WO2018025741A1 - 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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WO2018025741A1
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combiner
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健二 中山
由紀夫 日比野
亮人 沢田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G02B2027/0196—Supplementary details having transparent supporting structure for display mounting, e.g. to a window or a windshield

Definitions

  • the present invention relates to a combiner that reflects a part of incident light and a head-up display device using the combiner.
  • a head-up display (hereinafter sometimes referred to as “HUD”) is used to display information to a driver of an automobile or an aircraft.
  • the HUD projects display information on the scenery seen from the windshield. For this reason, the HUD is required to have transparency to sufficiently view the scenery and reflectivity to sufficiently view the reflected image.
  • the transmittance and the reflectance are in a trade-off relationship.
  • a combiner is used to improve reflectivity while maintaining legal limitations on transmittance (see, for example, Patent Document 1).
  • the present invention provides a technique for suppressing the occurrence of colored reflected light from a combiner.
  • the combiner of an aspect of the present invention has a reflecting surface that reflects incident light.
  • the incident angle is a first value of 0 degree or more and 25 degrees or less
  • the average value of the reflectance of the incident light is 30% or more in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less
  • the peak of the incident light The upper limit wavelength of the wavelength range where the reflectivity is 90% is shorter than 700 nm.
  • the incident angle is the second value of 60 degrees or more and 85 degrees or less
  • the peak wavelength of the reflectance of the S wave component of the incident light is shorter than 570 nm in the wavelength range of 400 nm or more and 700 nm or less.
  • This device includes a display that emits display light, a reflective member that reflects the display light, and the above-described combiner that receives the reflected light reflected by the reflective member as incident light.
  • FIG. 1 is an external view showing a configuration of a head-up display device including a combiner according to an embodiment of the present invention.
  • Sectional drawing which shows the structure of the head-up display apparatus of FIG.
  • the figure which shows the reflective characteristic which showed the reflectance of the incident light with respect to the wavelength in case the incident angle (alpha) of the combiner used as the comparison object of embodiment of this invention is 0 degree
  • the figure which shows the reflective characteristic which showed the reflectance of the incident light with respect to the wavelength in case the incident angle (alpha) of the combiner used as the comparison object of embodiment of this invention is 70 degrees
  • the reflection of the HUD on the windshield which is the windshield, hinders driver visibility.
  • the reflection of the combiner on the window shield also hinders the driver's visual recognition.
  • the reflection from the driver changes depending on the relative position and relative angle between the window shield and the combiner.
  • the HUD using a combiner is designed so that only the optical system inside the HUD is optimal.
  • sunlight incident through the window shield diffuses in the HUD casing, the diffused light is reflected by the combiner and then further reflected by the window shield toward the driver. The light is colored, which contributes to annoyance in the driver's field of view.
  • the combiner Since the head-up display (HUD) device is installed on the instrument panel, the combiner is placed in front of the window shield when viewed from the driver's seat. Further, the display light emitted from the display of the HUD device is reflected by the reflecting member and then incident on the combiner, thereby forming a virtual image on the combiner. The driver visually recognizes the information indicated by the virtual image as reflected in the window shield.
  • HUD head-up display
  • parallel and orthogonal include not only perfect parallel and orthogonal, but also include cases in which deviation from parallel or orthogonal is within the range of error. Further, “substantially” means that they are the same in an approximate range.
  • FIG. 1 is an external view showing the configuration of the HUD device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the HUD device 100 taken along the line 2-2 in FIG.
  • an orthogonal coordinate system including an x-axis, a y-axis, and a z-axis is defined.
  • the x axis and the y axis are orthogonal to each other in a plane including the bottom surface of the HUD device 100.
  • the z axis is perpendicular to the x axis and the y axis, and extends in the height direction of the HUD device 100.
  • the positive directions of the x-axis, y-axis, and z-axis are each defined in the direction of the arrow in FIGS. 1 and 2, and the negative direction is defined in the direction opposite to the arrow.
  • the positive direction of the z-axis indicates “upper surface side” or “upper side”, and the negative direction of the z-axis indicates “lower surface side” or “lower side”.
  • the HUD device 100 includes a housing 10, a blocking cover 12, a lid 14, a combiner 30, a display device 50, a transparent cover 54, a reflecting member 56, and a stopper 58.
  • the housing 10 includes a bottom surface 20 and a wall surface 22, the lid portion 14 includes an opening 16, and the blocking cover 12 includes a first end portion 18 a and a second end portion 18 b that are collectively referred to as an end portion 18.
  • the vessel 50 includes an exit surface 52.
  • the HUD device 100 is provided on, for example, an instrument panel (not shown) of a vehicle, and the combiner 30 displays a predetermined image.
  • the instrumental panel is also called a dashboard. 1 and 2 show a state where the combiner 30 is erected.
  • the housing 10 has a bottom surface 20, and a wall surface 22 is erected from the edge of the bottom surface 20 in the positive direction of the z-axis. Moreover, the upper surface of the housing
  • the housing 10 and the lid portion 14 form an outline of the HUD device 100.
  • the outer shell accommodates the blocking cover 12, the combiner 30, the display 50, the transparent cover 54, the reflecting member 56, and the stopper 58.
  • the blocking cover 12 has a first end portion 18a disposed on the positive direction side of the x axis and a second end portion 18b disposed on the negative direction side of the x axis.
  • the second end 18b is fixed to the housing 10, and the first end 18a is not fixed to anything.
  • At least a part of the blocking cover 12 is formed of a material such as a synthetic resin having flexibility. Therefore, in FIG. 2, when the vicinity of the first end portion 18 a is bent in the negative z-axis direction, the blocking cover 12 is deformed so that the first end portion 18 a approaches the transparent cover 54.
  • the lid 14 is attached to the upper end of the wall surface 22 of the housing 10 and closes a part of the upper opening of the housing 10.
  • An opening 16 is provided at the upper center of the lid 14, and a combiner 30 projects from the opening 16. In FIG. 1, the cover part 14 is removed.
  • the display device 50 is, for example, a liquid crystal display or a 7-segment display, and emits display light from the emission surface 52.
  • the 7 segment display is, for example, a single color segment liquid crystal.
  • the exit surface 52 is disposed so as to be inclined so that the emitted display light enters the reflecting member 56.
  • the transparent cover 54 is disposed so as to cover the emission surface 52 on the upper side of the display device 50 and on the lower side of the blocking cover 12.
  • the transparent cover 54 is formed of, for example, a transparent resin, and transmits display light emitted from the display device 50 toward the reflecting member 56.
  • the transparent cover 54 protects the display device 50 from an object that has dropped into the housing 10 from the opening 16.
  • the reflection member 56 is disposed above the transparent cover 54.
  • the reflecting member 56 is a mirror. The reflection member 56 reflects the display light emitted from the display device 50 and transmitted through the transparent cover 54 toward the reflection surface 32 of the combiner 30.
  • the combiner 30 is provided in the housing 10 so as to protrude from the opening 16 as described above.
  • the combiner 30 is, for example, a half mirror, and includes a resin molded product and a light semi-transmissive film such as a dielectric multilayer film deposited on one surface of the molded product.
  • This light semi-transmissive film can also be referred to as a reflective film, and will be described below as a reflective surface 32 that reflects incident light.
  • the combiner 30 has translucency, and is formed so that the driver can see the front of the vehicle through the combiner 30.
  • the display light emitted from the display device 50 and reflected by the reflecting member 56 enters the reflecting surface 32. At least a part of the display light incident on the reflecting surface 32 is reflected toward the driver. Therefore, the information projected on the combiner 30 is visually recognized by the driver while being superimposed on the scenery in front of the vehicle.
  • This information is, for example, an image showing the speed of the vehicle, the remaining amount of fuel, or an image showing the distance to the destination, the direction of travel, the name of the current location, the facilities near the current location, the name of the store, etc. .
  • the stopper 58 is disposed below the blocking cover 12. In FIG. 2, a gap is provided between the first end 18 a and the stopper 58.
  • the stopper 58 supports the first end portion 18a. This prevents the blocking cover 12 from being deformed so that the first end portion 18a moves further downward. As a result, it is possible to prevent the fixing portion from being broken by applying a large force to the fixing portion of the second end portion 18b. Further, the first end portion 18a contacts the transparent cover 54, and the transparent cover 54 is prevented from being damaged.
  • the combiner according to the prior art will be described as the combiner 130, and the combiner according to the present embodiment will be described as the combiner 30.
  • the sunlight 80 is separated into the first S-wave component 82a and the first P-wave component 84a when reflected by the blocking cover 12 or the lid portion 14.
  • the first S wave component 82a is a component perpendicular to the incident surface
  • the first P wave component 84a is a component parallel to the incident surface.
  • the incident surface is a surface including light incident on the combiner 30 and the combiner 130 (incident light beam) and reflected light (reflected light beam).
  • the first S wave component 82a and the first P wave component 84a are incident on the combiner 30 (130). At that time, the incident angle ⁇ of the first S wave component 82a and the first P wave component 84a with respect to the normal N of the combiner 30 (130) is about 70 °.
  • the combiner 130 having the reflection characteristics of the prior art reflects the first S-wave component 82a and the first P-wave component 84a
  • the first S-wave component 82a becomes a yellow second S-wave component 82b by reflection
  • the first P-wave component 84a The blue second P-wave component 84b is obtained by reflection.
  • the reflection angle ⁇ of the second S-wave component 82b and the second P-wave component 84b with respect to the normal N of the combiner 130 is also about 70 °.
  • the second S wave component 82 b and the second P wave component 84 b are incident on the window shield 70.
  • the incident angle ⁇ of the second S wave component 82b and the second P wave component 84b with respect to the normal O of the window shield 70 is about 70 °.
  • the reflectance of the window shield 70 is 41% for the S wave component and 7% for the P wave component. Therefore, most of the second P wave component 84b passes through the window shield 70 and becomes the third P wave component 84c.
  • the second S wave component 82b is reflected by the window shield 70, and the third S wave component 82c remains.
  • the reflection angle ⁇ of the third S wave component 82c with respect to the normal O of the window shield 70 is also about 70 °.
  • the third S wave component 82c is also yellow like the second S wave component 82b. When the third S wave component 82c is visually recognized by the driver, yellow reflection is recognized.
  • Such yellow reflection is caused by the reflection characteristic of the S wave component in the combiner 130.
  • the reflection characteristic of the S wave component is generally due to the design of the combiner 130 without considering the reflection characteristic with respect to an incident angle of about 70 °.
  • the combiner 30 according to the present embodiment has been redesigned so that the reflected color at an incident angle of about 70 ° is close to white in order to suppress yellow reflection.
  • FIG. 3A and 3B show the characteristics of the combiner 130 to be compared with the combiner 30.
  • FIG. 3A shows a reflection characteristic indicating the reflectance of incident light with respect to a wavelength when the incident angle ⁇ is 0 °.
  • the wavelength of the peak P1 of the reflectance of incident light is 440 nm.
  • the wavelength range in which 90% reflectivity with respect to the peak P1 is 420 nm or more and 710 nm or less, and the wavelength range in which 80% reflectivity is 410 nm or more and 730 nm or less.
  • FIG. 3B shows the reflection characteristics indicating the reflectance of the incident light with respect to the wavelength when the incident angle ⁇ is 70 °.
  • 0 ° is the first value of the incident angle ⁇
  • 70 ° is the second value. That is, the first value ⁇ the second value.
  • the wavelength of the reflectance peak P2 of the S wave component 82 in the incident light is 590 nm.
  • the wavelength of the peak P2 is included in the yellow wavelength range of 570 nm or more and 590 nm or less.
  • the wavelength range in which 90% reflectivity with respect to the peak P2 is 550 nm or more and 630 nm or less, and the wavelength range in which the reflectivity is 80% is 530 nm or more and 650 nm or less.
  • the wavelength of the reflectance peak P3 of the P wave component 84 in the incident light is 480 nm.
  • the wavelength of the peak P3 is included in the blue wavelength range of 400 nm or more and 480 nm or less. Due to such characteristics, the second S-wave component 82b is yellow and the second P-wave component 84b is blue.
  • FIG. 3C shows the configuration of the light semi-transmissive film that is the reflecting surface 132 in the combiner 130.
  • the process of forming the light semi-transmissive film will be specifically described with reference to FIG. 3C.
  • the reference wavelength is 500 nm.
  • the light semi-transmissive film is a dielectric multilayer film composed of seven layers.
  • SiO 2 film thickness 162nm in the first layer from the substrate side by vacuum evaporation, Ta 2 O 5 film thickness 101nm in the second layer, SiO 2 film thickness 115nm in the third layer, Ta fourth layer 2 O 5 film thickness 26 nm, SiO 2 film thickness 135nm fifth layer, the sixth layer in Ta 2 O 5 film thickness 47 nm, SiO 2 are respectively formed on the film thickness 120nm in the seventh layer.
  • SiO 2 film thickness 162nm in the first layer from the substrate side by vacuum evaporation Ta 2 O 5 film thickness 101nm in the second layer, SiO 2 film thickness 115nm in the third layer, Ta fourth layer 2 O 5 film thickness 26 nm, SiO 2 film thickness 135nm fifth layer, the sixth layer in Ta 2 O 5 film thickness 47 nm, SiO 2 are respectively formed on the film thickness 120nm in the seventh layer.
  • a light semi-transmissive film that is a reflective surface 32 is formed on the surface thereof.
  • the film thickness of each layer is controlled by a method of stopping the vapor deposition operation at a reflectance corresponding to the target film thickness while confirming the reflectance of the optical monitor glass installed at the center of the vapor deposition dome.
  • the reflection characteristics at an incident angle of 0 ° of the light semi-transmissive film obtained by this film configuration are as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • FIG. 4A and 4B show the characteristics of the combiner 30.
  • FIG. Here, a case where the average reflectance in the first wavelength range is set to 30% is shown.
  • the reason for setting the average reflectance to 30% is to make it easier to visually recognize an outside scene that can be seen through the combiner.
  • the lower the average reflectance the higher the transparency of the combiner and the better the visibility of the outside scene.
  • the lower the average reflectance the stronger the light that illuminates the LCD in order to ensure the brightness of the virtual image formed by projecting the image displayed on the liquid crystal display (hereinafter, LCD) of the display onto the combiner.
  • LCD liquid crystal display
  • the display 50 is configured by a blue LED (Light Emitting Diode), and the current value of the LED increases when the light that illuminates the LCD is strengthened. As the current value of the LED increases, the cost of the LED driver increases, and it is conceivable that the housing becomes larger in order to ensure heat dissipation performance. From these conditions, it is preferable to set the average reflectance to 30% or more when there is a margin in the heat dissipation performance.
  • a blue LED Light Emitting Diode
  • FIG. 4A shows the reflection characteristics indicating the reflectance of incident light with respect to the wavelength when the incident angle ⁇ is 0 °.
  • the wavelength of the peak P1 'of the reflectance of incident light is 610 nm.
  • the wavelength range (hereinafter referred to as the second wavelength range) in which 90% reflectance is obtained with respect to the peak P1 ′ is 380 nm or more and 690 nm or less, and the wavelength range in which the reflectance is 80% (hereinafter referred to as the third wavelength range).
  • (Wavelength range) is not less than 380 nm and not more than 710 nm.
  • the upper limit wavelength of the second wavelength range is shorter than the upper limit wavelength of the wavelength range where the reflectance is 90% with respect to the peak P1.
  • the upper limit wavelength of the third wavelength range is shorter than the upper limit wavelength of the wavelength range in which the reflectance is 80% with respect to the peak P1.
  • FIG. 4B shows the reflection characteristics indicating the reflectance of the incident light with respect to the wavelength when the incident angle ⁇ is 70 °.
  • the wavelength of the reflectance peak P2 'of the S wave component 82 in the incident light is 540 nm.
  • the wavelength of the peak P2 ' is shorter than the lower limit wavelength of 570 nm in the yellow wavelength range of 570 nm or more and 590 nm.
  • the wavelength range in which 90% reflectance is obtained with respect to the reflectance peak P2 ′ of the S wave component 82 in the incident light is 480 nm or more and 610 nm or less, and the wavelength range in which the reflectance is 80% is 460 nm.
  • the wavelength of the reflectance peak P3 'of the P wave component 84 in the incident light is 400 nm.
  • the wavelength of the peak P3 ' is equal to the lower limit wavelength of the blue wavelength range of 400 nm to 480 nm. Due to such characteristics, the yellow component in the second S wave component 82b described above is reduced, and the blue component in the second P wave component 84b is reduced.
  • FIG. 4C shows the film configuration of the light semi-transmissive film in the combiner 30.
  • the reference wavelength is 500 nm.
  • the light semitransmissive film is a dielectric multilayer film composed of five layers.
  • SiO 2 film thickness 402nm in the first layer from the substrate side by vacuum evaporation, Ta 2 O 5 film thickness 54nm in the second layer, SiO 2 film thickness 81nm in the third layer, Ta fourth layer 2 O 5 film thickness 57 nm, SiO 2 are respectively formed on the film thickness 78nm fifth layer.
  • the reflection characteristic at an incident angle of 0 ° of the light semi-transmissive film obtained by this film configuration is as shown in FIG. 4A, has an average reflectance of 30% in the first wavelength range, and is S for incident light at an incident angle of 70 °.
  • the wave reflection color is white.
  • the reflection characteristics are shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 5A and FIG. 5B show the characteristics of another example.
  • the average reflectance in the first wavelength range is set to 35%.
  • the average reflectance is preferably set to 35%. This is because the luminance can be ensured without increasing the cost of the LED driver or impairing the heat dissipation performance.
  • the average reflectance is set to 35%, the possibility of insufficient brightness due to insufficient LED current values is lower than when the average reflectance is set to 30%.
  • FIG. 5A shows the reflection characteristic indicating the reflectance of incident light with respect to the wavelength when the incident angle ⁇ is 0 °.
  • the wavelength of the reflectance peak P1 ′′ of incident light is 550 nm.
  • the wavelength range in which the reflectivity is 90% with respect to the peak P1 ′′ of the incident light is 470 nm to 640 nm, and the wavelength range in which the reflectivity is 80% is 450 nm to 670 nm.
  • the upper limit value of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak and the wavelength range in which the reflectance is 80% are both shorter than 700 nm.
  • the upper limit wavelength of the wavelength range where the reflectivity is 90% with respect to the reflectivity peak is shorter than the upper limit wavelength in the conventional example, and the upper limit wavelength of the wavelength range where the reflectivity is 80% is also in the conventional example. It is shorter than the upper limit wavelength.
  • the lower limit of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak is longer than 460 nm.
  • the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak is narrower than the wavelength range in the conventional example, and the wavelength range in which the reflectance is 80% is also narrower than the wavelength range in the conventional example.
  • FIG. 5B shows the reflection characteristics indicating the reflectance of the incident light with respect to the wavelength when the incident angle ⁇ is 70 °.
  • the wavelength of the reflectance peak P2 ′′ of the S wave component 82 in the incident light is 500 nm.
  • the wavelength of the peak P2 ′′ is shorter than the lower limit wavelength of the yellow wavelength range of 570 nm to 590 nm.
  • the wavelength range in which the reflectivity is 90% with respect to the reflectivity peak P2 ′′ of the S wave component 82 is 410 nm or more and 580 nm or less, and the wavelength range in which the reflectivity is 80% is 390 nm or more and 610 nm or less. is there.
  • the upper limit value of the wavelength range where the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak is shorter than 620 nm.
  • the first wavelength range there is no peak of reflectance of the P wave component 84 in the incident light. Due to such characteristics, the yellow component in the second S-wave component 82b is smaller than the combiner 30 in which the average reflectance in the first wavelength range is set to 30%, and the blue component in the second P-wave component 84b is reduced. Less ingredients.
  • the reflectance decreases in the blue wavelength range of 400 nm to 480 nm and in the red wavelength range of 620 nm to 700 nm. Therefore, the blue component and the red component in the sunlight 80 are easily transmitted through the combiner 30. Thereby, since the purple light which combined blue light and red light goes to a driver
  • the average transmittance of the material in the green wavelength range of 495 nm to 570 nm is higher than the average transmittance of 400 nm to 495 nm and 570 nm to 700 nm.
  • the green component in the sunlight 80 is also easily transmitted through the combiner 30.
  • the white light obtained by combining the purple light and the green light is directed to the driver, so that the light from the combiner 30 is suppressed from becoming purple.
  • the average transmittance of the green wavelength range 495 nm or more and 570 nm or less at least on the reflection surface 32 of the combiner 30 may be higher than the average transmittance of 400 nm or more and 495 nm or less and 570 nm or more and 700 nm or less.
  • the green component in the sunlight 80 is also easily transmitted through the combiner 30.
  • the white light obtained by combining the purple light and the green light is directed to the driver, so that the light from the combiner 30 is suppressed from becoming purple.
  • the reflectance in the green wavelength range of 495 nm to 570 nm and the yellow wavelength range of 570 nm to 590 nm is increased.
  • the display light emitted from the display device 50 is incident on the combiner 30.
  • the display light reflected by the combiner 30 has a large amount of green and yellow components. Therefore, a virtual image with a yellowish green color is visually recognized by the driver. In a yellowish greenish virtual image, the blue color becomes weaker. Therefore, it is preferable to increase the intensity of the blue wavelength range of 400 nm to 480 nm in the display light. Specifically, display light having such characteristics is emitted from the display device 50.
  • FIG. 5C shows the configuration of the light semitransmissive film in the combiner 30.
  • the reference wavelength is 500 nm.
  • the light semitransmissive film is a dielectric multilayer film composed of five layers.
  • SiO 2 is 191 nm thick on the first layer
  • Ta 2 O 5 is 53 nm thick on the second layer
  • SiO 2 is 91 nm thick on the third layer
  • Ta 2 is on the fourth layer.
  • O 5 has a thickness of 52 nm
  • the fifth layer has a thickness of SiO 2 of 55 nm.
  • the reflection characteristic at an incident angle of 0 ° of the light semi-transmissive film obtained by this film configuration is as shown in FIG. 5A, has an average reflectance of 35% in the first wavelength range, and is S for incident light at an incident angle of 70 °.
  • the wave reflection color is white.
  • the reflection characteristics are shown in FIGS. 5A and 5B.
  • the light semi-transmissive film has a laminated structure of a SiO 2 layer and a Ta 2 O 5 layer. It can be seen that even with such a similar structure, the reflection characteristics can be controlled by designing the number of layers and the thickness of each layer.
  • FIG. 3A and FIG. 5A which are reflection characteristics when the incident angle is 0 °
  • a large peak appears in the visible wavelength region in FIG. 5A
  • the reflectivity varies greatly depending on the wavelength. Comparing FIG. 3A and FIG. 4A, in FIG. 4A, the reflectance starts to decrease from around 630 nm.
  • the light semi-transmissive film is designed so that the reflection characteristic when the incident angle is 70 ° is regarded as important even if the reflection characteristic when the incident angle is 0 ° is somewhat sacrificed.
  • the incident angle of the combiner 30 when the incident angle of the combiner 30 is 0 °, the upper limit wavelength of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak is shorter than 700 nm, and the incident angle is 70 °.
  • the peak wavelength of the reflectance of the S wave component is shorter than the lower limit wavelength of the yellow wavelength range. Therefore, it is possible to strongly reflect light having a shorter wavelength than yellow light.
  • the reflection of light having a shorter wavelength is stronger than that of yellow light, the reflection of yellow light can be reduced.
  • the reflection of yellow light is reduced, the reflection of colored light can be suppressed.
  • the incident angle is 70 °
  • the upper limit wavelength of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak of the S wave component is shorter than 620 nm. Therefore, the yellow component contained in the reflected wave is reduced. Can be suppressed.
  • the incident angle of the combiner 30 when the incident angle of the combiner 30 is 0 °, the lower limit wavelength of the wavelength range in which the reflectivity is 90% with respect to the reflectivity peak is longer than 460 nm. The wavelength range for the reflectance can be narrowed. In addition, when the incident angle of the combiner 30 is 0 °, the wavelength range in which the reflectivity is 90% with respect to the reflectivity peak becomes narrow, so that the reflection characteristics when the incident angle is 70 ° can be changed. Moreover, since the green component of sunlight also easily passes through the combiner 30, white light obtained by combining purple light and green light can be directed to the driver. Moreover, since the white light which synthesize
  • the transmittance in the green wavelength range at least on the reflection surface of the combiner 30 is set higher than the transmittance on the short wavelength side and the long wavelength side of the wavelength range. For this reason, white light obtained by combining purple light and green light can be directed to the driver. Moreover, since the white light which synthesize
  • the first value is assumed to be 0 °
  • the second value is assumed to be 70 °.
  • the first value means an angle at which the image of the HUD device is reflected when reflecting in the opposite direction, and is, for example, 0 ° or more and 25 ° or less.
  • the second value corresponds to a case where sunlight is reflected in a normally assumed setting state of the HUD device, and is, for example, 60 ° or more and 85 ° or less. According to this modification, the characteristics of the combiner 30 can be set flexibly.
  • the combiner 30 is included in the HUD device 100.
  • the present invention is not limited to this.
  • the combiner 30 is not included in the HUD device 100 and may be configured independently. At that time, display light emitted from the display of the smartphone may be incident on the combiner 30. According to this modification, the degree of freedom of configuration can be improved.
  • the combiner 30 is manufactured by depositing a reflective film having a reflective surface 32 on a resin molded product.
  • the present invention is not limited to this, and for example, the combiner 30 may be created by forming a reflective film having a reflective surface 32 as a film and attaching the film to a resin molded product.
  • the reflection characteristic of the combiner 30 in the embodiment corresponds to the reflection characteristic of the film. According to this modification, the degree of freedom of configuration can be improved.
  • a combiner according to an aspect of the present invention is a combiner having a reflecting surface that reflects incident light, and satisfies the following two conditions. (1) When the incident angle defined as the angle between the normal of the reflecting surface and the incident light is the first value, the average value of the reflectance of the incident light in the first wavelength range of 400 nm to 700 nm. Is 30% or more, and the upper limit wavelength of the second wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the peak of incident light is shorter than 700 nm.
  • the wavelength range of the reflectance peak of the S wave component of the incident light is in the yellow wavelength range in the visible wavelength range of 400 nm to 700 nm.
  • the lower limit of 570 nm is shorter.
  • the incident angle when the incident angle is the first value, the upper limit wavelength of the second wavelength range is shorter than 700 nm, and when the incident angle is the second value, the peak wavelength of the reflectance of the S wave component is Since it is shorter than the lower limit wavelength of the yellow wavelength range, reflection of colored light can be suppressed.
  • the upper limit wavelength of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak of the S wave component of the incident light in the first wavelength range is shorter than 650 nm. May be.
  • the upper limit wavelength of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak of the S wave component of the incident light is shorter than 650 nm, particularly shorter than 620 nm. The yellow component contained in the reflected wave can be suppressed.
  • the lower limit wavelength of the wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the reflectance peak of incident light in the first wavelength range may be longer than 450 nm.
  • the lower limit wavelength of the wavelength range in which the reflectivity is 90% with respect to the reflectivity peak is 450 nm, particularly longer than 460 nm.
  • the reflection characteristic when is a second value can be changed.
  • the average transmittance in the wavelength range of 495 nm or more and 570 nm or less on at least the reflection surface of the combiner may be higher than the average transmittance in the wavelength range of 400 nm or more and 495 nm or less and the average transmittance in the wavelength range of 570 nm or more and 700 nm or less. Good.
  • the green component of sunlight easily passes through the combiner, white light obtained by combining purple light and green light can be directed to the driver.
  • operator it can suppress that the light from a combiner turns purple.
  • This apparatus includes a display that emits display light, a reflective member that reflects the display light, and a combiner that receives the reflected light reflected by the reflective member as incident light.
  • the combiner has a reflecting surface that reflects incident light. And the following two conditions are satisfied. (1) When the incident angle defined as the angle between the normal of the reflecting surface and the incident light is the first value, the average value of the reflectance of the incident light in the first wavelength range of 400 nm to 700 nm. Is 30% or more, and the upper limit wavelength of the second wavelength range in which the reflectance is 90% with respect to the average value is shorter than 700 nm. (2) When the incident angle is a second value larger than the first value, the wavelength at which the reflectance of the S wave component of the incident light peaks in the first wavelength range is shorter than 570 nm. .
  • the incident angle when the incident angle is the first value, the upper limit wavelength of the second wavelength range is shorter than 700 nm, and when the incident angle is the second value, the peak wavelength of the reflectance of the S wave component is Since it is shorter than the lower limit wavelength of the yellow wavelength range, reflection of colored light can be suppressed.
  • the average intensity in the wavelength range of 400 nm to 480 nm in the display light may be higher than the average intensity in the wavelength range of 480 nm to 700 nm. In this case, since the intensity of the blue wavelength range in the display light is increased, the blue color in the virtual image can be supplemented.
  • the display may be a single color segment liquid crystal. In this case, the configuration of the display can be simplified.
  • the present invention relates to a combiner, and is particularly applicable to a combiner that reflects a part of incident light and a head-up display device using the combiner.

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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

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
　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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