(57)【要約】【課題】大きくて良好な画像を表示でき、使用者の視野を妨害することなく、且つ、小型化が可能なヘッドアップディスプレイ装置を提供すること。【解決手段】ヘッドアップディスプレイ装置（１０）は、窓部（１１ａ）を有するハウジング（１１）と、ハウジング（１１）内に配置され、表示光を発する表示素子（１２）と、ハウジング内（１１）に設置され、表示光を反射して窓部（１１ａ）から外部に出光させる反射部材（１３）と、表示素子（１２）を駆動させる第１の駆動回路（１４）と、窓部（１１ａ）に設けられた、偏光又は光拡散を利用して駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には入射光を透過しない光学シャッタ（１７）と、光学シャッタ（１７）を駆動させる第２の駆動回路（１８）と、第１の駆動回路（１４）及び第２の駆動回路（１８）に電源を供給する電源供給部（１５）と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓部を有するハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、表示光を発する表示素子と、
前記ハウジング内に設置され、前記表示光を反射して前記窓部から外部に出光させる反射部材と、
前記表示素子を駆動させる第１の駆動回路と、
前記窓部に設けられた、偏光又は光拡散を利用して駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には前記入射光を透過しない光学シャッタと、
前記シャッタを駆動させる第２の駆動回路と、
前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路に電源を供給する電源供給部と、
を具備することを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項２】
前記光学シャッタが、第１の透過軸を有する第１偏光板と、駆動時には前記第１の透過軸を有し、非駆動時には前記第１の透過軸と直交する第２の透過軸を有する偏光変調部材と、を具備することを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項３】
前記偏光変調部材が、前記第１の偏光軸を有する偏光子と、電圧を印加しないときは前記入射光の偏光状態を９０°回転させ、電圧を印加したときはそのまま透過する液晶層と、を具備することを特徴とする請求項２記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光学シャッタが、前記入射光を、駆動時にはそのまま透過し、非駆動時には拡散する透過拡散変調手段であることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項５】
前記透過拡散変調手段が、電圧を印加しないときは前記入射光を拡散して透過させず、電圧を印加したときは前記入射光を透過する液晶層を具備することを特徴とする請求項４記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項６】
前記透過拡散変調手段が、前記窓部に前記第１の透過軸を有する第１偏光板をさらに具備することを特徴とする請求項５記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項７】
前記第１偏光板が反射型偏光子であることを特徴とする請求項２、請求項３、又は請求項６のいずれかに記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項８】
前記反射型偏光子が、多層複屈折を利用する反射型偏光子であることを特徴とする請求項７記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項９】
前記反射型偏光子が、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子であることを特徴とする請求項７記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【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装置に関し、例えば自動車に搭載して使用するのに適している車載用ヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インストルメントパネル内に埋め込んだ表示ユニットから、車両のフロントウインドウ又はコンバイナに表示光を投影して、虚像を表示するヘッドアップディスプレイ装置が種々提案されている。
【０００３】
ヘッドアップディスプレイ装置は、インストルメントパネルに設置されているため、太陽光が照射し、温度が上がりやすい。このため、表示素子の損傷やハウジングの劣化が促進されてしまう問題がある。エンジンが可動している時は、エアコンを使い冷却することができるが、エンジンが停止している駐車時にはエアコンを使用することができないので、特に温度が上がりやすい。
【０００４】
このような太陽光によるヘッドアップディスプレイ装置の劣化防止のため、例えば、特許文献１では、ハウジングの窓部に開閉可能なシャッタを設けている。ここで用いられているシャッタは、板部材であるルーバを複数個配列して形成されている。ルーバは、その面沿いに軸を有し、この軸の周りに回転運動可能に支持されている。複数のルーバは、互いの平行関係を維持しつつ各軸の周りに回転駆動される。これらのルーバを回転させることにより、窓部の開口部に対して、ルーバを水平にしてシャッタを閉じ、ルーバを垂直にしてシャッタを開くようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−６８７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のヘッドアップディスプレイ装置においては、画像表示時にシャッタを開いた状態、すなわち、複数個のルーバが、窓部の開口部に対して垂直な状態であっても、表示光の光路上に存在していることには変わりがないため、ルーバが画像光を遮り、大きくて良好な画像を表示するのが厳しく、且つ、開口部に対して垂直な状態のルーバが運転者とフロントウインドウの間に存在するため、運転者の視野を妨害する可能性がある。また、ルーバの回動のための空間（クリアランス）が窓部周辺に必要となり、ヘッドアップディスプレイ装置が大型化し、インストルメントパネルへの設置の自由度が制限される弊害がある。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、大きくて良好な画像を表示でき、使用者の視野を妨害することなく、且つ、小型化が可能なヘッドアップディスプレイ装置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】
【０００８】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、窓部を有するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、表示光を発する表示素子と、前記ハウジング内に設置され、前記表示光を反射して前記窓部から外部に出光させる反射部材と、前記表示素子を駆動させる第１の駆動回路と、前記窓部に設けられた、偏光又は光拡散を利用して駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には前記入射光を透過しない光学シャッタと、前記光学シャッタを駆動させる第２の駆動回路と、前記第１の駆動回路及び前記第２の駆動回路に電源を供給する電源供給部と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
この構成により、まず、エンジン停止時等の装置非動作時には、電源供給部から第２駆動回路に電源が供給されないため、窓部から入射しようとする太陽光は光学シャッタを透過できないので、ハウジング内に太陽光が入るのを防止できる。また、エンジン稼働時等の装置動作時には、電源供給部から第２駆動回路に電源が供給されるため、光学シャッタは表示光を透過するので、表示光が窓部から外部に出ることができる。
【００１０】
本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記光学シャッタが、第１の透過軸を有する第１偏光板と、非駆動時には前記第１の透過軸を有し、非駆動時には前記第１の透過軸と直交する第２の透過軸を有する偏光変調部材と、を具備することが好ましい。
【００１１】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記偏光変調部材が、前記第１の偏光軸を有する偏光子と、電圧を印加しないときは前記入射光の偏光状態を９０°回転させ、電圧を印加したときはそのまま透過する液晶層と、を具備することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記光学シャッタが、前記入射光を、駆動時にはそのまま透過し、非駆動時には拡散する透過拡散変調手段であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記透過拡散変調手段が、電圧を印加しないときは前記入射光を拡散して透過させず、電圧を印加したときは前記入射光を透過する液晶層を具備することが好ましい。
【００１４】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記透過拡散変調手段が、前記窓部に前記第１の透過軸を有する第１偏光板をさらに具備することが好ましい。
【００１５】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記第１偏光板が反射型偏光子であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記反射型偏光子が、多層複屈折を利用する反射型偏光子であることが好ましい。
【００１７】
また、本発明のヘッドアップディスプレイ装置において、前記反射型偏光子が、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、装置非動作時には、ハウジング内に太陽光が入るのを防止し、光学シャッタは開閉する空間を必要とせず、装置動作時に画像表示をする際に、使用者の視野を妨害することなく、大きくて良好な画像を表示することが可能であるヘッドアップディスプレイ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す概要図である。
【図２】第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタの機能を説明する説明図である。
【図３】第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタを説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
【００２１】
まず、本発明の第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。図１は、第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置を示す概要図である。ヘッドアップディスプレイ装置１０は、窓部１１ａを有するハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、例えば樹脂からなるが特に限定されるものではない。ハウジング１１内には、表示素子１２、反射部材１３を備えている。
【００２２】
表示素子１２は、発光素子及び液晶表示素子を有している。発光素子は液晶素子に向けて、光を出光する。液晶表示素子は、光の光路の順に、偏光部材、液晶セル及び偏光部材が配置されて構成されている。
【００２３】
表示素子１２には、表示素子１２を駆動する第１駆動回路１４が電気的に接続されている。第１駆動回路１４には電源供給部１５が電気的に接続されている。
【００２４】
反射部材１３は、表示素子１２から発せられた表示光Ｌを、フロントウインドウ１６に向かって反射する。反射部材１３で反射した光は、窓部１１ａを介して外部に出る。
【００２５】
窓部１１ａには、光学シャッタ１７が設けられている。光学シャッタ１７は、その駆動状態に応じて入射光の透過と非透過を制御し得る。すなわち、光学シャッタ１７は、偏光又は光拡散を利用して駆動時には入射光を透過する一方非駆動時には入射光を透過しない。光学シャッタ１７には、それを駆動させる第２駆動回路１８が電気的に接続され、第２駆動回路１８には電源供給部１５が電気的に接続され、第２駆動回路１８に電源を供給可能になっている。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂは、第１の実施形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタの機能を説明する説明図である。
【００２７】
図２Ａに示すように、光学シャッタ１７は、第１の透過軸を有する第１偏光板２１と、非駆動時には第１の透過軸を有し、非駆動時には第１の透過軸と直交する第２の透過軸を有する偏光変調部材２２と、を具備する。
【００２８】
偏光変調部材２２は、第１の偏光軸を有する偏光子２２ａと、電圧を印加しないときは入射した光の偏光状態を９０°回転させ、電圧を印加したときはそのまま透過する液晶層２２ｂと、を具備する。
【００２９】
第１偏光板２１の第１の透過軸は、例えば、Ｐ波成分方向の透過軸を有する。また、第１偏光板２１は、耐熱性に優れていることから、反射型偏光子であることが好ましく、例えば、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子や、多層複屈折を利用する反射型偏光子が用いられるが、これらに限定されるものではない。
【００３０】
偏光変調部材２２の第１の偏光軸を有する偏光子２２ａは、例えば、ワイヤグリッドを利用する反射型偏光子であるが、これに限定されるものではない。
【００３１】
偏光変調部材２２の液晶層２２ｂは、例えば、ツイスト角９０°のツイストネマティック型液晶（以下、単に液晶という）を用いる。液晶の裏表には一対の透明電極を備えられている。液晶は、電圧が印加されていない状態では、液晶分子が９０°ツイストしている。このため、偏光子２２ａを透過して偏光した光は、液晶層２２ｂを透過することにより偏光状態が９０°回転する。
【００３２】
一方、ある閾値以上の電圧が印加されると、液晶分子は電界方向に沿って配列するため、偏光子２２ａを透過して偏光した光は、液晶層２２ｂを透過しても偏光状態は変化しない。
【００３３】
光学シャッタ１７は、上述のような構成により、以下のように動作する。まず、図２Ａに示すように、電圧を印加していない時、太陽光Ｎは、まず偏光変調部材２２の偏光子２２ａを透過して、Ｐ波成分の偏光の光となる。次に、液晶層２２ｂを透過してＳ波成分の偏光の光となる。さらに、Ｓ波成分の偏光の光は、第１偏光板２１の透過軸がＰ波成分方向であるため、透過できない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ１７を透過できない。
【００３４】
一方、図２Ｂに示すように、電圧を印加している時、太陽光Ｎは、まず偏光変調部材２２の偏光子２２ａを透過して、Ｐ波成分の偏光の光となる。次に、光は、液晶層２２ｂを透過するが、Ｐ波成分の偏光の光のままである。さらに、第１偏光板２１は、その透過軸がＰ波成分方向になるように配置されているので、Ｐ波成分の偏光の光は透過する。この結果、太陽光ＮのＰ波偏光成分のみが透過する。
【００３５】
第１の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０によれば、上述のような光学シャッタ１７が窓部１１ａに設けられていることにより、以下のような効果を奏する。
【００３６】
まず、エンジン停止時等の装置非動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給されない。このため、光学シャッタ１７は駆動せず、偏光変調部材２２の液晶層２２ｂの液晶には電圧が印加されない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ１７を透過できないので、ハウジング１１内に太陽光Ｎが入るのを防止することができる。
【００３７】
また、エンジン稼働時等の装置動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給される。これにより、光学シャッタ１７は駆動し、偏光変調部材２２の液晶層２２ｂの液晶に電圧が印加される。この結果、太陽光ＮのＰ波成分のみが光学シャッタ１７を透過するので、ハウジング１１内に入る太陽光Ｎをおおよそ半分に減らすことができる。
【００３８】
このように光学シャッタ１７で太陽光Ｎの透過・非透過を制御する際、従来の機械式シャッタのように、シャッタの開閉のための空間（クリアランス）が不要となり、装置を容易に小型化でき、また、インストルパネルに設置する際の自由度が高くなる。
【００３９】
また、光学シャッタ１７は、表示素子１２から出光する表示光Ｌの偏光方向は、動作時には光学シャッタ１７の偏光変調部材２２を透過するようにすれば、表示光Ｌは窓部１１ａから外部に出て、フロントウインドウ１６に投影することができる。この結果、従来の機械式シャッタのように、画像表示をする際に、運転者の視野を妨害することなく、大きくて良好な画像を表示することが可能である。
【００４０】
さらには、装置稼働時に画像を表示する際にも、太陽光Ｎを半分遮光することができるので、表示素子１２を熱から守ることが出来るという利点もある。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置について説明する。第２の実施の形態では、光学シャッタが、入射された光を、駆動時にはそのまま透過し、非駆動時には拡散する透過拡散変調手段である。図１と同じ構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４２】
図３Ａ及び図３Ｂは、第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置の光学シャッタを説明する説明図である。
【００４３】
図３Ａに示すように、第２の実施の形態に係る光学シャッタ３０は、入射された光を、駆動時にはそのまま透過し、非駆動時には拡散する透過拡散変調器３１を備えている。さらに、光学シャッタ３０の太陽光Ｎの進行方向で見て後段には、第１偏光板２１が配置されている。
【００４４】
透過拡散変調器３１は、電圧を印加しないときは入射した光を拡散して透過させず、電圧を印加したときは入射した光を透過する液晶層を具備する。この液晶層は、液晶と、その裏表に一対の透明電極を備え、さらに透明電極の液晶と接していない面に一対の樹脂フィルムを備えている。
【００４５】
ここで用いられる液晶は、多数の空孔を有する透明なポリマーフィルムからなり、空孔にネマスティック液晶の棒状分子が封入されていることによって液晶カプセルを形成している。
【００４６】
この液晶は、電圧が印加されていない状態では、液晶分子が液晶カプセルの壁に沿って整列しているため、入射した光を曲折したり、液晶カプセルとポリマーフィルムの界面で入射光を散乱したり、するので、透過しない。一方、ある閾値以上の電圧を液晶に印加すると、液晶分子は電界方向に沿って配列するため、入射した光を透過する。
【００４７】
このような構造からなる透過拡散変調器３１は、まず、図３Ａに示すように、電圧を印加していない時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１で拡散され、透過しない。
【００４８】
一方、電圧を印加している時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１を透過する。第２の実施の形態では、透過した光は第１偏光板２１に入射し、Ｐ波偏光成分のみが透過する。
【００４９】
光学シャッタ３０は、上述のような構成により、以下のように動作する。まず、図３Ａに示すように、電圧を印加していない時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１で拡散されて、透過できない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ３０を透過できない。
【００５０】
一方、図３Ｂに示すように、電圧を印加している時、太陽光Ｎは、透過拡散変調器３１をそのまま透過する。次に、光は、第１偏光板２１は、その透過軸がＰ波成分方向になるように配置されているので、Ｐ波成分の偏光の光は透過する。この結果、太陽光ＮのＰ波偏光成分のみが透過する。
【００５１】
このように、第２の実施の形態に係るヘッドアップディスプレイ装置１０によれば、上述のような光学シャッタ３０が窓部１１ａに設けられていることにより、以下のような効果を奏する。
【００５２】
まず、エンジン停止時等の装置非動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給されない。このため、光学シャッタ３０は駆動せず、透過拡散変調器３１には電圧が印加されない。この結果、太陽光Ｎは光学シャッタ３０を透過できないので、ハウジング１１内に太陽光Ｎが入るのを防止することができる。
【００５３】
また、エンジン稼働時等の装置動作時には、電源供給部１５から第１及び第２駆動回路１４、１８に電源が供給される。これにより、光学シャッタ３０は駆動し、透過拡散変調器３１に電圧が印加される。光がそのまま透過拡散変調器３１を通過し、第１偏光板２１に入射し、光のＰ波成分が射出される。この結果、太陽光ＮのＰ波成分のみが光学シャッタ３０を透過するので、ハウジング１１内に入る太陽光Ｎをおおよそ半分に減らすことができる。
【００５４】
このように光学シャッタ３０で太陽光Ｎの透過・非透過を制御する際、従来の機械式シャッタのように、シャッタの開閉のための空間（クリアランス）が不要となり、装置を容易に小型化でき、また、インストルパネルに設置する際の自由度が高くなる。
【００５５】
また、光学シャッタ３０は、表示素子１２から出光する表示光Ｌの偏光方向は、装置動作時にはシャッタ３０の第１偏光板２１を透過するようにすれば、表示光Ｌは窓部１１ａから外部に出て、フロントウインドウ１６に投影することができる。この結果、従来の機械式シャッタのように、画像表示をする際に、運転者の視野を妨害することなく、大きくて良好な画像を表示することが可能である。
【００５６】
さらには、エンジン稼働時に画像を表示する際にも、太陽光Ｎを半分遮光することができるので、表示素子１２を熱から守ることが出来るという利点もある。
【００５７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。
【００５８】
例えば、光の透過と非透過を制御できる光学シャッタ１７、３０の構成で、第１偏光板２１と、偏光変調部材２２又は透過拡散変調器３１との位置が逆でもあってもよい。
【００５９】
また、フロントウインドウ１６に変わって、コンバイナを用いても良い。
【００６０】
また、第２の実施の形態において、第１偏光板２１を設けなくても良い。この場合、装置動作時に太陽光Ｎがハウジング１１に入るのを防止できないが、装置非動作時の太陽光Ｎがハウジング１１に入るのを防止することはできる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、例えば、車載用のヘッドアップディスプレイ装置に適用でき、例えば、車載用ナビゲーション装置に好適である。
【符号の説明】
【００６２】
１０  ヘッドアップディスプレイ装置
１１  ハウジング
１１ａ  窓部
１２  表示素子
１３  反射部材
１４  第１駆動回路
１５  電源供給部
１６  フロントウインドウ
１７、３０  光学シャッタ
１８  第２駆動回路
２１  第１偏光板
２２  偏光変調部材
３１  透過拡散変調器
【図１】
2014098876.tif 000003
【図２】
2014098876.tif 000004
【図３】
2014098876.tif 000005