JP2001255488A - 投写型車載映像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】反射ミラー及び反射ハーフミラーを機械的に回
動することにより、単一の表示源からの映像情報を直視
及びヘッドアップ表示の両方に用いることが出来たが、
装置が大型化する。 【解決手段】映像源からの光をフロントパネルとフロン
トガラス上のホログラムスクリーンの両方に結像するの
に十分な被写界深度を持った投写光学系を少なくとも１
つの凸面形状曲面曲面ミラーを用いた曲面ミラー系を用
いることにより、車載可能なサイズで実現し、ヘッドア
ップモードへの切り替えを機械的回動によらず電気的に
実現可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、計器表示用フロン
トパネルとフロントガラス上のヘッドアップディスプレ
イの両方に同時に結像する投写光学系をもつ、投写型車
載映像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両用ヘッドアップディスプレイ
技術に関して、例として実開昭６０−８４４３６をあ
げ、簡単に説明する。図３はこの車両用ヘッドアップデ
ィスプレイ装置の光路側面図である。１０は表示源、１
１は反射ミラー板、１２は反射ハーフミラー板、１３は
フロントガラス、１４は運転者、６は車両のエンジンル
ームである。

【０００３】反射ミラー板１１及び反射ハーフミラー板
１２は機械的に回動する。ハーフミラー板１２を通して
画像を認識するヘッドアップモード時、反射ミラー板１
１及び反射ハーフミラー板１２は実線の位置にあり、表
示源１０からの映像は反射ミラー１１により反射され、
反射ハーフミラー１２により反射され、運転者１４によ
って観察される。反射ハーフミラー１２の透過性によ
り、運転者の視界は遮蔽されない。

【０００４】非ヘッドアップモード時、反射ミラー板１
１及び反射ハーフミラー板１２は点線の位置にあり、光
路から退避されており、運転者１４は点線の如く直接表
示源１０の映像を観察する。

【０００５】この技術により、表示源１０の表示を反射
ハーフミラー１２上に形成されるヘッドアップ表示の表
示源として兼用することが出来る投写型車載映像表示装
置が実現される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、反射
ミラー１１及び反射ハーフミラー１２を機械的に回動す
ることにより、単一の表示源からの映像情報を直視及び
ヘッドアップ表示の両方に用いることが出来たが、表示
切替を機械的に行うことは機器の寿命及び信頼性を低下
させる原因であり、機械的切り替えを行うための駆動装
置の存在により、装置が大型化する。また、映像情報に
選択性を持たせ、任意のレベルの情報のみを選択してヘ
ッドアップ表示するといったことは原理的に不可能であ
る。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、映像源からの光
をフロントパネルとフロントガラス上のホログラムスク
リーンの両方に結像するのに十分な被写界深度を持った
投写光学系を実現し、ヘッドアップモードへの切り替え
を機械的回動によらず電気的に実現可能とした。

【０００８】また、投写光学系として少なくとも１つの
凸面形状曲面ミラーを用いた折返し光学系を用いること
で、装置の小型化を実現した。

【０００９】また、映像源の映像情報に色選択性を持た
せ、使用者が設定した表示レベルに従って、所望の情報
に関する色のみをフロントガラスに投写するようにスイ
ッチング可能波長選択素子を制御する回路を設けたこと
により、使用者が設定した表示レベルに従って所望の情
報のみをフロントガラス上のホログラムスクリーンにヘ
ッドアップ表示することを実現可能とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明を図面を参照しなが
ら説明する。

【００１１】図１は本発明の第一の実施形態の側面図で
ある。本実施形態における投写型車載映像表示装置は光
源部から放射された光を照射することにより液晶パネル
上の映像情報を光情報として出力する映像源１と、特開
平１０−１１１４５８に開示されているような拡大投写
及び結像性能を持つ非球面反射ミラー２ａ、２ｂ、２ｃ
と、それぞれ赤、緑、青のスイッチング可能波長選択ミ
ラー３ａ、３ｂ、３ｃと、原画像を拡大表示する完全拡
散板であるフロントパネル４とフロントガラス内面に接
着されたホログラムスクリーン５ａ及びスイッチング可
能拡散板５ｂから構成される。また、６は車両のエンジ
ンルームである。３０はスイッチング可能波長選択ミラ
ー３ａ、３ｂ、３ｃを駆動するための第１制御回路、３
１は映像源１に映像情報を送るための第２制御回路であ
る。

【００１２】映像源１は、１つの光源とその照明光学系
から放射された白色光をダイクロイックミラー、フィル
タからなる色分離光学系によりＲＧＢ３原色に分離し、
これら各原色を３枚の液晶パネルに別々に照射し、液晶
パネル上で強度変調された３原色の光学像をダイクロイ
ックプリズムなどによりカラー画像に合成する機能を備
えている。

【００１３】映像源１からの出射光は、非球面反射ミラ
ー２ａ、２ｂ、２ｃと折り返しのためのスイッチング可
能波長選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを透過した光が完全
拡散板からなるフロントパネル４に拡大投写され、同時
にスイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを
回折した光がホログラムスクリーン５ａ上に拡大投写さ
れる。

【００１４】本投写光学系において各非球面反射ミラー
２ａ、２ｂ、２ｃは光軸中心から偏心した構成をとり、
フロントパネル４及びホログラムスクリーン５ａに光束
が斜め下方から入射する。

【００１５】ホログラムスクリーン５ａは樹脂上にホロ
グラムパターンを形成することにより、任意の特定の方
向からの光のみをある角度を持って屈折反射させ、それ
以外の角度からの光を透過させる性質をもつスクリーン
である。このスクリーンには投写光学系による情報が表
示されると同時に、外からの光も透過するため、運転者
の視界は遮蔽されない。

【００１６】スイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３
ｂ、３ｃは、高分子分散型液晶の超微粒滴が干渉縞を形
成している素子であり、電圧の有無により液晶の配向状
態を制御することにより、干渉縞の有無を制御可能であ
るため、光の透過状態と回折状態を制御可能である。各
々の素子が回折可能な波長は素子に固有であり、本発明
ではこれを赤、緑、青の３色分用いることにより全可視
波長域をカバーしている。

【００１７】本発明ではこのスイッチング可能波長選択
ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを時分割駆動することにより、
フロントパネル４及びホログラムスクリーン５ａの両方
に光を出射する。各色のスイッチング可能波長選択ミラ
ーのＯＦＦモード及びＯＮモードについて次のように定
義する。ＯＦＦモード時、スイッチング可能波長選択ミ
ラーは透過状態にあり、フロントパネル４に全光束が出
射し、ホログラムスクリーン５ａには出射しない。ＯＮ
モード時、スイッチング可能波長選択ミラーは透過状態
と回折状態を０．１ｍｓ程度の周期で高速に時分割駆動
しており、フロントパネル４とホログラムスクリーン５
ａの両方に光束が出射する。

【００１８】スイッチング可能拡散板５ｂは、分散型液
晶を用い、その配向状態を電圧の印加で制御することに
より透過と拡散をスイッチング可能な拡散板である。

【００１９】スイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３
ｂ、３ｃを駆動するための制御回路３０の回路図を図４
に示す。スイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３ｂ、
３ｃはそれぞれ時分割駆動回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃ
によって駆動されており、これらはスイッチング可能波
長選択ミラー制御回路２１によってＯＮ、ＯＦＦが制御
されている。スイッチング可能波長選択ミラー制御回路
２１は後述する表示モードに従って、時分割駆動回路２
０ａ、２０ｂ、２０ｃのＯＮ及びＯＦＦを制御する回路
である。時分割駆動回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃはＯＮ
信号入力時、０．１ｍｓ程度の周期でスイッチング可能
波長選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃの透過状態と回折状態
を切りかえ、ＯＦＦ信号入力時、スイッチング可能波長
選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを透過状態にする。

【００２０】図６はスイッチング可能波長選択ミラー制
御回路２１の動作パターンを示す表である。本実施形態
ではヘッドアップ表示する映像にはモード１、２、３、
４の４種類があり、この切り替えは使用者が入力装置２
２により任意に切り替えることが出来る。モード１では
ヘッドアップ表示は行わない。モード２では警告に関す
る情報のみヘッドアップ表示を行う。モード３では警告
及びナビゲーションに関する情報のみヘッドアップ表示
を行う。モード４では全ての情報をヘッドアップ表示す
る。本実施形態で用いる映像情報は予め優先度に応じた
色の使い分けがなされている。即ち、警告に関する情報
は赤色、ナビゲーションに関する情報は緑色、それ以外
の情報は青色を用いる。但し、後述するＴＶやＤＶＤの
映像情報はフルカラーである。スイッチング可能波長選
択ミラー制御回路２１は、図６に示す様に各モードに応
じて時分割駆動回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃのＯＮ、Ｏ
ＦＦを制御する。

【００２１】スイッチング可能拡散板５ｂは、分散型液
晶を用い、その配向状態を電圧の印加で制御することに
より透過と拡散をスイッチング可能な拡散板である。ス
イッチング可能拡散板５ｂはＯＮ時に拡散状態、ＯＦＦ
時に透過状態となる。このスイッチング可能拡散板５ｂ
は図４に示すスイッチング可能拡散板制御回路２３によ
り駆動されている。車両状態検出回路２４はエンジンと
ギアの状態から図７に示す車両状態を検出する。スイッ
チング可能拡散板制御回路２３は図８に示すようにモー
ドと車両状態に応じてスイッチング可能拡散板５ｂを制
御する回路である。

【００２２】映像源１に映像情報を送るための第２制御
回路３１について図４を用いて説明する。車両状態検出
回路２４はエンジンとギアの状態から図７の表に示す車
両状態を検出する。スイッチング可能拡散板制御回路２
３はモードと車両状態に応じて図８の表に示す様にスイ
ッチング可能拡散板５ｂのＯＮ／ＯＦＦを制御する。Ｔ
Ｖ・ＤＶＤ情報源２５は車両状態が１の場合のみ動作
し、ＴＶ・ＤＶＤのフルカラーの映像情報を映像源１に
送る。ナビゲーション情報源２６はナビゲーションに関
する情報を映像源１に送る。ナビゲーション情報源２６
からの映像情報には緑色成分のみ含まれる。警告情報源
２７は警告に関する情報を映像源１に送る。警告情報源
２７からの映像情報には赤色成分のみ含まれる。

【００２３】スクリーン面が基準位置からずれてスクリ
ーン上のボケの大きさが増加しても、液晶パネル上のボ
ケの大きさが許容錯乱円の範囲内であれば像はピントが
合ったとみなすことができ、このピントが合った範囲内
でのスクリーンの後方への基準位置からのずれを後方被
写界深度、前方への基準位置からのずれを前方被写界深
度という。ここで後方被写界深度Ｌｒ、前方被写界深度
Ｌｆはそれぞれ式１、式２で与えられる。ここでｆは投
写光学系の焦点距離、δは許容錯乱円の直径、Ｆは投写
光学系のＦナンバー、投写距離Ｌは焦点を合わせたとき
の投写光学系の出射側主点からスクリーンまでの距離で
ある。被写界深度はＬｒ＋Ｌｆで与えられ、この範囲内
でスクリーン位置が前後してもピントが合ったとみなす
ことが出来る。

【００２４】

【式１】

【００２５】

【式２】

【００２６】本実施形態の場合、スイッチング可能波長
選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃとフロントパネル４の間の
光路長をｘ、スイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３
ｂ、３ｃとホログラムスクリーン５ａの間の光路長をｙ
とすると、ｘとｙの差が被写界深度よりも小さければ、
フロントパネル４及びホログラムスクリーン５ａの両方
で結像する。映像源１及び非球面反射ミラー２ａ、２
ｂ、２ｃ及びスイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３
ｂ、３ｃ及びフロントパネル４及びホログラムスクリー
ン５ａからなる投写光学系の被写界深度はｘとｙの差よ
りも小さいため、映像源１からの光束はフロントパネル
４及びホログラムスクリーン５ａの両方で結像する。

【００２７】例として１．３インチ、解像度ＸＧＡ（１
０２４×７６８）の液晶パネルを考えると画素ピッチは
０．０２６ｍｍとなり、許容錯乱円の直径は０．０２６
ｍｍと考えることができる。ここで焦点距離ｆを２０ｍ
ｍ、投写距離Ｌを８００ｍｍとするとＦナンバーが８の
とき後方被写界深度は５７０ｍｍ、前方被写界深度は２
３５ｍｍ、被写界深度は８０５ｍｍとなる。ｘとｙの差
が８０５ｍｍ以内であれば、映像源１からの光束はフロ
ントパネル４及びホログラムスクリーン５ａの両方で結
像する。また、このとき映像源１からの出射光の分散角
は３．６°となる。

【００２８】本実施形態の特徴は、折り返しミラー光
学系を用いることにより、フロントパネル４とホログラ
ムスクリーン５ａの両方で結像するのに必要な被写界深
度をもつ投写光学系を、エンジンルーム６を考慮しても
車載可能なサイズで実現すること、スイッチング可能
波長選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃを用い、表示画像に使
用する色の区分を導入することにより、使用者がフロン
トパネル４に表示される映像のうち所望のもののみをヘ
ッドアップ表示することが可能であること、駐車時の
み拡散状態に切り替え可能なスイッチング可能拡散板５
ｂを用いることにより、駐車時にはＴＶ視聴にも適した
高いコントラストでヘッドアップ情報が得られること、
である。

【００２９】本発明の第二の実施形態について説明す
る。図２に本発明の第二の実施形態の側面図を示す。第
一の実施形態と異なる点は赤、緑、青のスイッチング可
能波長選択ミラー３ａ、３ｂ、３ｃの代わりに、赤、
緑、青のスイッチング可能波長選択素子７ａ、７ｂ、７
ｃを用いることである。また、図５に本発明の第二の実
施形態の制御系の回路図を示す。第一の実施形態と異な
る点は、スイッチング可能波長選択ミラーを駆動する第
１制御回路の代わりにスイッチング可能波長選択素子駆
動用の第３制御回路を用いている点である。第３制御回
路はスイッチング可能波長選択素子制御回路２８で構成
される。スイッチング可能波長選択素子制御回路２８は
図９に示す表の如く、各モードに応じて７ａ、７ｂ、７
ｃにＯＮ又はＯＦＦ信号を出力する。

【００３０】スイッチング可能波長選択素子とは、電圧
等の電気的刺激の有無により光の出射を制御可能な素子
である。スイッチング可能波長選択素子のＯＮ、ＯＦＦ
について次のように定義する。スイッチング可能波長選
択素子がＯＦＦの場合、映像源１からの出射光はフロン
トパネル４に出射するが、ホログラムスクリーン５ａに
は出射しない。スイッチング可能波長選択素子がＯＮの
場合、映像源１からの出射光はフロントパネル４及びホ
ログラムスクリーン５ａの両方に出射する。この素子を
用いることにより、第一の実施形態で時分割駆動により
実現していたと同様の機能を、スタティック駆動により
実現でき、時分割駆動に伴う、映像のちらつき感をなく
すことが可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明の請求項１又は請求項２又は請求
項３によれば、機械的回動を行うことなく電気的に、映
像源からの光をフロントガラス及び若しくはフロントパ
ネルに投写させることが出来る。

【００３２】本発明の請求項４又は請求項５又は請求項
６によれば、請求項１から請求項３の投写光学系を小型
化出来る。

【００３３】本発明の請求項７及び請求項１０、又は請
求項８及び請求項１１、又は請求項９及び請求項１２に
よれば、映像源からの光がフロントパネル及びフロント
ガラスの両方で結像する投写光学系を実現できる。

【００３４】本発明の請求項１３又は請求項１４によれ
ば、映像源からの光がフロントパネル及びフロントガラ
スの両方で結像する投写光学系において、映像源からの
光情報のうち、使用者が所望する情報のみをフロントガ
ラスにヘッドアップ表示する投写光学系を実現できる。

【００３５】本発明の請求項１５によれば、特定の車両
状態時のみＴＶ映像などを高いコントラストのヘッドア
ップ映像として視聴することが可能となる。

【００３６】本発明の請求項１６によれば、車両の走行
中に運転者の視界が妨げられることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態の側面図である。

【図２】 本発明の第二の実施形態の側面図である。

【図３】 従来の車両用ヘッドアップディスプレイ装置
の、ヘッドアップモード時の光路側面図である。

【図４】 本発明の第一の実施形態の制御系の回路図で
ある。

【図５】 本発明の第二の実施形態の制御系の回路図で
ある。

【図６】 本発明の第一の実施形態における、各モード
に応じた時分割駆動回路２０ａ、２０ｂ、２０ｃの動作
を示す表である。

【図７】 本発明の第一及び第二の実施形態における、
車両状態を示す表である。

【図８】 本発明の第一及び第二の実施形態における、
スイッチング可能拡散板制御回路２３の、モードと車両
状態に応じたスイッチング可能拡散板５ｂへの出力信号
を示す表である。

【図９】 本発明の第二の実施形態における、各モード
に応じたスイッチング可能波長選択素子７ａ、７ｂ、７
ｃの動作を示す表である。

【符号の説明】

１ 映像源 ２ａ 第１の非球面反射ミラー ２ｂ 第２の非球面反射ミラー ２ｃ 第３の非球面反射ミラー ３ａ スイッチング可能波長選択ミラー（赤） ３ｂ スイッチング可能波長選択ミラー（緑） ３ｃ スイッチング可能波長選択ミラー（青） ４ フロントパネル（完全拡散板） ５ａ ホログラムスクリーン ５ｂ スイッチング可能拡散板 ６ エンジンルーム ７ａ スイッチング可能波長選択素子（赤） ７ｂ スイッチング可能波長選択素子（緑） ７ｃ スイッチング可能波長選択素子（青） １０ 表示源 １１ 反射ミラー板 １２ 反射ハーフミラー板 １３ フロントガラス １４ 運転者 ２０ａ 時分割駆動回路（３ａ駆動） ２０ｂ 時分割駆動回路（３ｂ駆動） ２０ｃ 時分割駆動回路（３ｃ駆動） ２１ スイッチング可能波長選択ミラー制御回路 ２２ 入力装置 ２３ スイッチング可能拡散板制御回路 ２４ 車両状態検出回路 ２５ ＴＶ・ＤＶＤ映像情報源 ２６ ナビゲーション情報源 ２７ 警告情報源 ２８ スイッチング可能波長選択素子制御回路 ３０ スイッチング可能波長選択ミラー３ａ、３
ｂ、３ｃを駆動するための第１制御回路 ３１ 映像源１に映像情報を送るための第２制御回
路 ３２ スイッチング可能波長選択素子７ａ、７ｂ、
７ｃを駆動するための第３制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱岸 五郎 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 桑野 幸徳 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3D044 BA03 BA19 BA21 BA26 BB01 BC07 BC25 BD02 5G435 AA01 BB12 BB15 BB17 BB19 CC09 DD03 DD07 DD09 EE16 EE17 GG09 LL17

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 映像源とこの映像源からの光が照射され
   るハーフミラーとこのハーフミラーからの光が照射され
   るフロントガラスと前記ハーフミラーからの光が照射さ
   れるフロントパネルからなる投写型車載映像表示装置。
2. 【請求項２】 映像源とこの映像源からの光が照射され
   るスイッチング可能波長選択ミラーとこのスイッチング
   可能波長選択ミラーからの光が照射されるフロントガラ
   スと前記スイッチング可能波長選択ミラーからの光が照
   射されるフロントパネルからなる投写型車載映像表示装
   置。
3. 【請求項３】 映像源とこの映像源からの光が照射され
   るスイッチング可能波長選択素子とこのスイッチング可
   能波長選択素子からの光が照射されるフロントガラスと
   前記スイッチング可能波長選択素子からの光が照射され
   るフロントパネルからなる投写型車載映像表示装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、映像源からの光を折
   返しミラー系を用いてハーフミラーに投写する投写型車
   載映像表示装置。
5. 【請求項５】 請求項２において、映像源からの光を折
   返しミラー系を用いてスイッチング可能波長選択ミラー
   に投写する投写型車載映像表示装置。
6. 【請求項６】 請求項３において、映像源からの光を折
   返しミラー系を用いてスイッチング可能波長選択素子に
   投写する投写型車載映像表示装置。
7. 【請求項７】 請求項４において、折返しミラー系とし
   て少なくとも１つの凸面形状曲面ミラーを用いた投写型
   車載映像表示装置。
8. 【請求項８】 請求項５において、折返しミラー系とし
   て少なくとも１つの凸面形状曲面ミラーを用いた投写型
   車載映像表示装置。
9. 【請求項９】 請求項６において、折返しミラー系とし
   て少なくとも１つの凸面形状曲面ミラーを用いた投写型
   車載映像表示装置。
10. 【請求項１０】 請求項７において、映像源からの光が
    フロントパネル及びフロントガラスの両方で結像するこ
    とを特徴とした投写型車載映像表示装置。
11. 【請求項１１】 請求項８において、映像源からの光が
    フロントパネル及びフロントガラスの両方で結像するこ
    とを特徴とした投写型車載映像表示装置。
12. 【請求項１２】 請求項９において、映像源からの光が
    フロントパネル及びフロントガラスの両方で結像するこ
    とを特徴とした投写型車載映像表示装置。
13. 【請求項１３】 請求項２又は請求項５又は請求項８の
    投写型車載映像表示装置において、映像源の映像情報に
    色選択性を持たせ、使用者が設定した表示レベルに従っ
    て、所望の情報に関する色のみをフロントガラスに投写
    するようにスイッチング可能波長選択ミラーを制御する
    回路を設けたことを特徴とした投写型車載映像表示装
    置。
14. 【請求項１４】 請求項３又は請求項６又は請求項９の
    投写型車載映像表示装置において、映像源の映像情報に
    色選択性を持たせ、使用者が設定した表示レベルに従っ
    て、所望の情報に関する色のみをフロントガラスに投写
    するようにスイッチング可能波長選択素子を制御する回
    路を設けたことを特徴とした投写型車載映像表示装置。
15. 【請求項１５】 請求項１から請求項１４の投写型車載
    映像表示装置において、スイッチング可能拡散板をホロ
    グラムスクリーンとフロントガラスの間に設けると共
    に、車両の走行状態を検出する車両状態検出回路と、車
    両が走行中である場合にはスイッチング可能拡散板を透
    過状態にするようなスイッチング可能拡散板制御回路を
    設けたことを特徴とした投写型車載映像表示装置。