTパネルの分光吸収スペクトルとを、各波長で乗算することにより、アクリル製フレネルレンズ無のときに中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の分光放射照度を求める。
(手順5)
手順4の結果を250〜2500nmの波長範囲で積分することにより、フレネルレンズ無のときに中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の放射照度を求める。
(手順6)
手順3と手順5で得られる放射照度の比から、フレネルレンズ無のときに中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の放射照度が、フレネルレンズ有のときの何倍になるかを求める。
(手順7)
実験で得られた温度上昇に手順6で得られた倍率を乗算することにより縦軸を補正する。
(手順8)
凹面鏡の反射スペクトルと手順4で得られた中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の分光放射照度との乗算により、凹面鏡有のときに中間スクリーンまたはTFTパネルで吸収される太陽光の分光放射照度を求める。これを250〜2500nmの波長範囲で積分した放射照度を求め、これが手順5で得られた放射照度との比率を計算する。この比率を手順7で求めた各温度上昇値に乗算することにより、縦軸をさらに補正する。
(Procedure 2)
By multiplying the spectral spectrum of sunlight, the spectral transmission spectrum of the acrylic Frenel lens, and the spectral absorption spectrum of the intermediate screen or TFT panel at each wavelength, the intermediate screen or TFT panel with the acrylic Frenel lens Find the spectral emission illuminance of the absorbed sunlight.
(Procedure 3)
By integrating the results of step 2 in the wavelength range of 250 to 2500 nm, the irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen or TFT panel with the Fresnel lens is determined.
(Procedure 4)
By multiplying the spectral spectrum of sunlight by the spectral absorption spectrum of the intermediate screen or TFT panel at each wavelength, the spectral irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen or TFT panel without an acrylic Fresnel lens Ask for.
(Procedure 5)
By integrating the results of step 4 in the wavelength range of 250 to 2500 nm, the irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen or TFT panel without the Fresnel lens is determined.
(Procedure 6)
From the ratio of the irradiance obtained in steps 3 and 5, it is determined how many times the irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen or the TFT panel without the Fresnel lens is higher than that with the Fresnel lens.
(Procedure 7)
The vertical axis is corrected by multiplying the temperature rise obtained in the experiment by the magnification obtained in step 6.
(Procedure 8)
By multiplying the reflection spectrum of the concave mirror with the spectral irradiance of sunlight absorbed by the intermediate screen or TFT panel obtained in step 4, the spectral radiation of sunlight absorbed by the intermediate screen or TFT panel when the concave mirror is present Find the irradiance. The irradiance obtained by integrating this in the wavelength range of 250 to 2500 nm is obtained, and the ratio to the irradiance obtained in step 5 is calculated. The vertical axis is further corrected by multiplying this ratio by each temperature rise value obtained in step 7.

上記の手順2〜手順8により図8Aの縦軸を補正した結果を図8Bに示す。ここでは凹面鏡を2個使用した場合を想定している。図8B(A)は、中間スクリーンに太陽光が直接集光されたと仮定した場合の温度上昇を示す。図8A(A)に比べて温度上昇が大幅に増大しているのは、アクリル製フレネルレンズが吸収していたUV光が中間スクリーンで吸収されるためである。一方、図8B(E)と図8A(E)の比較から、TFTパネルではアクリル製フレネルレンズの有無の影響は中間スクリーンに比べて小さい。TFTパネルはUVから可視領域にかけてほぼ一定の高い吸収率を持つためである。 The result of correcting the vertical axis of FIG. 8A by the above steps 2 to 8 is shown in FIG. 8B. Here, it is assumed that two concave mirrors are used. FIG. 8B (A) shows the temperature rise assuming that sunlight is directly focused on the intermediate screen. The reason why the temperature rise is significantly increased as compared with FIG. 8A (A) is that the UV light absorbed by the acrylic Fresnel lens is absorbed by the intermediate screen. On the other hand, from the comparison between FIGS. 8B (E) and 8A (E), the influence of the presence or absence of the acrylic Fresnel lens on the TFT panel is smaller than that on the intermediate screen. This is because the TFT panel has a high absorption rate that is almost constant from UV to the visible region.

図8B(B)は本発明の実施例1である。太陽光はウインドシールドとカバー部材と赤外反射フィルターと2枚の凹面鏡を経由して、中間スクリーン上に集光される。この場合、集光倍率が約45倍のときに温度上昇が45℃になることがグラフから読み取れる。HUD装置内の環境温度が最大105℃になる場合、中間スクリーンの温度上昇が45℃のとき、中間スクリーン温度がPCフィルム基材の融点である150℃に到達してしまうため、温度上昇を最大でも45℃未満に抑える必要がある。 FIG. 8B (B) is Example 1 of the present invention. Sunlight is focused on the intermediate screen via the windshield, cover member, infrared reflective filter and two concave mirrors. In this case, it can be read from the graph that the temperature rise becomes 45 ° C. when the light collection magnification is about 45 times. When the environmental temperature inside the HUD device reaches a maximum of 105 ° C, when the temperature rise of the intermediate screen is 45 ° C, the temperature rise of the intermediate screen reaches 150 ° C, which is the melting point of the PC film base material, so that the temperature rise is maximized. However, it is necessary to keep the temperature below 45 ° C.

図8B(C)は本発明の実施例2である。図8B(B)の光学部材に加えて、赤外用NDフィルターを追加した結果、集光倍率が約130倍になったときに温度上昇が45℃となっており、さらに高い集光倍率でも使用できることが分かる。 FIG. 8B (C) is a second embodiment of the present invention. As a result of adding an infrared ND filter in addition to the optical member shown in FIG. 8B (B), the temperature rise is 45 ° C. when the focusing magnification is about 130 times, and it can be used even at a higher focusing magnification. I know I can do it.

表1は、本発明の実施例と比較例1および実験で用いた光学部材の組合せを一覧表にしたものである。 Table 1 is a list of combinations of optical members used in Examples, Comparative Example 1 and experiments of the present invention.

Figure 2019151482
Figure 2019151482

HUD装置の画像を明るくするためには、各光学部材の可視光に対する透過率を高くする必要がある。一方、外部から侵入した太陽光の集光による中間スクリーンの過熱を防ぐには、各光学部材の可視光以外の透過率を下げるべきである。そこで、紫外光と赤外光との放射照度の和と可視光の放射照度との比をとると、紫外光と赤外光との和が可視光の放射照度の30%以下であるべきであり、20%以下とするのが好ましい。また、紫外光と可視光と赤外光の放射照度の総和は300W/m以下であり、260W/m以下であることが好ましい。In order to brighten the image of the HUD device, it is necessary to increase the transmittance of each optical member with respect to visible light. On the other hand, in order to prevent the intermediate screen from overheating due to the condensing of sunlight entering from the outside, the transmittance of each optical member other than visible light should be reduced. Therefore, when the ratio of the sum of the irradiance of ultraviolet light and infrared light to the irradiance of visible light is taken, the sum of the irradiance of ultraviolet light and infrared light should be 30% or less of the irradiance of visible light. Yes, it is preferably 20% or less. The total irradiance of ultraviolet light, visible light, and infrared light is 300 W / m 2 or less, and preferably 260 W / m 2 or less.

(比較例)
図8B(D)は、太陽光がウインドシールドとカバー部材と凹面鏡の各部材を経由して中間スクリーンに集光される従来構成の場合の中間スクリーンの温度上昇を示す。既に市販車に搭載されている直視型HUD装置と同等の虚像距離〜2.5mの従来の投射型HUD装置では、中間スクリーンに集光される太陽光の光学的な集光倍率は11倍程度だが、虚像距離が7mになるとその約5倍となり、虚像距離が15mになると約9倍、虚像距離が無限大の場合には約16倍に達する(非特許文献2)。図8B(D)のグラフから読み取ると、虚像距離〜2.5mの場合の温度上昇は約20℃であるが、虚像距離〜7m(集光倍率〜約55倍)の場合は中間スクリーンの温度上昇は約70℃に達し、過熱により熱変形してしまう。したがって、従来のHUD装置の虚像距離を遠くしてAR(Augmented Rearity)化する場合、虚像距離が5mを超えると装置内に侵入した太陽光の集光により中間スクリーンが過熱してダメージを受ける恐れがある。すなわち、本発明の適用は虚像距離が5mを越えるHUDにおいて効果的であり、6m以上の場合に特に効果が大きい。
(Comparison example)
FIG. 8B (D) shows the temperature rise of the intermediate screen in the case of the conventional configuration in which sunlight is focused on the intermediate screen via each member of the windshield, the cover member, and the concave mirror. With a conventional projection HUD device with a virtual image distance of ~ 2.5 m, which is equivalent to the direct-view HUD device already installed in commercial vehicles, the optical focusing magnification of sunlight focused on the intermediate screen is about 11 times. However, when the virtual image distance is 7 m, it is about 5 times that, when the virtual image distance is 15 m, it is about 9 times, and when the virtual image distance is infinite, it is about 16 times (Non-Patent Document 2). When read from the graph of FIG. 8B (D), the temperature rise is about 20 ° C. when the virtual image distance is about 2.5 m, but the temperature of the intermediate screen is when the virtual image distance is about 7 m (condensing magnification to about 55 times). The rise reaches about 70 ° C. and is thermally deformed by overheating. Therefore, when the virtual image distance of the conventional HUD device is increased to AR (Augmented Reality), if the virtual image distance exceeds 5 m, the intermediate screen may be overheated and damaged due to the concentration of sunlight entering the device. There is. That is, the application of the present invention is effective in the HUD where the virtual image distance exceeds 5 m, and is particularly effective when the virtual image distance is 6 m or more.

図8B(E)は、太陽光がTFTパネルに直接集光されたと仮定した場合時の集光倍率と温度上昇との関係である。図8B(F)は、太陽光がウインドシールドとカバー部材と偏光板と2枚の凹面鏡を経由してTFTパネルに集光される実施例2の集光倍率と温度上昇との関係である。各部材の挿入によりTFTパネルの温度上昇はかなり抑制されているが、この構成の場合でも図8B(D)の比較例1などの中間スクリーンを用いたものよりも温度上昇が大きいことが分かる。 FIG. 8B (E) shows the relationship between the focusing ratio and the temperature rise when it is assumed that sunlight is directly focused on the TFT panel. FIG. 8B (F) shows the relationship between the light collection magnification and the temperature rise of Example 2 in which sunlight is focused on the TFT panel via the windshield, the cover member, the polarizing plate, and the two concave mirrors. Although the temperature rise of the TFT panel is considerably suppressed by inserting each member, it can be seen that even in this configuration, the temperature rise is larger than that using the intermediate screen such as Comparative Example 1 in FIG. 8B (D).

この出願は、2018年2月2日に出願された特願2018−017463を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims priority on the basis of Japanese Patent Application No. 2018-017463 filed on 2 February 2018 and incorporates all of its disclosures herein.

1:画像形成ユニット(PGU) 2:中間スクリーン 3:凹面鏡 4:カバー部
5:ウインドシールド 6:HUDモジュール筐体
7:フレネルレンズ 8:中間スクリーン 9:赤外線カメラ 10:光学部材
1: Image forming unit (PGU) 2: Intermediate screen 3: Concave mirror 4: Cover part 5: Windshield 6: HUD module housing 7: Fresnel lens 8: Intermediate screen 9: Infrared camera 10: Optical member

Claims (6)

画像形成ユニットから投影された像が結像される中間スクリーンと、前記中間スクリーンに結像された像を拡大する拡大光学系と、前記拡大光学系により拡大される像を観察者に虚像として認識させる光透過性の表示部材と、を少なくとも備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、
前記ヘッドアップディスプレイ装置内に外部から照射された基準太陽光(AM1.5G)が、前記中間スクリーンに到達した際、紫外光(波長範囲280〜400nm)の分光放射照度の積分値と赤外光(波長範囲760〜2500nm)の分光放射照度の積分値の和が、可視光(波長範囲400〜760nm)の分光放射照度の積分値の30%以下であることを特徴とする、ヘッドアップディスプレイ装置。
The intermediate screen on which the image projected from the image forming unit is formed, the magnifying optical system that magnifies the image formed on the intermediate screen, and the image magnified by the magnifying optical system are recognized by the observer as virtual images. It is a head-up display device including at least a light-transmitting display member for causing light transmission.
When the reference sunlight (AM1.5G) radiated from the outside into the head-up display device reaches the intermediate screen, the integrated value of the spectral irradiance of ultraviolet light (wavelength range 280 to 400 nm) and infrared light. A head-up display device characterized in that the sum of the integrated values of the spectral irradiances (wavelength range 760 to 2500 nm) is 30% or less of the integrated values of the spectral irradiances of visible light (wavelength range 400 to 760 nm). ..
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、赤外線カットフィルター、紫外線カットフィルター、NDフィルターのうちの少なくとも一つの機能を有する光学部材を、前記中間スクリーンの太陽光入射側に備えることを特徴とする、請求項1に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The first aspect of the head-up display device is characterized in that an optical member having at least one function of an infrared cut filter, an ultraviolet cut filter, and an ND filter is provided on the sunlight incident side of the intermediate screen. The head-up display device described. 前記光学部材は、前記中間スクリーンの一部と同じ材料からなることを特徴とする、請求項2に記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to claim 2, wherein the optical member is made of the same material as a part of the intermediate screen. 基準太陽光(AM1.5G)が前記中間スクリーンに到達する際、前記中間スクリーン面内の放射照度の最大値が300W/m以下であることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。Any of claims 1 to 3, wherein when the reference sunlight (AM1.5G) reaches the intermediate screen, the maximum value of the irradiance in the intermediate screen surface is 300 W / m 2 or less. The head-up display device described in. 前記中間スクリーンは、厚みが0.15〜0.4mm以下の樹脂フィルムの少なくとも片面に、マイクロレンズアレイを形成してなることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display according to any one of claims 1 to 4, wherein the intermediate screen is formed by forming a microlens array on at least one side of a resin film having a thickness of 0.15 to 0.4 mm or less. apparatus. 虚像距離が5mより長いことを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。 The head-up display device according to any one of claims 1 to 5, wherein the virtual image distance is longer than 5 m.
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