JP2017090822A

JP2017090822A - ヘッドアップディスプレイ装置のコールドミラー、およびヘッドアップディスプレイ装置

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Publication number: JP2017090822A
Application number: JP2015224276A
Authority: JP
Inventors: 智彦杉川; Tomohiko Sugikawa
Original assignee: Murakami Corp
Current assignee: Murakami Corp
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: JP6577342B2; EP3168658B1; CN106990530A; US10133068B2; US20170139206A1; EP3168658A1; CN106990530B

Abstract

【課題】コールドミラーを備えたヘッドアップディスプレイ装置において、映像を見る位置によって映像の色調が変化する現象を抑制することができるコールドミラーを提供する。併せて、そのようなコールドミラーを備えたヘッドアップディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置１０は、表示器１６で表示された映像による表示光２０をコールドミラー１２で反射して、その反射映像を観者に視認させる。コールドミラー１２の入射波長と反射位相差の関係は、コールドミラー１２で反射されるＰ偏光の該反射前後の位相変化量と、コールドミラー１２で反射されるＳ偏光の該反射前後の位相変化量との差である反射位相差が、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で１８０±６０度の範囲内となるように設定されている。
【選択図】図１

Description

この発明はヘッドアップディスプレイ（以下「ＨＵＤ」と略称する）装置のコールドミラーに関し、映像を見る位置による映像の色調の変化を低減したものである。またこの発明は該コールドミラーを備えたＨＵＤ装置に関する。

ＨＵＤ装置は例えば車両に搭載されて、運転者の前方視野にインフォテインメント情報、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems：先進運転支援システム）情報等を表示するのに利用される。このような車載用ＨＵＤ装置は、一般に、液晶表示器等の表示器に発光表示される運転情報等の映像をミラーで反射して、運転者の前方のウィンドシールドまたはコンバイナに投影する構成を有する。このような構成の車載用ＨＵＤ装置においては、太陽光が逆入射してミラーで反射されて表示器に入射されると、表示器が熱せられて劣化することがある。そこで従来より、ミラーをコールドミラーで構成することが提案されている（例えば下記特許文献１）。ミラーをコールドミラーで構成することにより、太陽光が逆入射しても、太陽光に含まれる赤外線成分をコールドミラーで吸収して、表示器が熱せられるのを防止することができる。

特開２００４−３４７６３３号公報

本発明者の実験によれば、ミラーをコールドミラーで構成した従来のＨＵＤ装置においては、映像を見る位置によって映像の色調が変化する問題があることが分かった。例えば、車載用ＨＵＤ装置の表示器の全面に白色の映像を表示した場合に、運転者の視点からは表示の全面が白色に見えるのに対し、助手席や後部座席からは色味を帯びて見えることがあった。

この発明は、上記従来技術の問題点を解決して、映像を見る位置によって映像の色調が変化するのを抑制したＨＵＤ装置のコールドミラーおよび該コールドミラーを備えたＨＵＤ装置を提供するものである。

この発明は、表示器で表示された映像をコールドミラーで反射してその反射映像を観者に視認させるＨＵＤ装置における前記コールドミラーにおいて、前記コールドミラーで反射されるＰ偏光の該反射前後の位相変化量と前記コールドミラーで反射されるＳ偏光の該反射前後の位相変化量との差である反射位相差が、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で１８０±６０度の範囲内となるように、入射波長と反射位相差の関係が設定されている、そのようなコールドミラーである。

本発明者の実験によれば、コールドミラーを有するＨＵＤ装置において、映像を見る位置によって映像の色調が変化する現象は、コールドミラーの入射波長と反射位相差の関係が影響して生じることが分かった。すなわち、従来のＨＵＤ装置のコールドミラーは分光反射率特性を最適にすること（すなわち、可視光域で極力高い反射率が得られ、赤外域で極力低い反射率が得られる分光反射率特性を実現すること）だけを考慮して設計されていた。その結果、従来のＨＵＤ装置のコールドミラーは、４２０〜６８０nmの可視波長範囲内で、反射位相差が１８０度から大きく外れて偏光状態が大きく変化する波長帯域が存在し、映像を見る位置が変化すると、その帯域の光の強度が大きく変化して映像の色調が変化していた。そこで、この発明では、ＨＵＤ装置のコールドミラーの反射位相差を、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で１８０±６０度の範囲内となるように設定した。その結果、偏光状態が大きく変化する波長帯域が存在しなくなるので、映像を見る位置による映像の色調の変化を低減することができ、運転席から見る映像の色調と助手席や後部座席から見る該映像の色調の違いを低減することができた。なお、ＨＵＤ装置のコールドミラーは、一般に、表示光の光軸に対して入射角度を２０〜６０度に設定して使用されることが多い。この発明のコールドミラーはこの入射角度範囲で使用される場合に特に有用性が高いと考えられる。すなわち、入射角度が浅い領域（２０度未満）では、膜設計による可視光域での分光反射位相差特性の乱れは少なく、膜設計をする上で分光反射位相差特性を考慮する必要性はあまり高くない。一方、入射角度が深い領域（６０度超）では、膜設計により可視光域の全域で反射位相差が１８０±６０度の範囲内に収まるようにするのは難しい。

この発明は、前記コールドミラーの反射位相差が、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で１８０±３０度の範囲に設定されているものとすることができる。これによれば、映像を見る位置による映像の色調の変化をより低減することができる。

この発明は、前記コールドミラーの４２０〜６８０nmの可視波長範囲における平均反射率が９０％以上に設定されているものとすることができる。これによれば、明るい表示を得ることができる。

この発明のＨＵＤ装置はこの発明のコールドミラーを有するものである。この発明のＨＵＤ装置によれば、映像を見る位置による映像の色調の変化を低減することができる。

図２のＨＵＤ装置に組み込まれたこの発明によるコールドミラーの実施の形態を示す図であり、該コールドミラーの積層構造を模式的に示す。この発明によるコールドミラーを搭載した車載用ＨＵＤ装置の実施の形態を示す模式図であり、この発明によるコールドミラーを特許文献１（特開２００４−３４７６３３号公報）に記載のＨＵＤ装置に組み込んだ状態を示す。図１のコールドミラーと従来のコールドミラーのそれぞれの分光反射率特性（シミュレーション値）を示す図である。図１のコールドミラーと従来のコールドミラー（図３の従来のコールドミラーと同じもの）のそれぞれの分光反射位相差特性（シミュレーション値）を示す図である。図１のコールドミラーと従来のコールドミラー（図３の従来のコールドミラーと同じもの）の反射映像の相対スペクトル強度特性を示す図で、該反射映像を見る位置を変化させたときの特性を示す（いずれもシミュレーション値）。図５の各特性による色座標を示す色度図である。

この発明の実施の形態を説明する。図２はこの発明によるコールドミラーを搭載したＨＵＤ装置１０を示す。このＨＵＤ装置１０は特許文献１（特開２００４−３４７６３３号公報）に記載のＨＵＤ装置にこの発明によるコールドミラー１２を搭載したものである。ＨＵＤ装置１０は車両のダッシュボード（図示せず）内に配置されている。ＨＵＤ装置１０のケース１４内には液晶表示器１６、コールドミラー１２、凹面鏡１８等が収容されている。液晶表示器１６はインフォテインメント情報、ＡＤＡＳ情報等の映像を発光表示する。液晶表示器１６は、液晶表示素子１３、レンズ１５、バックライトとしての白色ＬＥＤ１７等を内蔵している。液晶表示素子１３はＴＦＴ型液晶パネルの前後両面に偏光板を貼着した構造を有する。白色ＬＥＤ１７から発せられた光は、レンズ１５を介して液晶表示素子１３に照射され、液晶表示素子１３に映像を発光表示させる。液晶表示器１６に発光表示された映像による表示光２０は、コールドミラー１２および凹面鏡１８で順次反射されて、車両の運転席前方のウィンドシールドまたはコンバイナに投影される。これにより、該投影された表示光２０による映像が運転者その他の乗員により映像が視認される。凹面鏡１８は揺動機構２８によって揺動可能とされ、その揺動角度によって表示光２０の投影角度が調整可能である。コールドミラー１２はアルミ等からなるミラーホルダー２２を介してケース１４に保持されている。ミラーホルダー２２の背面には放熱フィン２４が取り付けられている。放熱フィン２４はケース１４の外に露出している。外部から逆入する太陽光２６は凹面鏡１８で反射され、コールドミラー１２に入射する。このとき、太陽光２６に含まれている赤外光はコールドミラー１２を透過して、ミラーホルダー２２に吸収される。これによりミラーホルダー２２は発熱し、この熱は放熱フィン２４により外部に放熱される。

コールドミラー１２の実施の形態を図１に示す。このコールドミラー１２は、ガラス等の基板３０のおもて面（光の入射面）３０ａに誘電体多層膜３２を成膜して構成されている。誘電体多層膜３２は、高屈折率材料で構成された高屈折率膜３４と低屈折率材料で構成された低屈折率膜３６を交互に繰り返し積層した多層膜として構成されている。

コールドミラー１２の設計例を表１に示す。なお、表１では、この設計例のコールドミラー１２との特性の比較に使用した、従来のコールドミラーの設計例を併せて示している。膜厚(nm）は物理膜厚である。

表１の設計によるこの発明のコールドミラー１２の構成は次のとおりである。基板３０の材料はガラス、高屈折率膜３４の材料はＴｉＯ₂、低屈折率膜３６の材料はＳｉＯ₂である。基板３０の表面に、第１層として高屈折率膜３４が成膜され、その上に低屈折率膜３６と高屈折率膜３４が交互に成膜され、最終の第２８層として低屈折率膜３６が成膜されて、全２８層の誘電体多層膜３２が構成されている。最終の第２８層の表面は空気に接している。表１の従来のコールドミラーの設計は、表１のこの発明のコールドミラー１２の設計と比べて、高屈折率膜および低屈折率膜の膜厚が異なるだけで、膜厚以外の仕様（基板、高屈折率膜、低屈折率膜の材料、誘電体多層膜の層数、高屈折率膜と低屈折率膜の積層順序等）は、表１のこの発明のコールドミラー１２の設計と同じである。

表１の設計のこの発明のコールドミラー１２と、表１の設計の従来のコールドミラーの光学特性を図３〜図６を参照して説明する。いずれの特性もシミュレーション値である。また、いずれの特性も入射角度が３０度の場合を示している。はじめに、図３は分光反射率特性を示す。反射率はＰ偏光とＳ偏光の平均反射率で示している。図３によれば、従来のコールドミラーのみならず、この発明のコールドミラーにおいても、赤外光を透過し可視光を反射するコールドミラーの特性が得られている。したがって、ＨＵＤ装置（図２）に太陽光２６が逆入射しても、赤外光はコールドミラー１２を透過するので液晶表示器１６には入射されない。これにより、赤外光による液晶表示素子１３の劣化が防止される。可視光域（４２０〜６８０nm）の平均反射率は、従来のコールドミラーの方が高いが、この発明のコールドミラーにおいても９１．８％の平均反射率が得られており、ＨＵＤ装置用のコールドミラーとして十分な可視光反射率が得られている。従来のＨＵＤ装置のコールドミラーの可視光域の平均反射率が高いのは、反射位相差を考慮せずに、分光反射率特性を最適にすることだけを考慮して設計されているためである。

次に、図４は分光反射位相差特性を示す。可視光域で反射位相差が１８０度近くで一定であるほど、映像を見る位置が変化したときに、その帯域の光の強度が大きく変化するのを抑制して、映像の色調が変化する現象を抑制することができる。図４の従来のコールドミラーの特性によれば、概ね５５０〜５８０nmの帯域で反射位相差が２４０度（＝１８０＋６０度）を超えている。このように可視光域で反射位相差が１８０度を大きく超える（偏光状態が大きく変化する）帯域が存在すると、映像を見る位置が変化したときに、その帯域の光の強度が大きく変化して映像の色調が変化する。これに対し、図４のこの発明のコールドミラーの特性によれば、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で反射位相差が１８０±６０度の範囲内に収まっており、映像を見る位置が変化しても、その帯域の光の強度が大きく変化するのが抑制され、その結果、映像の色調が変化する現象を抑制することができる。すなわち、この発明のコールドミラーによれば、反射率特性を従来のコールドミラーに比べて多少犠牲にしながらも、反射位相差特性が大きく改善されている。特に、図４のこの発明のコールドミラーの特性によれば、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で反射位相差が１８０±３０度の範囲内に収まっており、映像の色調が変化するのを特に抑制することができる。なお、この発明のコールドミラーは、反射率特性を従来のコールドミラーに比べて多少犠牲にするとは言うものの、前述のとおり、９１．８％という高い平均反射率が得られている。

次に、図５は両コールドミラーの反射映像の相対スペクトル強度特性を示し、該反射映像を見る位置を変化させたときの特性を示す。光源の映像は、バックライトとして白色ＬＥＤを使用した液晶表示器の全面に白色の映像を表示したときの該映像を想定している。一点鎖線は反射映像を正面位置から見たとき（以下「正面視」）の特性で、両コールドミラーに共通の特性である。実線および破線は、いずれも反射映像を正面位置に対しずれた同じ位置から見たとき（以下「斜め視」）の特性で、実線はこの発明のコールドミラーの特性、破線は従来のコールドミラーの特性である。図５によれば、この発明のコールドミラーの相対スペクトル強度特性は、正面視（一点鎖線）と斜め視（実線）とで大きく変化しない。これに対し、従来のコールドミラーの相対スペクトル強度特性は、正面視（一点鎖線）と斜め視（破線）とで大きく変化している。すなわち、従来のコールドミラーは、斜め視では、正面視に対して、概ね５３０〜６２０nmの帯域で相対スペクトル強度が大きく低下している。図６は図５の各特性の色度図上の色座標を示す。図６によれば、この発明のコールドミラーの斜め視の色座標は正面視の色座標（白色）に概ね一致している。これに対し、従来のコールドミラーの斜め視の色座標は、この発明のコールドミラーの斜め視の色座標に比べて、正面視の色座標から離れていることが分かる。

表１のこの発明によるコールドミラーと従来のコールドミラーを製作し、両コールドミラーについて、液晶表示器の表示画面の全面に白色の映像を表示し、該映像を該コールドミラーで反射させて該反射映像を視認し、該反射映像を見る位置を変化させて該反射映像の色調の変化度合を確認する実験を行った。その結果、上記実施の形態のコールドミラーは従来のコールドミラーに比べて、反射映像を見る位置の変化による該反射映像の色調の変化を抑制できることを確認した。

１０…ヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ装置）、１２…コールドミラー、１６…表示器（液晶表示器）

Claims

表示器で表示された映像をコールドミラーで反射してその反射映像を観者に視認させるヘッドアップディスプレイ装置における前記コールドミラーにおいて、
前記コールドミラーで反射されるＰ偏光の該反射前後の位相変化量と前記コールドミラーで反射されるＳ偏光の該反射前後の位相変化量との差である反射位相差が、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で１８０±６０度の範囲内となるように、入射波長と反射位相差の関係が設定されている、
そのようなコールドミラー。
前記コールドミラーの反射位相差が、４２０〜６８０nmの可視波長範囲の全域で１８０±３０度の範囲に設定されている、
請求項１に記載のコールドミラー。
前記コールドミラーの４２０〜６８０nmの可視波長範囲における平均反射率が９０％以上に設定されている、
請求項１または２に記載のコールドミラー。
請求項１から３のいずれか１つに記載のコールドミラーを有するヘッドアップディスプレイ装置。