(57)【要約】  本発明は、中間スクリーン（２）の赤外線による発熱及び紫外線による劣化を抑制することを目的とする。本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、画像形成ユニット（１）から投影された像が結像される中間スクリーン（２）と、前記中間スクリーン（２）に結像された像を拡大する拡大光学系（３）と、前記拡大光学系（３）により拡大される像を観察者に虚像として認識させる光透過性の表示部材（５）と、を備え、外部から照射された基準太陽光が、前記中間スクリーン（２）に到達した際、紫外光（波長範囲２８０〜４００ｎｍ）の分光放射照度の積分値と赤外光（波長範囲７６０〜２５００ｎｍ）の分光放射照度の積分値の和が、可視光（波長範囲４００〜７６０ｎｍ）の分光放射照度の積分値の３０％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装置である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像形成ユニットから投影された像が結像される中間スクリーンと、前記中間スクリーンに結像された像を拡大する拡大光学系と、前記拡大光学系により拡大される像を観察者に虚像として認識させる光透過性の表示部材と、を少なくとも備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、  前記ヘッドアップディスプレイ装置内に外部から照射された基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）が、前記中間スクリーンに到達した際、紫外光（波長範囲２８０〜４００ｎｍ）の分光放射照度の積分値と赤外光（波長範囲７６０〜２５００ｎｍ）の分光放射照度の積分値の和が、可視光（波長範囲４００〜７６０ｎｍ）の分光放射照度の積分値の３０％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装置。
【請求項２】
前記ヘッドアップディスプレイ装置は、赤外線カットフィルター、紫外線カットフィルター、ＮＤフィルターのうちの少なくとも一つの機能を有する光学部材を、前記中間スクリーンの太陽光入射側に備え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装置。
【請求項３】
前記光学部材は、前記中間スクリーンの一部と同じ材料からなることを特徴とする、請求項２に記載のヘッドアップディスプレイ装置。
【請求項４】
基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）が前記中間スクリーンに到達する際、前記中間スクリーン面内の放射照度の最大値が３００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする、請求項１から３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５】
前記中間スクリーンは、厚みが０．１５〜０．４ｍｍ以下の樹脂フィルムの少なくとも片面に、マイクロレンズアレイを形成してなることを特徴とする請求項１から４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６】
虚像距離が５ｍより長いことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに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、自動車等の輸送機械に主に用いられるヘッドアップディスプレイ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来から、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）やレーザプロジェクタなどに、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ)を用いた拡散板をスクリーンとして適用する技術が提案されている。マイクロレンズアレイを用いた場合、乳半板やすりガラスなどの拡散板を用いる場合と比較して、マイクロレンズの形状を制御することで拡散光を必要な角度に出射して効率的に光を利用することや、スペックルノイズを抑制できるといったメリットがある。【０００３】  ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）装置の表示光は、下方からフロントウインドシールドまたはその近傍のハーフミラーよりなる表示部（コンバイナ）に向けて照射されるため、太陽光がこの表示光と逆方向からヘッドアップディスプレイ装置内に侵入し、凹面鏡等よりなる拡大光学系を逆進することで集光されて、透過型液晶（ＴＦＴ）パネルなどの表示素子を加熱し劣化させる問題がある。これを解決する方法として、可視光を透過させ赤外線を吸収させる透過部材や赤外線反射部材を使用する方法が考案されている（特許文献１および２）。【０００４】  一方、近年、虚像までの距離がより長くかつ虚像のサイズが従来よりも大きいＨＵＤ装置（ＡＲ−ＨＵＤ：ＡＲは拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｒｉｔｙ）の略、虚像距離は６ｍ以上）が望まれており、このようなＨＵＤ装置では太陽光の集光倍率がさらに大きくなり熱問題がより深刻なものとなる。例えば、虚像距離が２．５ｍから１５ｍになると、太陽光がより高倍率で集光され、その放射照度が約９倍に増大すると言われている。このため、光吸収率が高いＴＦＴパネルの代わりに、ＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）素子などの画像形成ユニットから投射された像を光吸収率が低い透過型の中間スクリーンに結像させる投射型ＨＵＤ装置が提案されている（非特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−００９８５５号公報
【特許文献２】特開２０１７−１２９８６１号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】IDW '15:proceedings of the International Display Workshops Vol.22, p.1094, PRJ4-4L (Augmented Reality Head-Up Display: Defining Brightness Requirements)
【非特許文献２】DS 16 Proceedings：Proceedings for Display Summit 2016 held in Las Vegas in June (Next-Generation Augmented Reality Head-Up Display Design Considerations)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  本出願の発明者らは、以下の課題を見出した。  特許文献１および２に記載されているように、可視光を透過させ赤外線を吸収させる透過部材や赤外線反射部材を使用する方法によれば、太陽光の波長スペクトルのうち、赤外線の一部を除去することができる。これらの方法によれば、投射型ＨＵＤ装置の中間スクリーンの太陽光が集光された部分の温度上昇をある程度抑制できる。しかし、虚像距離が長く、虚像サイズが大きいＨＵＤ装置では、太陽光の集光倍率がより高くなるため、この方法では十分に温度上昇を抑制できない可能性がある。【０００８】  また、特許文献２は前記赤外反射部材の波長７００〜１４００ｎｍの反射率を一定値以上になるように規定している。しかし、中間スクリーンが樹脂製の場合は１４００ｎｍ以上の波長成分の吸収により発生する熱の影響を無視できない。【０００９】  さらに、太陽光の波長成分のうち、紫外光成分が中間スクリーンに集光されると、発熱の問題だけではなく、太陽光の紫外線成分により中間スクリーンの材料が劣化するという問題もある。【００１０】  本発明の目的は、外部から入射する太陽光による中間スクリーンの発熱を抑制したヘッドアップディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  上記課題を解決する本発明は、  画像形成ユニットから投影された像が結像される中間スクリーンと、前記中間スクリーンに結像された像を拡大する拡大光学系と、前記拡大光学系により拡大される像を観察者に虚像として認識させる光透過性の表示部材と、を少なくとも備えるヘッドアップディスプレイ装置であって、  前記ヘッドアップディスプレイ装置内に外部から照射された基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）が、前記中間スクリーンに到達した際、紫外光（波長範囲２８０〜４００ｎｍ）の分光放射照度の積分値と赤外光（波長範囲７６０〜２５００ｎｍ）の分光放射照度の積分値の和が、可視光（波長範囲４００〜７６０ｎｍ）の分光放射照度の積分値の３０％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装置である。【００１２】  前記ヘッドアップディスプレイ装置は、赤外線カットフィルター、紫外線カットフィルター、ＮＤフィルターのうちの少なくとも一つの機能を有する光学部材を、前記中間スクリーンの太陽光入射側に備えているのが好ましく、前記光学部材は、前記中間スクリーンの一部と同じ材料からなっていることがより好ましい。【００１３】  また、本発明において、基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）が前記中間スクリーンに到達する際、前記中間スクリーン面内の放射照度の最大値が３００Ｗ／ｍ２以下であることが好ましい。【００１４】  本発明において前記中間スクリーンは、厚みが０．１５〜０．４ｍｍ以下の樹脂フィルムの少なくとも片面に、マイクロレンズアレイを形成してなるものであるのが好ましい。【００１５】  さらに本発明のヘッドアップディスプレイ装置は、虚像距離が５ｍより長い場合に好適である。
【発明の効果】
【００１６】  本発明によれば、外部から入射する太陽光による中間スクリーンの発熱を抑制したヘッドアップディスプレイ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）の概略構成を示す断面図である。
【図２】フィルム厚みと温度上昇との関係を示す。
【図３】図２の結果を得た測定方法を示す模式図である。
【図４】基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）の放射照度スペクトルである。
【図５】中間スクリーン２の吸収スペクトルの例である。
【図６】図５の中間スクリーンに図４の基準太陽光が入射したときに、中間スクリーンで吸収される太陽光の分光放射照度を示す図である。
【図７Ａ】フレネルレンズにより集光された太陽光が中間スクリーンまたはＴＦＴパネルを照射する時の放射照度と温度上昇との関係を実測した実験結果を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａの横軸を集光倍率に換算した結果を示す図である。
【図８Ａ】フレネルレンズ以外の光学部材を挿入した場合の実験結果を示す図である。
【図８Ｂ】補正後の温度上昇と集光倍率との関係を示す図である。
【図９】実施例・比較例で用いた光学部材の分光透過率または分光反射率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】（ヘッドアップディスプレイ装置の構成）  図１は、本発明のヘッドアップディスプレイ装置（ＨＵＤ）の概略構成の一例を示す断面図である。本発明のＨＵＤは車両に搭載され、主に、画像形成ユニット（ＰＧＵ）１、中間スクリーン２、凹面鏡３、カバー部４、およびウインドシールド５、ＨＵＤモジュール筐体６を備える。
【００１９】  ＰＧＵで形成された画像は中間スクリーンに結像される。中間スクリーンはＰＧＵから照射された映像光の発散角を拡げることで、スクリーン上に実像を形成する。中間スクリーンから出射された映像光は凹面鏡等を用いた拡大光学系を経てウインドシールド等よりなる表示部材（コンバイナ）に到達する。拡大光学系は中間スクリーンに表示された画像を拡大し、さらに映像光がウインドシールドよりなるコンバイナで反射され、観察者の目に到達する。これにより観察者は拡大された虚像を視認することができる。カバー部は通常ダッシュボードに設けられた開口に嵌めこまれており、ＨＵＤのハウジング内にゴミが侵入して、中間スクリーンや凹面鏡などの光学部材に付着することによる画質悪化を抑制する。カバー部は透明であり、光を透過する。
【００２０】  中間スクリーンとしては、拡散作用を有する光学部材であれば透過型・反射型を問わず種々の部材が適用できるが、樹脂製の透明基材の少なくとも片面にマイクロレンズアレイが形成された透過型スクリーンが好適に用いられる。マイクロレンズアレイは公知の方法により形成できる。マイクロレンズアレイの成形に使用する金型は切削で形成してもよい。またフォトリソグラフィで鋳型を作り、この鋳型を元に金型を形成してもよい。マイクロレンズアレイシートの成形に耐えうる金型であればどのような金型でも使うことができる。  マイクロレンズアレイの成形には、射出成形、プレス成形、紫外線硬化による成形など、樹脂フィルムの成形に好適な手段が広く利用できる。また成形して得られたシートを透明基材に貼り付けてもよい。また透明基材上に配置した樹脂を成形してもよい。透明基材には、ＰＣ、ＰＥＴ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＣＯＰ、ガラスなどを使うことができるが、光学物性や車載環境における信頼性の点でＰＣ、ＣＯＰ、ガラスが好適である。
【００２１】  図２はフィルム厚みと温度上昇との関係を示す。図２中の○印「実測」のプロットは、厚み１ｍｍのＰＭＭＡシートに５，０００Ｗ／ｍ２の太陽光を集光したときの温度上昇値を実測した結果を表す。図２中の■印「計算結果」のプロットは伝熱計算により厚み依存性を計算した結果である。
【００２２】  図３は図２の結果を得た測定方法を示す模式図である。フレネルレンズ７により、太陽光を中間スクリーン８上に集光した。太陽光の放射照度は、予めフレネルレンズ７から中間スクリーン８までの距離と放射照度との関係を照度計により実測しておき、所望の放射照度が得られるようにフレネルレンズ７の高さを調整した。中間スクリーンの温度は赤外線カメラ９により測定した。図２の結果は、中間スクリーン８の代わりに、厚み１ｍｍのＰＭＭＡシートを置いた場合の実験結果である。このとき、赤外線カメラで温度を計測するための放射率は、吸収スペクトルから求めた０．９９６を採用した。
【００２３】  中間スクリーン２の厚みを薄くすると、車外から侵入した太陽光の吸収量が減り、中間スクリーン２の発熱を抑えることができるため、中間スクリーン２の厚みは０．１５〜０．５ｍｍにすることが好ましい。例えば、中間スクリーン２の厚みを３ｍｍから１ｍｍに薄くすると、図２に示すように、発熱による温度上昇は約２０％低減できる。さらに０．３ｍｍまで薄くすると発熱による温度上昇を約５０％まで低減可能であり、中間スクリーン２を薄膜化することにより大きな発熱抑制効果が得られることが分かる。一方、中間スクリーン２の厚みが薄くなり過ぎると撓みやすくなるため、ヘッドアップディスプレイ装置を組み立てるときの取り扱いが難しくなったり、車載で使用されるときの振動の影響を受けやすくなるなどの問題が生じる恐れがある。
【００２４】（中間スクリーンの発熱に影響する太陽光の波長成分について）  図４は、基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）の放射照度スペクトルである。ＡＭ１．５Ｇは、“Ａｉｒ Ｍａｓｓ １．５ Ｇｌｏｂａｌ”の略であり、ＡＳＴＭ  Ｇ１７３−０３  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒａ  Ｄｅｒｉｖｅｄ  ｆｒｏｍ  ＳＭＡＲＴ  ｖ．２．９．２のＧｌｏｂａｌ  ｔｉｌｔで規定される太陽光分光照射スペクトルであって、２８０ｎｍから４０００ｎｍまでの波長範囲を積分した放射照度を１，００１Ｗ／ｍ２としたものである。  図５は中間スクリーン２の吸収スペクトルの例である。ここでは、厚み０．３ｍｍのポリカーボネート基材に厚み０．０５ｍｍのＵＶ硬化樹脂層を塗工し、その表面にマイクロレンズアレイパターンを形成した中間スクリーンの吸収スペクトルの測定結果を示している。  図６は、図５の中間スクリーンに図４の基準太陽光が入射したときに、中間スクリーンで吸収される太陽光の分光放射照度であり、図４と図５の各データを波長ごとに積算した結果である。太陽光照射による中間スクリーンの温度上昇は中間スクリーンで吸収される分光放射照度の積算値に比例する。図６の結果から、波長３５０ｎｍ付近、１６８０ｎｍ付近、および２０００ｎｍより長波長側の吸収が大きいことが分かった。
【００２５】（太陽光の可視光以外の成分を減衰させる方法）  図６に示した中間スクリーンで吸収される太陽光を効果的に減衰させる方法の例を以下に示す。  一般にウインドシールド５は合わせガラスにより構成されるが、その中間膜を適切に選択することにより、上記の紫外線および赤外線成分を有効にカットするようにすることができる。  カバー部４として樹脂材料を用いれば、樹脂単体で紫外線を吸収することができる。また紫外線吸収剤の添加またはコーティングにより、更に多くの紫外線を吸収することもできる。カバー部を中間スクリーン２と同じ材料、または中間スクリーン２の透明基材と同じ材料により形成すれば、太陽光が中間スクリーン２で吸収される波長成分を大幅に低減することも可能である。
【００２６】  ウインドシールド５とカバー部４を透過した太陽光の紫外線や赤外線の放射強度が高すぎる場合は、凹面鏡の表面に光学薄膜を積層し、紫外線や赤外線を吸収させることができる。また、カバー部４の表面に光学薄膜を積層して、紫外線や赤外線を反射させる機能を持たせることができる。また、赤外線を反射する部材をカバー部４と中間スクリーン２との間に設置することも可能である。偏光板をカバー部４と中間スクリーン２との間に設置することも太陽光の放射照度を下げるために有効である。
【００２７】  これらの光学部材の組み合わせにより、外部からＨＵＤ装置内に侵入する太陽光の紫外線および赤外線成分を減衰させることが可能である。基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）では、紫外光（波長範囲２８０〜４００ｎｍ）の分光放射照度の積分値は、全波長領域（波長範囲２５０〜２５００ｎｍ）の分光放射照度の積分値の約５％の比率である。上記光学部材の組み合わせによりこの比率を０．５％以下に減衰させることにより、中間スクリーンの紫外線劣化を防ぐことができ好適である。さらに、基準太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）が前記中間スクリーンに到達した際の紫外光（波長範囲２８０〜４００ｎｍ）の分光放射照度の積分値と赤外光（波長範囲７６０〜２５００ｎｍ）の分光放射照度の積分値の和を、可視光（波長範囲４００〜７６０ｎｍ）の分光放射照度の積分値の３０％以下にすることが中間スクリーンの温度上昇を抑えるために必要であり、２０％以下にすることが好適である。  この条件の場合、太陽光が車外からＨＵＤ装置内に侵入して中間スクリーン２に照射されても、紫外線による中間スクリーンの劣化を防ぐとともに、太陽光の集光による中間スクリーンの温度上昇を抑制できる。
【００２８】（太陽光集光による中間スクリーンの発熱をさらに抑制する方法）  虚像の拡大倍率が大きい場合、車外から侵入する太陽光の集光倍率も大きくなるため、上述の方法では中間スクリーンの温度上昇抑制効果が不十分な場合がある。このような場合には、透過率が低いウインドシールドを採用する、フレネルハーフミラーをラミネートしたウインドシールドを採用する、カバー部の透過率を下げる、凹面鏡の反射率を下げる、中間スクリーンを透過率が低いガラスにラミネートしガラス面を凹面鏡側に配置して使う、などの方法を用いることができる。  フレネルハーフミラーをウインドシールドにラミネートした場合は、映像光の拡大率がフレネルハーフミラーの効果を受けるのに対し、太陽光はその影響を受けないため、太陽光が中間スクリーンに到達するまでの集光率を低く抑えることができる。
【００２９】  上記方法のうち、透過率が低いウインドシールドを使うより、それ以外の方法を用いた方が太陽光照射時の画像コントラスト低下を同時に改善できるので好適である。車外から侵入し、スクリーンに到達した太陽光は、スクリーンで反射し、一部が観察者の瞳に届くため、画像コントラストを低下させる。このとき、カバー部の透過率を下げる、凹面鏡の反射率を下げる、中間スクリーンを透過率が低いガラスにラミネートしガラス面を凹面鏡側に配置して使う方法のうちのいずれか一つまたはその組み合わせを採用すれば、太陽光が観察者の瞳に戻るまでにこれらの部材を２回透過して太陽光の強度を減衰させる。一方、ＰＧＵから出射した映像光はこれらの部材を１回のみ透過するので、太陽光による画像コントラスト低下を抑制できる。透過率が低いウインドシールドを採用した場合は、太陽光が観察者の瞳に戻るまでに、このウインドシールドを１回透過するだけなので、画像コントラスト低下を防ぐことについては効果的ではない。
【実施例】
【００３０】  以下、本発明の実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。【００３１】（実施例）  図７Ａはフレネルレンズにより集光された太陽光が中間スクリーンまたはＴＦＴパネルを照射する時の放射照度と温度上昇との関係を実測した実験結果である。ここでフレネルレンズは、ＨＵＤにおける画像拡大光学系（凹面鏡他）を置き換えたものである。  実験には図３に示した測定系を用い、フレネルレンズと中間スクリーンまたはＴＦＴパネルとの距離を変えることにより、集光される太陽光の放射照度を変えた。中間スクリーンは、ＰＣフィルム基材（厚み０．３ｍｍ）の片面にＵＶ硬化樹脂（厚み０．０５ｍｍ）を塗工し、その表面にマイクロレンズアレイを形成したもの用いている。太陽光はＵＶ硬化樹脂側を下にした状態で、ＰＣフィルム基材表面から照射された。赤外カメラによる温度計測のための中間スクリーンの放射率は、吸収スペクトルから求めることができ、本実施例では０．９０２を採用した。ＴＦＴパネルは車載ＨＵＤ装置から取り出したものを用いており、その放射率は吸収スペクトルから求めることができ、本実施例では０．９８０とした。【００３２】  ここで、図７Ａの実験で用いられたフレネルレンズはアクリル樹脂製である。グラフの横軸は太陽光の波長成分の一部がアクリル樹脂製フレネルレンズにより吸収された後の放射照度であり、中間スクリーンまたはＴＦＴパネルに照射される波長スペクトルはＡＭ１．５Ｇ基準太陽光とは若干の乖離が生じる。図７Ａの実験結果とＨＵＤ装置内の光学系による太陽光の幾何光学的な集光倍率との関係を把握するためには、図７Ａの横軸が太陽光を何倍に集光した結果に相当するかを知る必要がある。そのために、以下の手順１により太陽光の幾何光学的な集光倍率を求めた。【００３３】（手順１）  フレネルレンズの透過スペクトルから逆算して、横軸をフレネルレンズの吸収が無い状態の放射照度に計算補正する。補正された放射照度を実験時の太陽光の放射照度で除算することにより、太陽光の幾何光学的な集光倍率を求める。  手順１により、図７Ａの横軸を集光倍率に換算した結果を図７Ｂに示す。このとき、手順１に従い横軸を１．２４倍に補正した。またＴＦＴパネルの実験の時の太陽放射照度は６４０Ｗ／ｍ２、中間スクリーンの実験時には５４０Ｗ／ｍ２であった。  図７Ｂから、中間スクリーンの温度上昇は、スクリーンに入射する太陽光の放射照度に比例することが分かる。これは、中間スクリーンの上昇温度が中間スクリーンで吸収される太陽光の放射照度に比例するためである。また中間スクリーンとＴＦＴパネルを比べると、中間スクリーンのほうが太陽光の吸収が少ないため、太陽集光による温度上昇が小さいことも明らかである。【００３４】  図８Ａは、フレネルレンズ以外の光学部材を挿入した場合の実験結果を示す。図８Ａに示したフレネルレンズを含む各光学部材の分光透過率または分光反射率スペクトルを図９に示した。  図８Ａの横軸は、図７Ｂと同じく、図３の光学部材１０の箇所に光学部材を挿入せず、フレネルレンズにより集光された太陽光が中間スクリーンまたはＴＦＴパネル上に集光された場合の幾何光学的な集光倍率である。図８Ａの縦軸は、アクリル製フレネルレンズとウインドシールドやカバー部材などの光学部材を組み合わせた場合の中間スクリーンの温度上昇である。【００３５】  実際に車載されたＨＵＤ装置では、アクリル製フレネルレンズは使用されないため、この実験において中間スクリーンまたはＴＦＴパネルに集光される太陽光の分光スペクトルは実際のＨＵＤ装置とは異なる。また実際のＨＵＤ装置では虚像を構成するために通常凹面鏡が使われているが、図３の実験系では光学部材１０として透過部材のみが挿入可能であるため、凹面鏡の効果を実測することはできていない。上述したように、中間スクリーンの温度上昇は中間スクリーンで吸収される太陽光の放射照度に比例する。そのため、上記アクリル製フレネルレンズの透過スペクトルおよび凹面鏡の反射スペクトルから、図８Ａの実験データを計算補正して、実際に車載されたＨＵＤ装置内の中間スクリーンの温度上昇を推定することができる。その手順を以下に示す。【００３６】（手順２）  太陽光の分光スペクトルと、アクリル製フレネルレンズの分光透過スペクトルと、中間スクリーンまたはＴＦＴパネルの分光吸収スペクトルとを各波長で乗算することにより、アクリル製フレネルレンズ有りのときに中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の分光放射照度を求める。（手順３）  手順２の結果を２５０〜２５００ｎｍの波長範囲で積分することにより、フレネルレンズ有のときに中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の放射照度を求める。（手順４）  太陽光の分光スペクトルと、中間スクリーンまたはＴＦＴパネルの分光吸収スペクトルとを、各波長で乗算することにより、アクリル製フレネルレンズ無のときに中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の分光放射照度を求める。（手順５）  手順４の結果を２５０〜２５００ｎｍの波長範囲で積分することにより、フレネルレンズ無のときに中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の放射照度を求める。（手順６）  手順３と手順５で得られる放射照度の比から、フレネルレンズ無のときに中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の放射照度が、フレネルレンズ有のときの何倍になるかを求める。（手順７）  実験で得られた温度上昇に手順６で得られた倍率を乗算することにより縦軸を補正する。（手順８）  凹面鏡の反射スペクトルと手順４で得られた中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の分光放射照度との乗算により、凹面鏡有のときに中間スクリーンまたはＴＦＴパネルで吸収される太陽光の分光放射照度を求める。これを２５０〜２５００ｎｍの波長範囲で積分した放射照度を求め、これが手順５で得られた放射照度との比率を計算する。この比率を手順７で求めた各温度上昇値に乗算することにより、縦軸をさらに補正する。【００３７】  上記の手順２〜手順８により図８Ａの縦軸を補正した結果を図８Ｂに示す。ここでは凹面鏡を２個使用した場合を想定している。図８Ｂ（Ａ）は、中間スクリーンに太陽光が直接集光されたと仮定した場合の温度上昇を示す。図８Ａ（Ａ）に比べて温度上昇が大幅に増大しているのは、アクリル製フレネルレンズが吸収していたＵＶ光が中間スクリーンで吸収されるためである。一方、図８Ｂ（Ｅ）と図８Ａ（Ｅ）の比較から、ＴＦＴパネルではアクリル製フレネルレンズの有無の影響は中間スクリーンに比べて小さい。ＴＦＴパネルはＵＶから可視領域にかけてほぼ一定の高い吸収率を持つためである。【００３８】  図８Ｂ（Ｂ）は本発明の実施例１である。太陽光はウインドシールドとカバー部材と赤外反射フィルターと２枚の凹面鏡を経由して、中間スクリーン上に集光される。この場合、集光倍率が約４５倍のときに温度上昇が４５℃になることがグラフから読み取れる。ＨＵＤ装置内の環境温度が最大１０５℃になる場合、中間スクリーンの温度上昇が４５℃のとき、中間スクリーン温度がＰＣフィルム基材の融点である１５０℃に到達してしまうため、温度上昇を最大でも４５℃未満に抑える必要がある。【００３９】  図８Ｂ（Ｃ）は本発明の実施例２である。図８Ｂ（Ｂ）の光学部材に加えて、赤外用ＮＤフィルターを追加した結果、集光倍率が約１３０倍になったときに温度上昇が４５℃となっており、さらに高い集光倍率でも使用できることが分かる。【００４０】  表１は、本発明の実施例と比較例１および実験で用いた光学部材の組合せを一覧表にしたものである。【００４１】
【表１】
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【００４２】  ＨＵＤ装置の画像を明るくするためには、各光学部材の可視光に対する透過率を高くする必要がある。一方、外部から侵入した太陽光の集光による中間スクリーンの過熱を防ぐには、各光学部材の可視光以外の透過率を下げるべきである。そこで、紫外光と赤外光との放射照度の和と可視光の放射照度との比をとると、紫外光と赤外光との和が可視光の放射照度の３０％以下であるべきであり、２０％以下とするのが好ましい。また、紫外光と可視光と赤外光の放射照度の総和は３００Ｗ／ｍ２以下であり、２６０Ｗ／ｍ２以下であることが好ましい。【００４３】（比較例）  図８Ｂ（Ｄ）は、太陽光がウインドシールドとカバー部材と凹面鏡の各部材を経由して中間スクリーンに集光される従来構成の場合の中間スクリーンの温度上昇を示す。既に市販車に搭載されている直視型ＨＵＤ装置と同等の虚像距離〜２．５ｍの従来の投射型ＨＵＤ装置では、中間スクリーンに集光される太陽光の光学的な集光倍率は１１倍程度だが、虚像距離が７ｍになるとその約５倍となり、虚像距離が１５ｍになると約９倍、虚像距離が無限大の場合には約１６倍に達する（非特許文献２）。図８Ｂ（Ｄ）のグラフから読み取ると、虚像距離〜２．５ｍの場合の温度上昇は約２０℃であるが、虚像距離〜７ｍ（集光倍率〜約５５倍）の場合は中間スクリーンの温度上昇は約７０℃に達し、過熱により熱変形してしまう。したがって、従来のＨＵＤ装置の虚像距離を遠くしてＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ  Ｒｅａｒｉｔｙ）化する場合、虚像距離が５ｍを超えると装置内に侵入した太陽光の集光により中間スクリーンが過熱してダメージを受ける恐れがある。すなわち、本発明の適用は虚像距離が５ｍを越えるＨＵＤにおいて効果的であり、６ｍ以上の場合に特に効果が大きい。【００４４】  図８Ｂ（Ｅ）は、太陽光がＴＦＴパネルに直接集光されたと仮定した場合時の集光倍率と温度上昇との関係である。図８Ｂ（Ｆ）は、太陽光がウインドシールドとカバー部材と偏光板と２枚の凹面鏡を経由してＴＦＴパネルに集光される実施例２の集光倍率と温度上昇との関係である。各部材の挿入によりＴＦＴパネルの温度上昇はかなり抑制されているが、この構成の場合でも図８Ｂ（Ｄ）の比較例１などの中間スクリーンを用いたものよりも温度上昇が大きいことが分かる。【００４５】  この出願は、２０１８年２月２日に出願された特願２０１８−０１７４６３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００４６】１：画像形成ユニット（ＰＧＵ）  ２：中間スクリーン  ３：凹面鏡  ４：カバー部５：ウインドシールド  ６：ＨＵＤモジュール筐体７：フレネルレンズ  ８：中間スクリーン  ９：赤外線カメラ  １０：光学部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【国際調査報告】
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