特開 2023-13968 ヘッドアップディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023013968

(43)【公開日】2023-01-26

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20230119BHJP

   B60K 35/00 20060101ALI20230119BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

B60K35/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096418

(22)【出願日】2022-06-15

(31)【優先権主張番号】63/222452

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】202111346454.0

(32)【優先日】2021-11-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】500093133

【氏名又は名称】中強光電股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】林 士逸

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ 于▲あん▼

【テーマコード（参考）】

2H199

3D344

【Ｆターム（参考）】

2H199DA03

2H199DA14

2H199DA15

2H199DA20

2H199DA23

2H199DA48

3D344AA08

3D344AA27

3D344AC25

(57)【要約】

【課題】ヘッドアップディスプレイは画像光源、少なくとも一つの反射鏡及び光変調装置を含む。画像光源は画像光線を提供する。
【解決手段】少なくとも一つの反射鏡は、画像光線がヘッドアップディスプレイから離れるように伝達する。光変調装置は、画像光線の伝達経路上において、ヘッドアップディスプレイ内に設置されている。環境光線は光変調装置を透過した後、画像光源に入射し、かつ、ヘッドアップディスプレイが環境光線の照射を長期に受けて破損することを防ぐよう、画像光源に入射される環境光線の光エネルギーはヘッドアップディスプレイに入射される環境光線の光エネルギーの２５％以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヘッドアップディスプレイであって、
画像光線を提供する画像光源と、
前記画像光線が前記ヘッドアップディスプレイから離れるように伝達する少なくとも一つの反射鏡と、
前記画像光線の伝達経路上において、前記ヘッドアップディスプレイ内に設置された光変調装置とを含み、
環境光線が前記光変調装置を透過した後に前記画像光源に入射され、前記画像光源に入射される前記環境光線の光エネルギーが前記ヘッドアップディスプレイに入射される前記環境光線の光エネルギーの２５％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。

【請求項2】

前記環境光線が前記光変調装置を透過して前記画像光源まで伝達される過程において、前記環境光線の偏光状態は、直線偏光状態及び楕円偏光状態を含み、直線偏光状態及び円偏光状態を含み、または直線偏光状態及び非偏光状態を含むことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項3】

前記光変調装置は、前記環境光線が前記画像光源に入射される伝達経路上に順に設置された第１直線偏光子、位相変調器及び第２直線偏光子を含むことを特徴とする、請求項１に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項4】

前記位相変調器は１／４波片であることを特徴とする、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項5】

前記第１直線偏光子の透過軸と前記１／４波片の遅軸が夾角を形成することを特徴とする、請求項４に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項6】

前記位相変調器は偏光解消子であることを特徴とする、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項7】

前記画像光源はさらに表示装置を含み、
前記表示装置は液晶パネル及び第３直線偏光子を含み、かつ、前記第２直線偏光子の透過軸が前記第３直線偏光子の透過軸に平行であることを特徴とする、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項8】

前記第１直線偏光子の透過軸が前記第２直線偏光子の透過軸に平行であることを特徴とする、請求項７に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項9】

前記ヘッドアップディスプレイを離れた前記画像光線は反射スクリーンまで伝達され、前記画像光線は前記反射スクリーンに反射されて目に入り、
前記画像光線は前記第１直線偏光子を透過した後、前記反射スクリーンに反射され、かつ、前記反射スクリーンに反射された前記画像光線は第１偏光状態であることを特徴とする、請求項３に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項10】

前記ヘッドアップディスプレイはさらに防塵カバーを含み、
前記防塵カバーは前記反射スクリーンと前記画像光源との間に設置され、前記ヘッドアップディスプレイ内に埃が落ちることを防ぐことを特徴とする、請求項９に記載のヘッドアップディスプレイ。

【請求項11】

前記環境光線の伝達経路上において、前記光変調装置の前記第１直線偏光子が前記防塵カバー上に設置され、
前記位相変調器及び前記第２直線偏光子は前記画像光源の表示装置上に設置されることを特徴とする、請求項１０に記載のヘッドアップディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はヘッドアップディスプレイに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、表示技術の発展により、各種のヘッドアップディスプレイは生活の中に多く応用されるようになり、特に、ヘッドアップディスプレイで画像を環境画像に重ねて示す情報は航空機、車両、店舗のショーウインドー等によく使用されている。車用ヘッドアップディスプレイを例にすると、フロントガラスの内表面を光学コンバイナーとして利用してドライバーに情報を提供し、ドライバーは運転中に下を向いて表示板またはナビゲーター見ずとも車内情報システムが提供する情報を確認することができる。

【0003】

ヘッドアップディスプレイは屋外での使用が多いため、太陽光がヘッドアップディスプレイの結像レンズアセンブリを透過して内部の表示パネルに集まり、内部温度が表示パネルの耐えられる上限（約１００度から１１０度）を超えることがある。一般的に、太陽光エネルギーの密度は１０５０Ｗ／ｍ^２であるが、太陽光が表示パネルの狭い領域に集中すると、光エネルギーの密度が高まって２００００Ｗ／ｍ^２から６００００Ｗ／ｍ^２に達し、表示パネルの温度が１０５度以上になり、表示パネルの破損、ヘッドアップディスプレイの使用寿命の短縮を引き起こす可能性がある。そのため、太陽光が大量にヘッドアップディスプレイに進入することを防止する技術の提供が急務である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、環境光線の大量進入を防止し、ヘッドアップディスプレイが環境光線の照射を長期に受けて破損することを防止できるヘッドアップディスプレイを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一実施例に基づき、画像光源、少なくとも一つの反射鏡及び光変調装置（ｌｉｇｈｔ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を含むヘッドアップディスプレイを提供する。画像光源は画像光線を提供する。少なくとも一つの反射鏡は画像光線がヘッドアップディスプレイから離れるように伝達する。光変調装置は画像光線の伝達経路上において、ヘッドアップディスプレイ内に設置される。環境光線は光変調装置を透過した後に画像光源に入射され、画像光源に入射される環境光線の光エネルギーはヘッドアップディスプレイに入射される環境光線の光エネルギーの２５％以下である。

【0006】

以上により、本発明の実施例が提供するヘッドアップディスプレイは光変調装置を利用して環境光線を変調し、環境光線の光学特性を変更させて、ヘッドアップディスプレイに進入する光エネルギーを低減し、ヘッドアップディスプレイが環境光線の照射を長期に受けて破損することを防止する。

【0007】

本発明の前記特徴と利点をより明確に、分かりやすく示すために、以下は実施例を挙げて、かつ図面を参照しながら詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の一実施例に基づくヘッドアップディスプレイの概略図。

【図2A】本発明の実施例に基づく光変調装置の概略図。

【図2B】本発明の実施例に基づく光変調装置の概略図。

【図2C】本発明の実施例に基づく光変調装置の概略図。

【図3】本発明の別の実施例に基づくヘッドアップディスプレイの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の前記及びその他の技術内容、特徴及び効果を明確に示すべく、以下は図面を参照しながら好ましい実施例を詳しく説明する。以下の実施例における方向用語、例えば、上、下、左、右、前または後等は図面を参照する方向のみである。従って、これらの方向用語は説明目的に用いられたものであり、本発明を制限するものではない。

【0010】

図１は本発明の一実施例に基づくヘッドアップディスプレイの概略図である。ヘッドアップディスプレイ１は画像光源１０、光変調装置２０、少なくとも一つの反射鏡４０、５０を含む。画像光源１０は表示装置１０１を含む。表示装置１０１は液晶パネル（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐａｎｅｌ）を含む。画像光源１０は画像光線ＩＬを提供する。少なくとも一つの反射鏡４０、５０を用いて、画像光線ＩＬを反射スクリーン３０の表面３０Ｉまで伝達し、かつ目まで反射する。画像光線ＩＬの伝達経路上において、少なくとも一つの反射鏡４０、５０が画像光源１０と目との間に設置されている。光変調装置２０はヘッドアップディスプレイ１内に設置されている。

【0011】

別の実施例において、ヘッドアップディスプレイ１は画像光源１０、光変調装置２０、単一の反射鏡４０または５０を含む。画像光源１０は画像光線ＩＬを提供する。単一の反射鏡４０または５０を用いて、画像光線ＩＬを反射スクリーン３０まで伝達し、かつ目まで反射する。反射鏡４０または５０は、例えば平板反射鏡、凸面または凹面反射鏡であって、画像光路の設計に基づいて必要な反射鏡を設置することができる。

【0012】

一実施例において、ヘッドアップディスプレイ１は車用ヘッドアップディスプレイとして実施され、反射スクリーン３０はフロントガラスであり、かつ、ヘッドアップディスプレイ１はさらに防塵カバー６０を含む。反射スクリーン３０の表面３０Ｉはフロントガラスの車内の表面に対応し、表面３０Ｊはフロントガラスの車外の表面に対応する。画像光線ＩＬはフロントガラスの車内の表面に反射された後ドライバーの目に進入し、目に進入した画像光線ＩＬはドライバーの目の前方の虚像を形成する。防塵カバー６０は例えば透光性のプラスチックカバー体であり、材質が例えばポリエチレンテレフタラート（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ，ＰＥＴ）であり、ヘッドアップディスプレイ１に埃が入ることを遮断するものであり、つまり、埃は画像光源１０、光変調装置２０及び単一の反射鏡４０または５０に接することない。画像光線ＩＬの伝達経路上に、光変調装置２０は画像光源１０と防塵カバー６０との間に設置されている。

【0013】

環境光線（例えば太陽光）がヘッドアップディスプレイ１に大量進入することで、表示装置１０１が高温により破損することを防ぐために、画像光線ＩＬの伝達経路上において、ヘッドアップディスプレイ１の光変調装置２０を画像光源１０及び反射スクリーン３０と間に設置する。光変調装置２０は入射光線の位相及び偏光状態を変調（ｍｏｄｕｌａｔｅ）し、さらに偏光選択素子を利用して特定の偏光状態を選択することで、光変調装置２０を透過する光線の光エネルギーを低減する。図１が示す実施例では、画像光線ＩＬの伝達経路上において、光変調装置２０が表示装置１０１と反射鏡４０または５０との間に設置され、光変調装置２０を透過する環境光線ＳＬの光エネルギーを低減し、画像光源１０に入射される環境光線ＳＬの光エネルギーがヘッドアップディスプレイ１に入射される環境光線ＳＬの光エネルギーの２５％以下（≦）になるようにして、環境光線ＳＬが表示装置１０１を照射することで上昇する温度を低減する。

【0014】

本発明の一実施例において、光変調装置２０は例えば太陽光フィルタ（Ｓｕｎ Ｌｉｇｈｔ Ｆｉｌｔｅｒ，ＳＬＦ）である。光変調装置２０は第１直線偏光子、位相変調器及び第２直線偏光子を含み、環境光線ＳＬが画像光源１０に入射する伝達経路上に順に設置されている。環境光線ＳＬは非偏光光（ｕｎｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）である。説明すべきなのは、非偏光光とは偏光方向を有しないものではなく、偏光方向が時間とともに非常に速く変わるものである。環境光線ＳＬは第１直線偏光子を通った後、偏光方向が第１直線偏光子の吸収軸と平行な一部環境光線ＳＬは第１直線偏光子に吸収され、第１直線偏光子を透過した一部環境光線ＳＬは直線偏光光（ｌｉｎｅａｒ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）である。偏光光（ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ）はＳ偏光光またはＰ偏光光であってもよい。通常、前記吸収された一部環境光線ＳＬの光エネルギーは原環境光線ＳＬの光エネルギーの５０％を占める。言い換えれば、第１直線偏光子を透過した一部環境光線ＳＬの光エネルギーは原環境光線ＳＬの光エネルギーの約５０％を占める。位相変調器は第１直線偏光子と第２直線偏光子との間に設置され、第１直線偏光子を透過した一部環境光線ＳＬの位相を変調（ｍｏｄｕｌａｔｅ）し、一部環境光線ＳＬの偏光状態を直線偏光からその他の偏光状態、例えば、円偏光光、楕円偏光クまたは非偏光光に変更する。続いて、第２直線偏光子の吸収軸の方向を適切に配置することで、５０％の一部環境光線ＳＬの光エネルギーを再吸収する。光変調装置２０を透過した一部環境光線ＳＬの光エネルギーは原環境光線ＳＬの光エネルギーの２５％以下になる。以下は本発明の各種実施例を参照しながら、光変調装置が如何にしてヘッドアップディスプレイ１に進入した環境光線の光エネルギーを低減するかについて説明する。

【0015】

図２Ａは本発明の一実施例に基づく光変調装置を示す概略図である。光変調装置２０は第１直線偏光子２１０、位相変調器２０１及び第２直線偏光子２２０を含み、これらは環境光線ＳＬ０、ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３（分かり易いよう、以下は原環境光線をＳＬ０と称す）の伝達経路上に順に設置されている。本実施例において、位相変調器２０１は１／４波片（ｗａｖｅ ｐｌａｔｅ）であり、かつ、第１直線偏光子２１０の透過軸と１／４波片の遅軸（ｓｌｏｗ ａｘｉｓ）が夾角を形成し、この夾角は０度より大きく、かつ４５度より小さい。第１直線偏光子２１０を透過した環境光線ＳＬ１（以下は一部環境光線ＳＬ１と称す）は直線偏光光である。位相変調器２０１を透過し、かつ位相変調器２０１に変調された環境光線ＳＬ２（以下は一部環境光線ＳＬ２と称す）は楕円偏光光である。一部環境光線ＳＬ２が楕円偏光光であるため、第２直線偏光子２２０の吸収軸の方向を設置することで、第２直線偏光子２２０に５０％以上の楕円偏光光の光エネルギーを吸収させるようにできる。この場合、第２直線偏光子２２０を透過する直線偏光環境光線ＳＬ３（以下は一部環境光線ＳＬ３と称する）の光エネルギーが原環境光線ＳＬ０の光エネルギーの２５％以下であってもよい。

【0016】

図２Ｂは本発明の一実施例に基づく光変調装置を示す概略図である。光変調装置２０は第１直線偏光子２１０、位相変調器２０２及び第２直線偏光子２２０を含み、これらは原環境光線ＳＬ０及び一部の環境光線ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３の伝達経路上に順に設置されている。本実施例と図２Ａが示す実施例の同じ点は位相変調器２０２が１／４波片であり、本実施例と図２Ａが示す実施例の異なる点は第１直線偏光子２１０の透過軸と１／４波片の遅軸が夾角を形成し、この夾角が４５度である。位相変調器２０２を透過し、かつ位相変調器２０２に変調された一部環境光線ＳＬ２は円偏光光である。一部環境光線ＳＬ２が第２直線偏光子２２０を透過した後、一部環境光線ＳＬ３が生成される。一部環境光線ＳＬ３の光エネルギーは原環境光線ＳＬ０の光エネルギーの２５％である。

【0017】

図１及び図２Ｂを同時に参照すると、本発明の一実施例において、ヘッドアップディスプレイ１は図２Ｂが示すような光変調装置２０を含み、第１直線偏光子２１０、位相変調器２０２及び第２直線偏光子２２０の三者は画像光源１０上に重ねて設置され、かつ、画像光源１０は図１が示すような表示装置１０１を含み、表示装置１０１は液晶パネル及び上偏光片（第３直線偏光子）を含み、かつ、光変調装置２０の第２直線偏光子２２０の透過軸が表示装置１０１の上偏光片の透過軸と平行であり、画像光線ＩＬが光変調装置２０を透過する過程において比較的に高い透過率を有し、画像光線ＩＬが吸収されないようにする。

【0018】

本発明の別の実施例において、光変調装置２０の第２直線偏光子２２０の透過軸が表示装置１０１の上偏光片の透過軸と平行であり、かつ、第１直線偏光子２１０の透過軸と平行であり、画像光線ＩＬが光変調装置２０を透過する過程において比較的高い透過率を有する。しかし、本発明はこれに限定されず、本発明の一部の実施例において、第１直線偏光子２１０の透過軸、第２直線偏光子２２０の透過軸及び表示装置１０１の上偏光片の透過軸の三者の間の夾角は、画像光線ＩＬの強度及び環境光線ＳＬの強度に基づいて調整することもできる。

【0019】

本発明のさらに別の実施例において、第１直線偏光子２１０の透過軸、第２直線偏光子２２０の透過軸及び表示装置１０１の上偏光片の透過軸の三者は互いに平行であり、かつ、画像光線ＩＬが第１直線偏光子２１０を透過した後、反射スクリーン３０において反射され、かつ、反射スクリーン３０の表面３０Ｉにおいて反射された画像光線ＩＬは例えば第１偏光状態であり、つまり、Ｓ偏光状態であり、画像光線ＩＬの反射率を高め、ドライバーの目に進入する光エネルギーを高める。

【0020】

図２Ｃは本発明の一実施例に基づく光変調装置の概略図である。光変調装置２０は第１直線偏光子２１０、位相変調器２０３及び第２直線偏光子２２０を含み、これらは原環境光線ＳＬ０及び一部の環境光線ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３の伝達経路上に順に設置されている。本実施例と図２Ａが示す実施例の異なる点は、位相変調器２０３が偏光解消子（ｄｅｐｏｌａｒｉｚｅｒ）であり、位相変調器２０３を透過した一部環境光線ＳＬ２が非偏光光である。一部環境光線ＳＬ２は第２直線偏光子２２０を透過した後、一部環境光線ＳＬ３が生成される。一部環境光線ＳＬ３の光エネルギーは原環境光線ＳＬ０の光エネルギーの２５％である。

【0021】

図３は本発明の別の実施例に基づくヘッドアップディスプレイの概略図である。ヘッドアップディスプレイ２と図１が示す実施例におけるヘッドアップディスプレイ１の異なる点は、ヘッドアップディスプレイ２中の光変調装置は前記図２Ａが示す光変調装置２０によって実施（ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ）され、かつ、画像光線ＩＬの伝達経路上において、ヘッドアップディスプレイ２中の反射鏡４０及び５０は第１直線偏光子２１０及び位相変調器２０１との間に設置され、画像光線ＩＬの進行方向を変更し、ヘッドアップディスプレイ２全体の体積を低減するものである。光変調装置２０の第１直線偏光子２１０は防塵カバー６０上に設置され、光変調装置２０の位相変調器２０１と第２直線偏光子２２０が貼り合わされて、表示装置１０１の出光表面上に設置されている。

【0022】

しかし、本発明はこれに限定されず、本発明の図示されていない実施例において、環境光線ＳＬの伝達経路上において、光変調装置２０の第１直線偏光子２１０、位相変調器２０１と第２直線偏光子２２０がそれぞれ反射スクリーン３０から表示装置１０１までの間に設置されてもよい。光変調装置２０が表示装置１０１に設置されている場合、貼り合わせの方法を利用し、または機械部材（フレーム）を利用する方法で光変調装置２０を固定することができ、必ずしも表示装置１０１に直接接触する必要がなく、表示装置１０１と光変調装置２０との間に距離を有する。別の実施例において、光変調装置２０の第１直線偏光子２１０と位相変調器２０１が防塵カバー６０上に設置されてもよく、第２直線偏光子２２０が表示装置１０１の出光面上に設置される。別の実施例において、光変調装置２０はすべて防塵カバー６０上に設置される。

【0023】

以上を纏めると、本発明の実施例が提供するヘッドアップディスプレイは、光変調装置を利用して環境光線を変調し、環境光線の光学特性を変えて、ヘッドアップディスプレイに進入する光エネルギーを低減し、ヘッドアップディスプレイが環境光線の照射を長期受けて破損することを防止する。

【0024】

以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、これを以って本発明の実施範囲を制限すべきではない。即ち、本発明の請求の範囲及び発明の内容を基に行った簡単かつ等価な変更と修正はすべて本発明の範囲内に属する。また、本発明の任意の実施例または請求項は必ずしも本発明で開示されたすべての目的または利点または特徴を備えるとは限らない。また、要約書と発明の名称は特許文献検索に利用されるものであり、本発明の権利範囲を制限するものではない。また、明細書または請求の範囲で言及される「第１」、「第２」等の用語は素子（ｅｌｅｍｅｎｔ）の名称を示し、または異なる実施例や範囲を区別するものであり、素子の数の上限または下限を制限するものではない。

【符号の説明】

【0025】

１、２ ヘッドアップディスプレイ
１０ 画像光源
２０ 光変調装置
３０ 反射スクリーン
４０、５０ 反射鏡
６０ 防塵カバー
３０Ｉ、３０Ｊ 表面
１０１ 表示装置
２０１、２０２、２０３ 位相変調器
２１０ 第１直線偏光子
２２０ 第２直線偏光子
ＩＬ 画像光線
ＳＬ 環境光線
ＳＬ０ 原環境光線
ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３ 一部環境光線

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】