特許 6206087 画像表示装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6206087

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】画像表示装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20170925BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   G02B27/01

   B60K35/00 A

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-223292(P2013-223292)

(22)【出願日】2013年10月28日

(65)【公開番号】特開2015-87422(P2015-87422A)

(43)【公開日】2015年5月7日

【審査請求日】2016年3月31日

(73)【特許権者】

【識別番号】308036402

【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】任田 元史

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−３４７６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１２７７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１１１４５８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１５５０８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５０９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０５０３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／００

Ｇ０９Ｆ ９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可視光である画像表示光を投射する画像投射部と、
前記画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部と、
前記中間像形成部を透過した画像表示光を虚像提示面に向けて反射させ、前記画像表示光の反射面に対する裏面にコールドミラー放熱部を備えるコールドミラーと、
前記画像投射部、前記中間像形成部、前記コールドミラーおよび前記コールドミラー放熱部を内側に収納するとともに、前記コールドミラーが反射した画像表示光を通過させる投射口を有する筐体とを備え、
前記コールドミラーは、前記虚像提示面と前記投射口とを介して前記筐体の内部に侵入する赤外光を透過させ、
前記コールドミラー放熱部は、前記コールドミラーが透過した赤外光による熱を放熱することを特徴とする画像表示装置。

【請求項2】

前記筐体と前記コールドミラー放熱部との熱的な結合性は、前記筐体と前記画像投射部との熱的な結合性と比較して、小さいことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。

【請求項3】

前記虚像提示面は自動車に設置されたウィンドシールドであり、
前記コールドミラー放熱部は、前記ウィンドシールドを介して入射した太陽光に起因する赤外光の熱を放熱することを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、画像表示装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ヘッドアップディスプレイと呼ばれる表示装置が知られている。ヘッドアップディスプレイは、例えば自動車や航空機等に設置され、実在の風景に重畳して情報を表示する表示装置である。ヘッドアップディスプレイを自動車の車両に設置した場合、運転者は、車外の景色を視認しつつ視線や焦点をほとんど変化させることなく光学ユニットから投射された画像の情報を認識することができるため、車両用の表示装置として近年注目を集めている。

【0003】

ヘッドアップディスプレイをはじめとする表示装置は、装置内部に光源を備えるのが通常である。この光源が放射する赤外線をＩＲ透過ミラーを用いて吸収し、光源による発熱を冷却する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−１８９２５２公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

自動車や航空機等に設置されるヘッドアップディスプレイは屋外での使用が想定される。このため、装置内部の光源のみならず、例えば太陽光等の装置外部から入射する外光に含まれる熱線も、装置の温度上昇の原因となりうる。

【0006】

本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、外光に由来する熱を冷却する技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の画像表示装置は、可視光である画像表示光を投射する画像投射部と、画像投射部から投射された画像表示光に基づく実像を結像させる中間像形成部と、中間像形成部を透過した画像表示光を虚像提示面に向けて反射させ、画像表示光の反射面に対する裏面にコールドミラー放熱部を備えるコールドミラーと、画像投射部、中間像形成部、コールドミラーおよびコールドミラー放熱部を内側に収納するとともに、コールドミラーが反射した画像表示光を通過させる投射口を有する筐体とを備える。コールドミラーは、虚像提示面と投射口とを介して筐体の内部に侵入する赤外光を透過させ、コールドミラー放熱部は、コールドミラーが透過した赤外光による熱を放熱する。

【発明の効果】

【0008】

本発明の画像表示装置によれば、外光に由来する熱を冷却する技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイの設置態様を模式的に示す図である。

【図2】光学ユニットの内部構成を示す図である。

【図3】画像投射部の内部構成を模式的に示す図である。

【図4】ウィンドシールドに投射される画像表示光の光路を示す図である。

【図5】図５（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係る画像投射部の外観を示す図である。

【図6】実施の形態に係る光学ユニットの筐体の底面を外側から観察した場合を示す図である。

【図7】第１ヒートシンクを取り外した状態で、実施の形態に係る光学ユニットの筐体の底面を外側から観察した場合を示す図である。

【図8】筐体から取り外した状態の第１ヒートシンクを示す図である。

【図9】第１ヒートシンクを光学ユニットの筐体に取り付けた状態で、筐体の表側から観察した場合を示す図である。

【図10】実施の形態に係る光学ユニットの外光に由来する熱の放熱を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。かかる実施形態に示す具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0011】

実施の形態に係る画像表示装置として、車両のダッシュボード内に設置して使用されるヘッドアップディスプレイ１０を例に挙げて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０の設置態様を模式的に示す図である。ヘッドアップディスプレイ１０は、光学ユニット１００と制御装置５０とを含む。図１は、車両の進行方向（図１における左方向）を基準として左側のダッシュボード内に光学ユニット１００を配置して使用する場合を示す図であり、以下の実施の形態は、左ハンドル車における運転者向けにヘッドアップディスプレイ１０が配置されている例を示している。なお、右ハンドル車用とするため、車両の進行方向を基準として光学ユニット１００の内部構成を左右反転させればよい。以下図１を参照して、ヘッドアップディスプレイ１０の概要を説明する。

【0012】

制御装置５０は図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、光学ユニット１００に表示させるための画像信号を生成する。制御装置５０はまた、図示しない外部入力インタフェースを備えており、ナビゲーション装置やメディア再生装置などの外部装置から出力された画像信号が入力され、その入力された信号に対して所定の処理を行った後、光学ユニット１００に出力することもできる。

【0013】

光学ユニット１００は、制御装置５０が生成した画像信号をもとに、ウィンドシールド６１０に虚像４５０として表示させる画像表示光を生成する。このため光学ユニット１００は、筐体１１０の内部に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、コールドミラー４００、およびコールドミラー放熱部４１０を備える。

【0014】

画像投射部２１０には、光源、画像表示素子、及び各種光学レンズなどが収納される。画像投射部２１０は制御装置５０が出力した画像信号をもとに画像表示光を生成して投射する。なお、本実施形態では画像表示素子として反射型液晶表示パネルであるＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon）を用いる場合を例示する。画像投射部２１０が投射する画像表示光は、ユーザＥに提示するための光であるため、当然ながら可視光を含む。

【0015】

画像投射部２１０が投射した画像表示光は中間鏡３５０で反射される。中間鏡３５０で反射された画像表示光は、中間像形成部３６０に結像される。中間像形成部３６０で結像した実像に係る画像表示光は、中間像形成部３６０を透過し、コールドミラー４００に投射される。

【0016】

コールドミラー４００は凹面鏡であり、中間像形成部３６０を透過した画像表示光はコールドミラー４００によって拡大されてウィンドシールド６１０に投射される。この意味で、コールドミラー４００は光学ユニット１００の投射鏡として機能する。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、虚像提示面となるウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。運転者であるユーザＥは、ウィンドシールド６１０で反射された画像表示光を虚像４５０として、ウィンドシールド６１０よりも視線方向の前方に認識する。

【0017】

なおコールドミラー４００は、画像表示光のような可視光は反射するが、可視光よりも波長の長い赤外光は透過する性質を持つ鏡である。コールドミラー４００には、画像表示光の反射面に対する裏面に、コールドミラー４００を透過した赤外光による熱を放熱するためのコールドミラー放熱部４１０が配置されている。

【0018】

図２は、本発明の実施の形態に係る光学ユニット１００の内部構成を示す図である。以下、図２を参照して、光学ユニット１００の内部構成を説明する。

【0019】

上述したように、光学ユニット１００は、筐体１１０の内側に画像投射部２１０、中間鏡３５０、中間像形成部３６０、コールドミラー４００、およびコールドミラー放熱部４１０（図２には不図示）を備える。詳細は後述するが、画像投射部２１０は、赤色、緑色、または青色の光をそれぞれ発生する３種類の異なる光源を備える。光源はＬＥＤ（Light Emitting Diode）や半導体レーザー光源を用いて実現できるが、本実施の形態では、光源としてＬＥＤを用いる場合について説明する。

【0020】

光源は使用時に熱を発生する。このため、光学ユニット１００は、光源を冷却するためのヒートシンクを備える。光源は３種類あるため、それらの光源を冷やすために、光学ユニット１００の筐体１１０の外側に、赤色の光源と接続するヒートシンク１２０ａ、緑色の光源と接続するヒートシンク１２０ｂ（図示せず）、および青色の光源と接続するヒートシンク１２０ｃを備える。

【0021】

筐体１１０はアルミ製のダイキャストである。ここで、緑色の光源および青色の光源をそれぞれ放熱するためのヒートシンク１２０ｂおよびヒートシンク１２０ｃはともに、筐体１１０と一体に構成されている。これに対し、赤色の光源を冷やすためのヒートシンク１２０ａは、ヒートシンク１２０ｂおよびヒートシンク１２０ｃから空間的に離れた場所に設置されるとともに、筐体１１０とは分離して外付けされている。このため、赤色の光源が発生する熱は、ヒートパイプ２５を介してヒートシンク１２０ａまで運ばれる。

【0022】

次に、図３および図４を参照してヘッドアップディスプレイ１０の光学系について説明する。図３は、画像投射部２１０の内部構成を画像表示光の光路とともに模式的に示す図である。図４は、中間鏡３５０、中間像形成部３６０およびコールドミラー４００を介してウィンドシールド６１０に投射される画像表示光の光路を示す図である。

【0023】

まず、図３を参照して画像投射部２１０の内部構成を説明する。画像投射部２１０は、照明部２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ（以下総称して照明部２３０ともいう）、ダイクロイッククロスプリズム２４４、反射鏡２３６、フィールドレンズ２３７、偏光ビームスプリッタ２３８、位相差板２３９、検光子２４１、及び投射レンズ群２４２を備える。なお、図３では第１照明部２３０ａ、第３照明部２３０ｃの内部構成の記載を省略し、第２照明部２３０ｂの内部構成のみを示すが、それぞれの照明部２３０は、同様の構成を有する。

【0024】

照明部２３０は、光源２３１、コリメートレンズ２３２、ＵＶ−ＩＲ（UltraViolet-Infrared Ray）カットフィルタ２３３、偏光子２３４、フライアイレンズ２３５を備える。光源２３１は赤色、緑色、青色のいずれかの色の光を発する発光ダイオードからなる。第１照明部２３０ａは、光源として赤色の光を発する発光ダイオードを有する。第２照明部２３０ｂは、光源２３１として緑色の光を発する発光ダイオードを有する。第３照明部２３０ｃは、光源として青色の光を発する発光ダイオードを有する。

【0025】

光源２３１は、光源取付部２４３に取り付けられる。光源取付部２４３は、図示しないヒートシンクと熱的に結合され、光源２３１の発光に伴い発生する熱を放熱する。光源２３１が発光した光は、コリメートレンズ２３２によって平行光に変えられる。ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３は、コリメートレンズ２３２を通過した平行光から紫外光及び赤外光を吸収し除去する。偏光子２３４は、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ２３３を通過した光を乱れのないＰ偏光へと変える。そしてフライアイレンズ２３５が、偏光子２３４を通過した光の明るさを均一に整える。

【0026】

それぞれの照明部２３０のフライアイレンズ２３５を透過した光は、ダイクロイッククロスプリズム２４４に異なる向きから入射される。ダイクロイッククロスプリズム２４４に入射した赤色、緑色、青色の光は、三色が合成された白色光となって反射鏡２３６へ向かう。反射鏡２３６は、ダイクロイッククロスプリズム２４４により合成された白色光の光路を９０度変更する。反射鏡２３６で反射された光は、フィールドレンズ２３７によって集光される。フィールドレンズ２３７が集光した光は、Ｐ偏光を透過する偏光ビームスプリッタ２３８及び位相差板２３９を介して、画像表示素子２４０に照射される。

【0027】

画像表示素子２４０は、画素毎に赤色、緑色、及び青色のカラーフィルタを備えている。画像表示素子２４０に照射された光は、各画素に対応する色となり、画像表示素子２４０の備える液晶組成物によって変調が施され、Ｓ偏光の画像表示光となって偏光ビームスプリッタ２３８に向けて出射される。出射されたＳ偏光の光は偏光ビームスプリッタ２３８で反射され、光路を変えて検光子２４１を通過した後に投射レンズ群２４２へ入射される。投射レンズ群２４２を透過した画像表示光は、画像投射部２１０を出て中間鏡３５０に入射する。

【0028】

次に、図４を参照して中間鏡３５０から中間像形成部３６０およびコールドミラー４００を介してウィンドシールド６１０に投射される画像表示光の光路について説明する。画像投射部２１０の投射レンズ群２４２から出射された画像表示光の光路は、中間鏡３５０によってコールドミラー４００に向かう光路へ変更される。その途中で、中間鏡３５０で反射された画像表示光に基づく実像が中間像形成部３６０で結像する。

【0029】

中間像形成部３６０は、拡散スクリーン３６２と、凹レンズ３６４を有する。拡散スクリーン３６２は、中間像形成部３６０を透過する画像表示光に基づく実像を結像させるとともに、コールドミラー４００へと向かう画像表示光の配向角ψを制御する。凹レンズ３６４は、コールドミラー４００へと向かう画像表示光の主光線の方向を制御し、中間像形成部３６０を透過する前後の画像表示光がなす角度θを調整する。

【0030】

中間像形成部３６０を透過した画像表示光は、コールドミラー４００により反射されウィンドシールド６１０に投射される。ウィンドシールド６１０に投射された画像表示光は、ウィンドシールド６１０によってユーザに向かう光路へ変更される。これにより、ユーザは上述したように、ウィンドシールド６１０を介して画像表示光に基づく虚像を前方に視認することができる。

【0031】

以上の構成とすることで、ユーザは、制御装置５０から出力された画像信号に基づく虚像を、ウィンドシールド６１０を介して現実の風景に重畳して視認することができる。

【0032】

続いて、実施の形態に係る光学ユニット１００における放熱について説明する。

【0033】

図５（ａ）−（ｂ）は、実施の形態に係る画像投射部２１０の外観を示す図である。具体的に、図５（ａ）は、画像投射部２１０の投射方向に向かって右側から画像投射部２１０を俯瞰した場合の外観を示す図である。また図５（ｂ）は、画像投射部２１０の投射方向に向かって左側から画像投射部２１０を俯瞰した場合の外観を示す図である。

【0034】

上述したとおり、照明部２３０として、赤色、緑色、青色のそれぞれの色の光を発する第１照明部２３０ａ、第２照明部２３０ｂ、および第３照明部２３０ｃの３つが存在する。図５（ａ）には、第１照明部２３０ａにおける光源取付部２４３と、第２照明部２３０ｂにおける光源取付部２４３とが図示されている。一方、図５（ｂ）には、第２照明部２３０ｂにおける光源取付部２４３と、第３照明部２３０ｃにおける光源取付部２４３とが図示されている。照明部２３０が光を照射する際、光源２３１は発熱する。このため、各光源２３１が発生した熱を放熱するために、筐体１１０はヒートシンク１２０を備える。以下、各光源２３１を区別するために、第１照明部２３０ａの光源を第１光源２３１ａ、第２照明部２３０ｂの光源を第２光源２３１ｂ、第３照明部２３０ｃの光源を第３光源２３１ｃと呼ぶことがある。

【0035】

一般に、光源２３１の冷却に使用するヒートシンク１２０は、大きいほど放熱効果が高い。そこで、第１光源２３１ａ、第２光源２３１ｂ、および第３光源２３１ｃを１つの大型のヒートシンクで放熱すると、放熱効率の点で効果が高い。一方で、赤色、緑色、または青色の光をそれぞれ発生する３種類の異なる光源をＬＥＤを用いて実現する場合、赤色の光を発生する光源が、他の２色の光源よりも耐熱温度が低くなる傾向にある。例えば、光源２３１の光量を増加させるために各光源２３１への投入電力を増加させると、各光源２３１の発熱量が増加する。この結果、緑色、青色の光源である第２光源２３１ｂ、第３光源２３１ｃによる発熱の影響により、赤色の光源である第１光源２３１ａの温度が、その耐熱温度に達することも生じうる。

【0036】

そこで実施の形態に係る光学ユニット１００は、各光源２３１を冷却するために、それぞれ専用のヒートシンク１２０を備える。

【0037】

図６は、実施の形態に係る光学ユニット１００の筐体１１０の底面を外側から観察した場合を示す図である。図６に示すように、筐体１１０の外側には、第１照明部２３０ａの光源取付部２４３を介して第１光源２３１ａに接続されるヒートシンク１２０ａと、第２照明部２３０ｂの光源取付部２４３を介して第２光源２３１ｂに接続されるヒートシンク１２０ｂと、第３照明部２３０ｃの光源取付部２４３を介して第３光源２３１ｃに接続されるヒートシンク１２０ｃが設けられている。以下本明細書において、ヒートシンク１２０ａ、ヒートシンク１２０ｂ、およびヒートシンク１２０ｃを明確に区別するために、それぞれ第１ヒートシンク１２０ａ、第２ヒートシンク１２０ｂ、および第３ヒートシンク１２０ｃと記載する。

【0038】

第２光源２３１ｂ、第３光源２３１ｃによる発熱の影響から第１光源２３１ａを守るために、第１ヒートシンク１２０ａに対する第２ヒートシンク１２０ｂの熱的な結合性と、第１ヒートシンク１２０ａに対する第３ヒートシンク１２０ｃの熱的な結合性とはともに、第２ヒートシンク１２０ｂと第３ヒートシンク１２０ｃとの間の熱的な結合性よりも低くなるように構成されている。

【0039】

より具体的には、第１ヒートシンク１２０ａから第２ヒートシンク１２０ｂまでの距離Ｌａｂと、第１ヒートシンク１２０ａから第３ヒートシンク１２０ｃまでの距離Ｌａｃとはともに、第２ヒートシンク１２０ｂから第３ヒートシンク１２０ｃまでの距離Ｌｂｃよりも長い。第２光源２３１ｂが発生させ第２ヒートシンク１２０ｂに伝熱した熱は、第１ヒートシンク１２０ａよりも距離的に近い第３ヒートシンク１２０ｃに早く伝わる。同様に、第３光源２３１ｃが発生させ第３ヒートシンク１２０ｃに伝熱した熱も、第１ヒートシンク１２０ａよりも距離的に近い第２ヒートシンク１２０ｂに早く伝わる。この結果、第２ヒートシンク１２０ｂと第３ヒートシンク１２０ｃとの間の熱的な結合性は、第１ヒートシンク１２０ａに対する第２ヒートシンク１２０ｂの熱的な結合性や、第１ヒートシンク１２０ａに対する第３ヒートシンク１２０ｃの熱的な結合性よりも高くなる。

【0040】

また、各光源２３１で発生してヒートシンク１２０に伝熱された熱は、筐体１１０を介して他のヒートシンク１２０に伝わる。そこで、第２光源２３１ｂが発生した熱を放熱するための第２ヒートシンク１２０ｂと、第３光源２３１ｃが発生した熱を放熱するための第３ヒートシンク１２０ｃとは、筐体１１０と一体に構成される。これに対し、第１光源２３１ａが発生した熱を放熱するための第１ヒートシンク１２０ａは、筐体１１０とは分離され、外付けされる。これにより、第２ヒートシンク１２０ｂおよび第３ヒートシンク１２０ｃが第１ヒートシンク１２０ａと物理的に分離される。ゆえに、第１ヒートシンク１２０ａは、第２ヒートシンク１２０ｂおよび第３ヒートシンク１２０ｃとの熱的な結合性が低くなる。

【0041】

図７は、第１ヒートシンク１２０ａを取り外した状態で、実施の形態に係る光学ユニット１００の筐体１１０の底面を外側から観察した場合を示す図である。また図８は、筐体１１０から取り外した状態の第１ヒートシンク１２０ａを示す図である。

【0042】

図７に示すように、筐体１１０は第１ヒートシンク１２０ａを外付けする位置に開口部１１２を有している。また図８に示すように、第１ヒートシンク１２０ａは、冷却フィン１２２が存在する表面とは反対側の面である裏面に、上述したヒートパイプ２５と接続するための接続部１２４を備える。接続部１２４は、第１ヒートシンク１２０ａの裏面から突出するように構成されている。ここで接続部１２４の断面の大きさは筐体１１０の開口部１１２よりも小さく、開口部１１２に挿入自在となっている。また、接続部１２４の高さは筐体１１０の厚さよりも長く、第１ヒートシンク１２０ａを筐体１１０の外側の表面に非接触の状態で、接続部１２４の一部を筐体１１０の内側に突出させることができる。

【0043】

図９は、第１ヒートシンク１２０ａを光学ユニット１００の筐体１１０に取り付けた状態で、筐体１１０の表側から観察した場合を示す図である。なお、「筐体１１０を表側から観察する」とは、光学ユニット１００を車両に設置したときに、路面に対して鉛直方向上側から筐体１１０を観察することを意味する。

【0044】

煩雑となることを避けるために図９において画像投射部２１０を図示していないが、第１光源２３１ａが発生した熱は、第１照明部２３０ａの光源取付部２４３を介してヒートパイプ２５に伝達される。ヒートパイプ２５は、取付部材２６ａによって第１光源２３１ａの光源取付部２４３に取り付けられる。同様に、ヒートパイプ２５は、開口部１１２を通じて筐体１１０の内部に挿入された接続部１２４に対して、取付部材２６ｂを用いて取り付けられる。

【0045】

図９に示すように、第１ヒートシンク１２０ａは、第１ヒートシンク１２０ａの裏面が筐体１１０から離れた状態で、筐体１１０に外付けされる。これにより、第１ヒートシンク１２０ａは筐体１１０から熱的に分離される。結果として、第１ヒートシンク１２０ａは、筐体１１０と一体に構成されている第２ヒートシンク１２０ｂおよび第３ヒートシンク１２０ｃからも熱的に分離されることになる。

【0046】

なお図示はしないが、第１ヒートシンク１２０ａを筐体１１０に取り付けたとき、接続部１２６と筐体１１０の開口部１１２の縁との間に、温度に応じて熱的な結合性が変化する物質を挿入してもよい。温度に応じて熱的な結合性が変化する物質の例としては、例えばバイメタルや形状記憶合金が挙げられるが、以下本実施の形態では、温度に応じて熱的な結合性が変化する物質としてバイメタルを用いる場合について説明する。

【0047】

開口部１１２の縁の温度が低い場合、第１ヒートシンク１２０ａの接続部１２６は、バイメタルを介して筐体１１０と熱的に結合する。これにより、第１ヒートシンク１２０ａ、第２ヒートシンク１２０ｂ、および第３ヒートシンク１２０ｃは筐体１１０を介して熱的に接続されて一体となるため、放熱効率を向上することが可能となる。

【0048】

一方、例えば各光源２３１の発熱量が増大することによって筐体１１０の温度が上昇し、バイメタルの温度も上昇したとする。この場合、バイメタルは変形によって縮むことにより、接続部１２６と筐体１１０との間の熱的な結合性が切断される。これにより、第２光源２３１ｂや第３光源２３１ｃが発生する熱が筐体１１０を介して第１光源２３１ａに伝熱されることが抑制され、第１光源２３１ａを熱から保護することができる。

【0049】

以上、主に光源２３１等、光学ユニット１００の構成要素に起因する熱の放熱について説明した。上述したとおり、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０は、車両のダッシュボード内に設置して使用される。このため、屋内での使用が主に想定されている一般的なプロジェクタとは異なり、実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０は、太陽光等の外光にさらされる可能性がある環境下で用いられる。以下では、実施の形態に係る光学ユニット１００における、外光に由来する熱の放熱について説明する。

【0050】

図１０は、実施の形態に係る光学ユニット１００の外光に由来する熱の放熱を説明する図である。中間像形成部を透過した可視光に係る画像表示光は、コールドミラー４００でウィンドシールド６１０に向けて反射させる。このとき、上述したように、コールドミラー４００で反射した画像表示光は、筐体１１０の天面に設けられた投射口を透過してウィンドシールド６１０に至る。

【0051】

光学ユニット１００は、例えば自動車のダッシュボード内に配置される。ダッシュボードはウィンドシールド６１０の下部に位置するのが通常である。したがって、光学ユニット１００がダッシュボード内に配置された場合、画像表示光が透過する筐体１１０の投射口は、図１０に示すように路面に対して鉛直方向上側を向くことになる。このため、例えば晴れた昼間に自動車を走行させると、太陽の位置等の条件によっては、ウィンドシールド６１０と筐体１１０の投射口とを介して、太陽光が筐体１１０の内部に侵入することも起こりうる。

【0052】

筐体１１０の内部に侵入した太陽光は、コールドミラー４００に到達する。ここでコールドミラー４００が仮に通常のミラーである投射鏡であり、可視光のみならず赤外光も反射するものであると、赤外光が光学ユニット１００の光学系に進入し、光学部材の熱による劣化を早める可能性もある。特に投射鏡が凹面鏡であると、投射鏡に到達した太陽光が集光されて筐体１１０の内部を局所的に加熱されかねない。

【0053】

そこで実施の形態に係る光学ユニット１００は、投射鏡としてコールドミラー４００を備える。コールドミラー４００は可視光を反射するとともに熱線である赤外光は透過する性質を持つ。このため、筐体１１０の内部に侵入した赤外光がコールドミラー４００で反射されることを抑制できる。

【0054】

一方、コールドミラー４００を透過した赤外光による熱も筐体１１０を加熱する要因となるため、コールドミラー４００を透過後の赤外光に起因する熱を放熱することが望ましい。そこで図１０に示すように、コールドミラー４００は、画像表示光の反射面に対する裏面に、コールドミラー放熱部４１０を備える。コールドミラー放熱部４１０は、コールドミラー４００を透過した赤外光による熱を放熱するために表面積が大きくなるように処理された部材であり、一例としては冷却フィンを備えるヒートシンクである。筐体１１０には、筐体１１０の内部を空冷するために、図示しない通気口や冷却ファンが設けられており、コールドミラー放熱部４１０は筐体１１０の内部を流れる空気で冷却され、赤外光による熱を放熱することができる。

【0055】

ここでコールドミラー放熱部４１０はコールドミラー４００の裏面の全面に亘って存在することは必須の構成ではない。図１０に示すように、でコールドミラー放熱部４１０はコールドミラー４００の反射面のうち太陽光が到達する領域の裏面をカバーするように備えられていればよい。これにより、コールドミラー放熱部４１０を小型化することができ、光学ユニット１００の軽量化および低コスト化が実現できる。なお、コールドミラー放熱部４１０はコールドミラー４００の反射面のうち太陽光が到達する領域は、筐体１１の投射口の大きさや位置、光学ユニット１００の設置場所、および設置する車両の構造等の設置条件に依存する。したがって、コールドミラー４００の裏面のうちコールドミラー放熱部４１０を配置する部分の領域は、光学ユニット１００の設置条件を勘案して実験により定めればよい。

【0056】

上述したように、第１光源２３１ａをはじめとして、光源２３１には耐熱温度が定められている。このため、コールドミラー放熱部４１０が放熱する熱が、筐体１１０を介して光源２３１に伝導するのは好ましいことではない。そこで実施の形態に係る光学ユニット１００において、筐体１１０とコールドミラー放熱部４１０との熱的な結合性は、筐体１１０と光源２３１を含む画像投射部２１０との熱的な結合性と比較して小さくなるように構成されている。

【0057】

より具体的には、筐体１１０とコールドミラー放熱部４１０との間に断熱機構を設けることで、筐体１１０とコールドミラー放熱部４１０との間の熱的な結合性を小さくすることができる。図１０に示す例では、筐体１１０とコールドミラー放熱部４１０とは接触しておらず、筐体１１０とコールドミラー放熱部４１０との間に距離が空くように構成されている。これにより、コールドミラー放熱部４１０から筐体１１０への熱の伝導が遮断され、両者の熱的な結合性を小さくすることができる。また、筐体１１０とコールドミラー放熱部４１０との間の距離が短い場合には、熱の伝導を抑える断熱部材を挿入してもよい。

【0058】

あるいはまた、図７、図８、および図９を参照して説明した第１ヒートシンク１２０ａと同様に、コールドミラー放熱部４１０を筐体１１０から熱的に分離するようにして外付けするとともに、コールドミラー放熱部４１０とコールドミラー４００の裏面とを、筐体１１０に設けられた開口部（不図示）を介してヒートパイプ（不図示）で接続してもよい。コールドミラー放熱部４１０が筐体１１０の外部に出るため、コールドミラー４００の放熱効率を高めうる点で効果がある。

【0059】

また第１ヒートシンク１２０ａの場合と同様に、コールドミラー放熱部４１０を筐体１１０に取り付けたとき、コールドミラー放熱部４１０とヒートパイプとの接続部と筐体１１０の開口部の縁との間に、バイメタル等の温度に応じて熱的な結合性が変化する物質を挿入してもよい。これにより、コールドミラー放熱部４１０または筐体１１０の温度が低い場合はコールドミラー放熱部４１０と筐体１１０とが熱的に結合するので、コールドミラー放熱部４１０の放熱効率を高くすることができる。一方、コールドミラー放熱部４１０または筐体１１０の温度が上昇した場合、コールドミラー放熱部４１０と筐体１１０とが熱的に分離するので、コールドミラー放熱部４１０の放熱が筐体１１０を介して光源２３１に伝導することを抑制できる。

【0060】

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ１０によれば、太陽光等のヘッドアップディスプレイ１０の外部から入射する外光に由来する熱を冷却する技術を提供することができる。

【0061】

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や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。

【符号の説明】

【0062】

１０ ヘッドアップディスプレイ、 ２５ ヒートパイプ、 ５０ 制御装置、 １００ 光学ユニット、 １１０ 筐体、 １１２ 開口部、 １２０ ヒートシンク、 １２２ 冷却フィン、 １２４，１２６ 接続部、 ２１０ 画像投射部、 ２３０ 照明部、 ２３１ 光源、 ２３２ コリメートレンズ、 ２３３ ＵＶ−ＩＲカットフィルタ、 ２３４ 偏光子、 ２３５ フライアイレンズ、 ２３６ 反射鏡、 ２３７ フィールドレンズ、 ２３８ 偏光ビームスプリッタ、 ２３９ 位相差板、 ２４０ 画像表示素子、 ２４１ 検光子、 ２４２ 投射レンズ群、 ２４３ 光源取付部、 ２４４ ダイクロイッククロスプリズム、 ３５０ 中間鏡、 ３６０ 中間像形成部、 ３６２ 拡散スクリーン、 ３６４ 凹レンズ、 ４００ コールドミラー、 ４１０ コールドミラー放熱部、 ４５０ 虚像、 ６１０ ウィンドシールド。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】