特許 7618019 ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両

(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】

(24)【登録日】2025-01-09

(45)【発行日】2025-01-20

(54)【発明の名称】ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両

(51)【国際特許分類】

   G02B 27/01 20060101AFI20250110BHJP

   G02B 5/00 20060101ALI20250110BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20250110BHJP

   G02B 5/10 20060101ALI20250110BHJP

   G02B 5/26 20060101ALI20250110BHJP

   B60K 35/23 20240101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

G02B27/01

G02B5/00 A

G02B5/30

G02B5/00 C

G02B5/10

G02B5/26

B60K35/23

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023513760

(86)(22)【出願日】2021-12-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-20

(86)【国際出願番号】 CN2021142663

(87)【国際公開番号】W WO2022183821

(87)【国際公開日】2022-09-09

【審査請求日】2023-02-27

(31)【優先権主張番号】202110239212.5

(32)【優先日】2021-03-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】519151253

【氏名又は名称】浙江水晶光電科技股▲フン▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】馬紅虎

(72)【発明者】

【氏名】李礼操

(72)【発明者】

【氏名】胡倍倍

(72)【発明者】

【氏名】王埼雨

(72)【発明者】

【氏名】劉風雷

【審査官】河村 麻梨子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２１１４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０６６６２０８（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０１９／０４４０７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０８３６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１１８８２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００４１６４１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ２７／０１

Ｂ６０Ｋ ３５／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

順に設置される画像生成素子および遮光アッセンブリーを備え、前記画像生成素子は、画像信号を形成するように構成され、前記画像信号が前記遮光アッセンブリーを通って受信端に入射し、前記遮光アッセンブリーは、さらに、偏光方向および波長の少なくとも一方によって外部光の一部を透過させるように構成され、
前記遮光アッセンブリーは、偏光防塵フィルムを備え、
前記偏光防塵フィルムは、透明ベースと、前記透明ベースに設けられる偏光フィルムとを含み、前記偏光フィルムの偏光方向が、前記画像生成素子の出光方向と同じであり、
前記遮光アッセンブリーは、フィルタ素子をさらに備え、前記フィルタ素子が、前記偏光防塵フィルムと前記画像生成素子との間に位置し、前記波長によって外部光の一部を透過させるように構成され、
前記フィルタ素子と前記画像生成素子とが離間してそれぞれ独立するように光路に設置され、
前記偏光防塵フィルムと前記フィルタ素子との間に第１反射鏡と第２反射鏡がさらに設けられ、前記第１反射鏡および前記第２反射鏡が、前記偏光防塵フィルムに入射する光束を前記フィルタ素子に反射し、および、前記フィルタ素子に入射する光束を前記偏光防塵フィルムに反射するように構成され、前記第１反射鏡および前記第２反射鏡は、いずれも２つの反射面を有し、この２つの反射面がそれぞれ画像光および外部光の２つの方向からの光を反射し、前記反射面がいずれも曲面である
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ用光学モジュール。

【請求項2】

前記偏光フィルムは、吸収型偏光フィルムまたは反射型偏光フィルムである
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用光学モジュール。

【請求項3】

前記フィルタ素子は、少なくとも赤外光を遮断し、可視光を透過させるように構成される
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用光学モジュール。

【請求項4】

前記フィルタ素子は、さらに紫外光を遮断するように構成される
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用光学モジュール。

【請求項5】

バックライトモジュールと、請求項１～４のいずれか１項に記載のヘッドアップディスプレイ用光学モジュールとを備え、前記ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールの画像生成素子が前記バックライトモジュールの出光側に位置する
ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ用光学系。

【請求項6】

車両本体と、請求項５に記載のヘッドアップディスプレイ用光学系とを備え、前記ヘッドアップディスプレイ用光学系が前記車両本体に設置される
ことを特徴とする車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、ヘッドアップディスプレイの技術分野に属し、具体的に、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両に関する。

【0002】

関係出願の相互参照
本出願は、２０２１年０３月０４日に中国国家知識産権局に提出された、出願番号が２０２１１０２３９２１２．５であり、名称が「ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両」である中国出願に基づいて優先権を主張し、その内容のすべては本出願に参照として取り込まれる。

【背景技術】

【0003】

技術の発展に伴い、ヘッドアップディスプレイ技術（ＨＵＤ）は、自動車分野に多く使用され、近年、拡張現実型ヘッドアップディスプレイ（ＡＲ ＨＵＤ）が一部の高級車にも応用されている。ＡＲ ＨＵＤは、視野がより広く、虚像距離がより長く、表示画像と現実の物体とを融合させることができるため、ユーザがより気に入る。

【0004】

しかしながら、ＡＲ ＨＵＤ光学素子の面積が比較的大きいため、外部の太陽光が光学系に進入するときのエネルギーがより多く、そして、虚像距離が比較的長いため、画像生成ユニットの位置が一般的なＨＵＤに対して光学結像システムの焦点により近い。このため、太陽光があふれるとき、太陽光エネルギーが画像生成ユニットでより集中し、相応に、このとき、画像生成ユニットの照らされたエリアの温度が非常に高く、対処しないと、極端な場合温度が３００℃に達することがあり、画像生成ユニットの一般的な動作温度（一般的に、１０５℃である）を過度に超え、結像の質に影響を与え、ひいては過熱による画像生成ユニットの損壊を招き、画像生成ユニットの動作性能に影響を与えてしまう。

【発明の概要】

【0005】

本出願は、画像生成ユニットの温度を効果的に下げ、結像の質および動作性能を向上させることができる、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両を提供する。

【0006】

本出願のいくつかの実施例は、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールを提供する。該光学モジュールは、順に設置される画像生成素子および遮光アッセンブリーを備え、前記画像生成素子は、画像信号を形成するように構成され、前記画像信号が前記遮光アッセンブリーを通って受信端に入射し、前記遮光アッセンブリーは、さらに、偏光方向および波長の少なくとも一方によって外部光の一部を透過させるように構成される。

【0007】

任意で、前記遮光アッセンブリーは、偏光防塵フィルムを備える。

【0008】

前記偏光防塵フィルムは、透明ベースと、前記透明ベースに設けられる偏光フィルムとを含み、前記偏光フィルムの偏光方向が、前記画像生成素子の出光方向と同じである。

【0009】

任意で、前記偏光フィルムは、吸収型偏光フィルムまたは反射型偏光フィルムである。

【0010】

任意で、前記遮光アッセンブリーは、フィルタ素子をさらに備え、前記フィルタ素子が、前記偏光防塵フィルムと前記画像生成素子との間に位置し、前記波長によって外部光の一部を透過させるように構成される。

【0011】

任意で、前記フィルタ素子は、少なくとも赤外光を遮断し、可視光を透過させるように構成される。

【0012】

任意で、前記フィルタ素子は、さらに紫外光を遮断するように構成される。

【0013】

任意で、前記画像生成素子と前記フィルタ素子とが貼着するように設置される。

【0014】

任意で、前記フィルタ素子と前記画像生成素子とが離間してそれぞれ独立するように光路に設置される。

【0015】

任意で、前記偏光防塵フィルムと前記フィルタ素子との間に少なくとも１つの反射面がさらに設けられ、前記少なくとも１つの反射面が、前記偏光防塵フィルムに入射する光束を前記フィルタ素子に反射し、あるいは、前記フィルタ素子に入射する光束を前記偏光防塵フィルムに反射するように構成される。

【0016】

任意で、前記反射面は曲面である。

【0017】

本出願の他のいくつかの実施例は、ヘッドアップディスプレイ用光学系を提供する。該光学系は、バックライトモジュールと、本出願のいくつかの実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールとを備え、前記ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールの画像生成素子が前記バックライトモジュールの出光側に位置する。

【0018】

本出願の他のいくつかの実施例は、車両を提供する。該車両は、車両本体と、本出願の他のいくつかの実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学系とを備え、前記ヘッドアップディスプレイ用光学系が前記車両本体に設置され、前記ヘッドアップディスプレイ用光学系の遮光アッセンブリーおよび受信端が前記車両本体のフロントガラスの両側にそれぞれ位置する。

【0019】

本出願の実施例は、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両を提供する。ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールは、順に設置される画像生成素子および遮光アッセンブリーを備える。画像生成素子は、画像を生成するように構成され、光源から出射する光束が画像生成素子を経て画像光として形成され、画像信号が生成され、そして、画像信号情報をもつ画像光が遮光アッセンブリーを経て後の受信端により受信されて画像として形成される。画像光が遮光アッセンブリーを経るとき、遮光アッセンブリーによる影響を受けなくまたは受ける影響が極めて小さく、したがって画像光は元のパラメータが変わらないように保たれる。例えば、画像光が遮光アッセンブリーを経たあと、画像光の輝度が変わることがない。この過程において、外部光が、受信端の一側からヘッドアップディスプレイ用光学モジュールに入射し、順に遮光アッセンブリーおよび画像生成素子を通り、外部光が画像生成素子を通ったあと画像の生成がないが、外部光の熱が画像生成素子に集中して、画像生成素子の温度が高くなり、画像生成素子の動作性能に影響を与える。したがって、遮光アッセンブリーを用いて外部光の大部分を遮断し、少ない外部光だけを透過させ、これによって、画像生成素子での外部光の熱が減少し、画像生成素子の温度が下がり、画像生成素子の動作性能が保証される。遮光アッセンブリーは、画像光に対する影響がなくまたは影響が小さく、画像光を通すことができる。一方、遮光素子は、光の偏光方向または波長、あるいは、光の偏光方向と波長との両方によって、外部光から透過可能な光を選択し、遮光アッセンブリーを用いて外部光の大部分を遮断し、少ない外部光だけを透過させる。このようにして、画像光が受信端により受信されて画像の生成に使用され、外部光が遮光アッセンブリーにより選別され、画像生成素子に入射する外部光が減少し、画像生成素子に集中する光の熱が効果的に減少し、画像生成素子の表面の温度を下げる目的を達成し、画像の質を保証することができる。

【0020】

任意で、ヘッドアップディスプレイ用光学系は、バックライトモジュールと、上記のヘッドアップディスプレイ用光学モジュールとを備え、バックライトモジュールにより画像生成素子を照らして画像光を形成する。

【0021】

任意で、ヘッドアップディスプレイ用光学系を設置することにより、車両の現在時速、ナビゲーション情報などの情報をヘッドアップディスプレイ用光学系によりフロントガラスにおける電気光学表示装置に投影し、フロントガラスの前方に画像を形成することができる。運転手が首を回転させたり下げたりすることなく、フロントガラスを直接見ることでナビゲーション情報、車速情報を見ることができ、運転の安全性を向上させることができる。そして、ヘッドアップディスプレイ用光学系により太陽光のあふれる問題を解決、改善し、これによって、運転手がフロントガラスで質の比較的良好な画像を見ることができ、運転手体験の快適性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

本出願の実施例の技術案をより明瞭に説明するため、以下、本出願の実施例に必要な図面を簡単に説明する。説明する図面は、本出願のいくつかの実施例を示すものにすぎず、範囲を限定するものではない。当業者は、発明能力を用いなくても、これらの図面をもとに、他の関連図面を得ることも可能である。

【図1】本実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールの模式的構成図である。

【図2】太陽光の分布を示す模式的グラフである。

【図3】太陽光が偏光防塵フィルムを通るときの模式図である。

【図4】遮断された太陽光の分布を示す模式的グラフである。

【図5】太陽光がフィルタ素子を通るときの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本出願の実施例に用いられる図面を参照しながら、本出願の実施例における技術案を明瞭かつ完全に説明する。

【0024】

本出願の説明において、「内」、「外」などの用語で表された方向または位置関係は、図面に基づくものであり、あるいは該出願に係る製品の通常の配置方向または位置関係であり、本出願を簡単および簡略に説明するためのものにすぎず、該当装置または要素が、必ずしも特定の方向を有したり、特定の方向に構成、操作されたり、することを明示または暗示するものではないため、本出願を限定するものではない。また、「第１」、「第２」などの用語は、区別して説明するためのものにすぎず、相対重要性を明示または暗示するものではない。

【0025】

なお、明確な定義や限定がない限り、用語の「設置」、「接続」を広義に理解すべきである。例えば、固定接続でもよいし、取外し可能な接続でもよいし、一体的な接続でもよい。また、直接接続してもよいし、中間物を介して間接的に接続してもよいし、２つの要素の内部が連通してもよい。当業者は、本出願における上記用語の具体的な意味を、具体的な状況に応じて理解することができる。

【0026】

ヘッドアップディスプレイは、ＨＵＤと略称され、平行視表示システムとも呼ばれ、運転手を中心とする、ブラインド操作が可能である多機能インストルメントパネルである。運転手を中心とするのは、運転中に運転手による車載スクリーンの観察、ノブの操作をより容易にするためである。ブラインド操作を可能にするのは、運転手ができる限り前方から視線を逸らさないようにするためである。多機能インストルメントパネルにナビゲーション情報を表示できるようにするのは、ナビゲーションを見ることで運転手の注意力を逸らすことをできる限り低減するためである。つまり、運転手が運転中にできる限りよそ見をせずに前方の道路状況に十分に集中させるためである。

【0027】

ＨＵＤにより、現在時速、ナビゲーション情報などの情報をフロントガラスにおける電気光学表示装置に投影し、フロントガラスの前方に画像を形成することができ、これによって、運転手が首を回転させたり下げたりすることなくナビゲーション情報および車速情報を見ることができる。

【0028】

近年、拡張現実型ヘッドアップディスプレイ（ＡＲ ＨＵＤ）は一部の高級車に応用し始める。しかしながら、ＡＲ ＨＵＤ光学素子の面積が比較的大きいため、外部の太陽光が光学系に進入するときのエネルギーがより多く、そして、虚像距離が比較的長いため、画像生成ユニットの位置が一般的なＨＵＤに対して光学結像システムの焦点により近い。このため、太陽光があふれるとき、太陽光エネルギーが画像生成ユニットでより集中し、このとき、画像生成ユニットの照らされたエリアの温度が非常に高い。画像の結像の質を保証するため、画像生成ユニットの照らされるエリアの温度を下げる必要がある。

【0029】

ＣＮ１０９２１９７６７Ａには、結像システムにおける一般的な平面ミラーの代わりにコールドミラー（平面ミラー）を使用する解決案が提出された。太陽光において赤外線が持つエネルギーの割合が比較的高く、コールドミラーが可視光のみを反射し赤外線および紫外線を透過させるため、画像生成ユニットの表面に到達するエネルギーを効果的に減らすことができ、したがってその表面の温度を下げることができる。

【0030】

しかしながら、コールドミラーは、その多層膜が複雑で、カスタマイズのコストがとても高く、異なるニーズを満たすように、普段、比較的大きい面積のものを製造し、そして実際のニーズに応じて裁断し、したがって、一般的に平面ミラーの形態で提供されている。しかしながら、ユーザの要求がますます高まり、自由曲面＋平面ミラーの従来の組み合わせが画像の質に対するユーザの要求を満たすことができなくなる。ニーズを満たすように、一般的に、２段の反射鏡をともに曲面にする必要があり、この場合、コールドミラー技術の適用が大きく制限される。

【0031】

本出願の実施例は、ヘッドアップディスプレイ、特に拡張現実型ヘッドアップディスプレイの使用中に、太陽光のあふれることに起因した、薄膜トランジスタ、液晶ディスプレイのような画像生成ユニットの過熱で動作できない問題を解決できる、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールを提供する。本出願の実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールは、一部の太陽光がヘッドアップディスプレイ用光学モジュール進入することを阻止することができ、そして画像生成素子１０２の表面までの赤外光、紫外光の到達を効果的に阻止することができ、これによって画像生成素子１０２の表面の温度を下げることができ、また、結像の質に対する要求を満たすように、２段の反射鏡をともに曲面にする設計を採用することができる。

【0032】

具体的に、図１に示すように、本出願のいくつかの実施例は、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールを提供し、該光学モジュールは、順に設置される画像生成素子１０２および遮光アッセンブリーを備える。画像生成素子１０２は、画像信号を形成するように構成され、画像信号が遮光アッセンブリーを通って受信端に入射する。遮光アッセンブリーは、さらに、偏光方向および波長の少なくとも一方によって外部光の一部を透過させるように構成される。

【0033】

ヘッドアップディスプレイ技術では、画像生成素子１０２は、一般的に薄膜トランジスタ液晶ディスプレイ（ＴＦＴ ＬＣＤ）であり、光源が画像生成素子１０２の入光側に位置し、光源と画像生成素子１０２とが対応して設置され、光源から出射する光束が画像生成素子１０２を経て画像光として形成され、画像信号が生成され、画像光または画像信号が遮光アッセンブリーを経て受信端に入射し、受信端が画像信号を受信したあと画像を形成する。

【0034】

画像信号が遮光アッセンブリーを経るとき、遮光アッセンブリーが画像信号に対して影響がなくまたは影響が極めて小さく、これによって、受信端により受信した画像が遮光アッセンブリーによる影響を受けなく、画像の輝度および画像の質を保証することができる。

【0035】

遮光アッセンブリーが偏光による遮光を利用する場合、偏光方向が画像光の出光方向と同じである遮光アッセンブリーを採用することができ、これによって、遮光アッセンブリーが画像光に対して作用しなく、画像光を透過させることができる。遮光アッセンブリーが波長による遮光を利用する場合、画像光の波長の光を透過させることができる遮光素子を選択することによって画像光を透過させることができる。

【0036】

そして、遮光アッセンブリーは、外部光を選別することができ、光の偏光方向または波長、あるいは、光の偏光方向と波長との両方によって外部光を選別し、外部光の一部を透過させ、他の一部を遮断する。

【0037】

一般的に、外部光が、受信端の一側から入射し、遮光アッセンブリーを経て画像生成素子１０２に入射し、外部光が画像生成素子１０２を通るときに画像生成素子１０２に対して作用しなく、画像生成素子１０２による画像信号の生成がしないが、外部光の熱が画像生成素子１０２に集中して、画像生成素子１０２の温度が高くなり、画像生成素子１０２の動作性能に影響を与える。

【0038】

ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールがヘッドアップディスプレイ技術に適用される場合、一般的に自動車などの交通手段に使用され、自動車が走行するとき、環境の光線からの影響が比較的大きく、ここで外部光が太陽光のことである。自動車が走行するとき、受信端の一側からヘッドアップディスプレイ用光学モジュールへの太陽光の入射が避けられない。

【0039】

したがって、遮光アッセンブリーを用いてフィルタリングまたは反射など方式により画像生成素子１０２へのこの部分の外部光の入射を阻止し、遮光アッセンブリーにより外部光を選別する必要がある。このようにして、外部光が遮光アッセンブリーにより選別されたあと、その大部分が遮光アッセンブリーにより遮断され、少ない遮断されていない外部光のみが画像生成素子１０２に到達し、これによって、画像生成素子１０２に集中する光の熱が減少し、外部光による画像生成素子１０２への影響を低減しまたは解消することができ、従来技術における太陽光のあふれる問題を解決し、画像生成素子１０２の温度の上昇を抑え、画像生成素子１０２の安定な動作を保証することができる。

【0040】

上記から分かるように、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールに、画像生成素子１０２に画像信号を生成させることができる光源からの光と、画像生成素子１０２による画像信号の生成に関与しない外部光との２種の光が入射する。光源からの光と外部光とが２つの方向からそれぞれ入射し、つまり、光源からの光と外部光とがヘッドアップディスプレイ用光学モジュールを経る光路は互いに逆向きである。

【0041】

本出願のいくつかの実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールは、順に設置される画像生成素子１０２および遮光アッセンブリーを備える。画像生成素子１０２は、画像を生成するように構成され、光源から出射する光束が画像生成素子１０２を経て画像光として形成され、画像信号が生成され、そして、画像信号情報をもつ画像光が遮光アッセンブリーを経て後の受信端により受信されて画像として形成される。画像光が遮光アッセンブリーを経るとき、遮光アッセンブリーによる影響を受けなくまたは受ける影響が極めて小さく、したがって画像光は元のパラメータが変わらないように保たれる。例えば、画像光が遮光アッセンブリーを経たあと、画像光の輝度が変わることがない。この過程において、外部光が、受信端の一側からヘッドアップディスプレイ用光学モジュールに入射し、順に遮光アッセンブリーおよび画像生成素子１０２を通り、外部光が画像生成素子１０２を通ったあと画像の生成がないが、外部光の熱が画像生成素子１０２に集中して、画像生成素子１０２の温度が高くなり、画像生成素子１０２の動作性能に影響を与える。したがって、遮光アッセンブリーを用いて外部光の大部分を遮断し、少ない外部光だけを透過させ、これによって、画像生成素子１０２での外部光の熱が減少し、画像生成素子１０２の温度が下がり、画像生成素子１０２の動作性能が保証される。遮光アッセンブリーは、画像光に対する影響がなくまたは影響が小さく、画像光を通すことができる。一方、遮光素子は、光の偏光方向または波長、あるいは、光の偏光方向と波長との両方によって、外部光から透過可能な光を選択し、遮光アッセンブリーを用いて外部光の大部分を遮断し、少ない外部光だけを透過させる。このようにして、画像光が受信端により受信されて画像の生成に使用され、外部光が遮光アッセンブリーにより選別され、画像生成素子１０２に入射する外部光が減少し、画像生成素子１０２に集中する光の熱が効果的に減少し、画像生成素子１０２の表面の温度を下げる目的を達成し、画像の質を保証することができる。

【0042】

遮光素子が偏光方向によって外部光を選別する場合、遮光アッセンブリーは、偏光防塵フィルム１０６を備える。図３に示すように、偏光防塵フィルム１０６は、透明ベース１０６１と、透明ベース１０６１に設けられる偏光フィルム１０６２とを含み、偏光フィルム１０６２の偏光方向が、画像生成素子１０２により形成される画像信号の光束の出光方向と同じである。

【0043】

偏光フィルム１０６２の偏光方向と、画像生成素子１０２により形成される画像光の出光方向とが同じであるとは、両者の偏光方向が同じであり、したがって、画像光が偏光フィルム１０６２を透過して受信端に到達することができる。

【0044】

外部光は、散乱するものであり、偏光方向がさまざまであり、外部光のうち、偏光方向が偏光フィルム１０６２の偏光方向と同じであるものが偏光フィルム１０６２を透過することができ、偏光方向が偏光フィルム１０６２の偏光方向と異なるものが、偏光フィルム１０６２を透過することができなく、偏光フィルムにより遮断される。

【0045】

このため、偏光フィルム１０６２のパラメータを選択するとき、画像光を透過させるとともに外部光の大部分を遮断することができ、画像生成素子１０２の温度を下げる目的を達成するように、画像光の偏光方向と同じでありかつ外部光の大部分をできるだけ遮断できる偏光フィルム１０６２を選択する必要がある。

【0046】

選択により、偏光防塵フィルム１０６は、約半分の外部光のヘッドアップディスプレイ用光学モジュールへの進入を阻止することができ、そして画像生成素子１０２により形成される画像光の輝度に影響を与えなくまたは影響が極めて小さい。

【0047】

偏光防塵フィルム１０６は、透明ベース１０６１と偏光フィルム１０６２とを含み、透明ベース１０６１が、ＰＣポリカーボネートを採用することができる。偏光フィルム１０６２は、透明ベース１０６１に貼着されており、偏光フィルム１０６２の偏光方向が、画像生成素子１０２により形成される画像光の出光方向に合致する。

【0048】

偏光フィルム１０６２は、規定の偏光方向からの入射光だけを吸収する吸収型偏光フィルム１０６２であってもよく、あるいは、規定の偏光方向からの入射光を反射する反射型偏光フィルム１０６２であってもよい。

【0049】

図３に示すように、画像生成素子１０２から出射する画像光のほとんどが偏光フィルム１０６２を透過することができるため、輝度に対する影響がない。外部からの外部光（ｓｕｎｓｈｉｎｅ）は、画像生成素子１０２の出光方向と同じである部分（約５０％）のみが偏光防塵フィルム１０６を通って画像生成素子１０２に進入することができ、その他の部分が吸収または反射により偏光防塵フィルム１０６阻止され、画像生成素子１０２に入射することができなく、したがって、画像生成素子１０２に進入する太陽光エネルギーが効果的に減少し、画像生成素子１０２の表面の温度を下げる目的を達成することができる。

【0050】

任意で、遮光アッセンブリーは、フィルタ素子１０３をさらに備え、フィルタ素子１０３が、偏光防塵フィルム１０６と画像生成素子１０２との間に位置し、波長によって外部光の一部を透過させ、偏光防塵フィルム１０６を経て入射する外部光の一部の光束を遮断するように構成される。

【0051】

外部光が受信端から偏光防塵フィルム１０６を経てフィルタ素子１０３に入射する。図２に示すように、外部光が一般的に太陽光であり、太陽光のスペクトル帯域が比較的に広く、可視光のほか、赤外光および紫外光をさらに有し、これらの光線、特に赤外光が太陽光の大量のエネルギーを持っているため、画像生成素子１０２に集中する光線を対処しないと、画像生成素子１０２の温度が非常に高くなり、画像生成素子１０２の性能に影響を与える。

【0052】

赤外光が太陽光のエネルギーの大部分を持っているため、フィルタ素子１０３が、少なくとも赤外光を遮断でき、あるいは、赤外光の一部を遮断できるように構成され、このようにすれば、画像生成素子１０２に到達する外部光におけるエネルギーの大部分を遮断することができる。

【0053】

フィルタ素子１０３は、少なくとも赤外光を遮断し、可視光を透過させるように構成される。フィルタ素子は、さらに紫外光を遮断するように構成してもよい。フィルタ素子１０３に光学膜をメッキし、光学膜により、フィルタ素子１０３が紫外光と赤外光をともに遮断できるように構成され、あるいは、赤外光のみまたは赤外光の一部だけを遮断できるように構成される。

【0054】

一実施例として、フィルタ素子１０３は、波長が４００ｎｍ未満の紫外光を遮断するとともに、波長が６８０ｎｍ超の赤外光を遮断する。遮断される赤外光および紫外光のエネルギーがヘッドアップディスプレイ用光学モジュールに進入する太陽光エネルギーの約６８％を占める。

【0055】

フィルタ素子１０３は、太陽光における赤外光（ＩＲ）、紫外光（ＵＶ）を反射し、可視光（ｖｉｓｉｂｌｅ）を透過させることができる。図４および図５に示すように、フィルタ素子１０３がフィルタシートであり、フィルタシートが画像生成素子１０２に貼着される。フィルタ素子１０３は、可視光域で透過率がとても高いため、画像生成素子１０２から出射する画像光に対する影響が小さく、つまり画像光の輝度に対する影響が小さい。また、フィルタ素子１０３が赤外光、紫外光を反射し、偏光防塵フィルム１０６を経る太陽光がフィルタ素子１０３の表面までであふれるとき、赤外光、紫外光が反射され、可視光が透過することができ、赤外光の持つエネルギーが比較的多く、赤外光が反射されて画像生成素子１０２の表面に到達できなく、したがって、フィルタ素子１０３を利用する画像生成素子１０２の表面の温度がさらに下がり、画像生成素子１０２の動作の安定性が向上する。

【0056】

任意で、フィルタ素子１０３は、基材と、基材に設けられたメッキ膜とを含み、フィルタ素子１０３の基材として、ガラスＤ２６３Ｔを用いることができ、フィルタ素子１０３のメッキ材として、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２などを用いることができ、これによって遮断効果を向上させる。

【0057】

フィルタ素子１０３と画像生成素子１０２とが貼着するように設置されてもよく、あるいは、フィルタ素子１０３と画像生成素子１０２とが離間してそれぞれ独立するように光路に設置されてもよい。

【0058】

上記から分かるように、偏光防塵フィルム１０６は、偏光方向によって外部光の一部を遮断することにより、フィルタ素子１０３に入射する外部光の総量を減少させ、フィルタ素子１０３は、波長によって少なくとも赤外光を遮断することができ、これによって画像生成素子１０２での赤外光による熱を減少させる。偏光防塵フィルム１０６と、赤外光、紫外光を遮断するフィルタ素子１０３との組み合わせによれば、対処手段を一切設けていないヘッドアップディスプレイシステムに比べて、本出願の実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールを利用することにより、画像生成素子１０２の表面に到達する太陽光エネルギーが約８４％減少することができる。ここで、８４％≒１－５０％＊３２％であり、５０％が偏光防塵フィルム１０６の透過率であり、偏光防塵フィルム１０６により５０％の外部光の進入を減少させることができ、３２％は、太陽光エネルギーの総量に対する可視光エネルギー（４００ｎｍ～６４０ｎｍ）の比率であり、したがって、画像生成素子１０２の表面に到達する光エネルギーの大部分が減少し、画像生成素子１０２の表面の温度が効果的に下がるため、画像生成素子１０２を効果的に保護し、ヘッドアップディスプレイ技術における太陽光のあふれる問題を改善することができる。

【0059】

任意で、偏光防塵フィルム１０６とフィルタ素子１０３との間に少なくとも１つの反射面がさらに設けられ、少なくとも１つの反射面が、偏光防塵フィルム１０６に入射する光束をフィルタ素子１０３に反射し、あるいは、フィルタ素子１０３に入射する光束を偏光防塵フィルムに反射するように構成される。

【0060】

画像生成素子１０２により形成される画像光は、フィルタ素子１０３を経て少なくとも１つの反射面に入射し、少なくとも１つの反射面により偏光防塵フィルム１０６へ反射される。受信端から入射する外部光は、偏光防塵フィルム１０６を経て少なくとも１つの反射面に入射し、少なくとも１つの反射面により反射されたあと、順にフィルタ素子１０３および画像生成素子１０２に入射する。

【0061】

反射面は、フィルタ素子１０３と偏光防塵フィルム１０６との間の光束の反射を実現し、結像に使用される。例示的に、本出願の実施例において第１反射鏡１０４と第２反射鏡１０５との２つの反射鏡を使用し、第１反射鏡１０４と第２反射鏡１０５とにより、フィルタ素子１０３と偏光防塵フィルム１０６との間の光束の反射を実現する。

【0062】

反射面が曲面であり、第１反射鏡１０４および第２反射鏡１０５を利用する場合、第１反射鏡１０４が２つの反射面を有し、この２つの反射面がそれぞれ画像光および外部光の２つの方向からの光を反射することができ、第１反射鏡１０４の２つの反射面が、ともに曲面であってもよく、１つのみが曲面であってもよく、第２反射鏡１０５も同様である。

【0063】

従来技術における曲面コールドミラーの加工が困難である問題に対して、本出願の実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールは、偏光防塵フィルム１０６とフィルタ素子１０３とにより太陽光のあふれる問題を改善、解決する。偏光防塵フィルム１０６は、画像光に影響を与えずに、約半分の外部光のヘッドアップディスプレイ用光学モジュールへの進入を阻止することができる。フィルタ素子１０３は、画像光に影響を与えずに、太陽光のあふれるときに画像生成素子１０２の表面に到達する赤外光、紫外光を反射することができる。そのメリットとして、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールの結像に使用される２つの反射鏡をともに曲面にすることができ、このようにすれば、結像時に結像の質を比較的良好な状態に最適化することができ、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールが比較的良好な像質を得ることができる。ＡＲ ＨＵＤがより長い虚像距離、より大きい視野角を要するため、このメリットがＡＲ ＨＵＤにおいて特に顕著である。

【0064】

本出願の他のいくつかの実施例は、ヘッドアップディスプレイ用光学系をさらに提供する。該光学系は、バックライトモジュール１０１と、本出願のいくつかの実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールとを備え、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールの画像生成素子１０２がバックライトモジュール１０１の出光側に位置し、つまり、バックライトモジュール１０１から出射する光が、画像生成素子１０２を経て画像光として形成され、画像信号が生成される。

【0065】

該ヘッドアップディスプレイ用光学系は、上記の実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学モジュールと同様な構造を備え、同様な有益な効果を奏することができる。ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールの構造および有益な効果が、上記の実施例において詳細に説明されているため、ここで説明を省略する。

【0066】

上記のヘッドアップディスプレイ用光学系を車両に適用し、本出願の他のいくつかの実施例は、車両をさらに提供する。該車両は、車両本体と、本出願の他のいくつかの実施例によるヘッドアップディスプレイ用光学系とを備え、ヘッドアップディスプレイ用光学系が車両本体に設置され、ヘッドアップディスプレイ用光学系の遮光アッセンブリーおよび受信端が車両本体のフロントガラス１０７の両側にそれぞれ位置する。

【0067】

ヘッドアップディスプレイ用光学系を車両本体に設置し、遮光アッセンブリーおよび受信端が車両本体のフロントガラス１０７の両側にそれぞれ位置し、結像原理として、画像生成素子１０２により車両の現在時速、ナビゲーション情報などの表示情報を読み込み、バックライトモジュール１０１により均一の光を発生して画像生成素子１０２を照らして画像光を形成し、そして、画像光がフィルタ素子１０３、第１反射鏡１０４、第２反射鏡１０５および偏光防塵フィルム１０６を経てフロントガラス１０７に射し、フロントガラス１０７により反射されて運転手の視認範囲（アイリプス１０８）に進入し、ここでアイリプス１０８が受信端である。上記の各素子により結像システムを構成することができ、画像光が結像システムを経て一定距離で拡大した虚像として形成され、運転手の目がアイリプス１０８の範囲内にあれば該虚像を見ることができる。

【0068】

フロントガラス１０７が受信端として機能することができ、フロントガラス１０７を結像に使用する。画像光について、フロントガラス１０７は、画像光の一部を反射し、他の一部を透過させる。外部の外部光について、フロントガラス１０７は、外部光の一部を反射し、一部の外部光を透過させる。ある角度の太陽光は、フロントガラス１０７を透過してヘッドアップディスプレイ用光学系に進入し、光学素子により反射されて画像生成素子１０２に集中し、つまり太陽光のあふれる現象が発生する。遮光アッセンブリーにより太陽光のあふれる問題を解決または改善して、結像の質を向上させる。

【0069】

本出願の実施例による車両は、ヘッドアップディスプレイ用光学系を設置することにより、車両の現在時速、ナビゲーション情報などの情報をヘッドアップディスプレイ用光学系によりフロントガラス１０７における電気光学表示装置に投影し、フロントガラス１０７の前方に画像を形成することができる。運転手が首を回転させたり下げたりすることなくフロントガラス１０７を直接見ることでナビゲーション情報、車速情報を見ることができ、運転の安全性を向上させることができる。そして、ヘッドアップディスプレイ用光学系により太陽光のあふれる問題を解決、改善し、これによって、運転手がフロントガラス１０７で質の比較的良好な画像を見ることができ、運転手体験の快適性を向上させることができる。

【0070】

上記は、本出願の実施例にすぎず、本出願の保護しようとする範囲を限定するものではない。当業者にとって、本出願に各種の変更や変化を有してもよい。本出願の精神および原理から逸脱しない限り、行った如何なる変更、均等置換、改良なども、本出願の保護範囲内に属する。

【0071】

産業上の利用可能性

【0072】

本出願は、ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両を提供する。ヘッドアップディスプレイ用光学モジュールは、順に設置される画像生成素子および遮光アッセンブリーを備える。前記画像生成素子は、画像信号を形成するように構成され、前記画像信号が前記遮光アッセンブリーを通って受信端に入射する。前記遮光アッセンブリーは、さらに、偏光方向および波長の少なくとも一方によって外部光の一部を透過させるように構成される。画像信号が遮光アッセンブリーを経るとき、遮光アッセンブリーが画像信号に対して影響がなくまたは影響が極めて小さい。外部光が順に遮光アッセンブリーおよび画像生成素子を経由し、外部光が画像生成素子を経るときに画像の生成がないが、外部光の熱が画像生成素子に集中し、画像生成素子の温度が高くなり、遮光アッセンブリーを用いて外部光の大部分を遮断し、少ない外部光だけを透過させ、これによって、画像生成素子での外部光の熱が減少し、画像生成素子の温度が下がり、画像の質が保証される。

【0073】

なお、本出願に係るヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両は、実施可能なものであり、さまざまな産業用途に適用することができる。例えば、本出願に係るヘッドアップディスプレイ用光学モジュールおよびヘッドアップディスプレイ用光学系、車両は、ヘッドアップディスプレイの技術分野に適用することができる。

【符号の説明】

【0074】

１０１ バックライトモジュール
１０２ 画像生成素子
１０３ フィルタ素子
１０４ 第１反射鏡
１０５ 第２反射鏡
１０６ 偏光防塵フィルム
１０６１ 透明ベース
１０６２ 偏光フィルム
１０７ フロントガラス
１０８ アイリプス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】