JP2004219859A

JP2004219859A - ヘッドアップディスプレイ方式

Info

Publication number: JP2004219859A
Application number: JP2003009099A
Authority: JP
Inventors: Keizo Onuma; 圭三大沼; Masato Arisumi; 正人有住
Original assignee: National Institute for Land and Infrastructure Management
Current assignee: National Institute for Land and Infrastructure Management
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-01-17
Publication date: 2004-08-05
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: JP3785461B2

Abstract

【課題】昼間でも視認可能な高輝度のヘッドアップディスプレイ表示を得ることができ、低コストでフルカラー表示を実現できるヘッドアップディスプレイ方式を提供すること。
【解決手段】表示する画像の実像を生成する手段１と、該実像を、ドライバ視点に効率良く、光線を収束する機能を有する積層表示部３と、を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ方式、特に昼間での使用に耐える、フルカラー高輝度ヘッドアップディスプレイ装置の方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高輝度のヘッドアップディスプレイ表示を得るために、例えば車両用ヘッドアップディスプレイが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−１３１８６６号公報（第２頁、図１）
【０００４】
上記文献は液晶ディスプレイの前面側に、該ディスプレイからの入射光の角度をブルースタ角で反射するようにコンバイナガラスを対設したものであるが、高輝度のヘッドアップディスプレイ表示を得るためにはコンバイナガラスに偏光板機能を持たせるか、コンバイナガラスの反射率を上げる必要があった。
【０００５】
しかし、上記構成の装置では、コンバイナガラスの透過率を高く保ったまま、偏光機能を実現する材料は、コストが高くなり現実的でない。一方、偏光機能を用いずに、コンバイナガラスの反射率を上げると、透過率が減少し運転席から前景が見え難くなる。また、道路交通法法規で決められているフロントガラスの透過率７０％以上の条件を満足出来なくなるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、昼間でも視認可能な高輝度のヘッドアップディスプレイ表示を得ることができ、低コストでフルカラー表示を実現できるヘッドアップディスプレイ方式を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、車両用ヘッドアップディスプレイ方式であって、表示する画像の実像を生成する手段と、該実像を、ドライバ視点に効率良く、光線を収束する機能を有する積層表示部と、を有することを特徴とする。請求項２に記載の発明は、請求項１において、積層表示部は、光軸の角度を屈折率や入射角度に合せた構造とした改良型の平面プリズムを有することを特徴とする。請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、光線遮蔽の含有物を規則的に包含するコンバイナを有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施の形態を示す断面図であって、ダッシュボード８の内部に、画像発生部１、反射板２を内蔵し、ダッシュボード８の上部に開口部を設け、そこに積層表示部３をはめ込む構造とする。画像発生部１から照射された光が反射板２で上方に反射され実像を結ぶ位置に、積層表示部３を設置する。実像を結んだ光が更に、積層表示部３を透過し、フロントガラス６に密着させた半透明なコンバイナ５で反射し、視点７に到達するように、コンバイナ５の位置とサイズは決定される。ここで、視点７は、運転席に平均的体型のドライバが着座した時の目の位置とする。
【０００９】
画像発生部１は、内部に水銀灯などの高輝度な光源１１、フルカラー表示が可能な画像表示素子１２、レンズ１３を持ち、レンズ１３は、積層表示部３に実像を結ぶように調節される。画像表示素子１２には、画像情報生成部９１が接続される。また、ダッシュボード８の上部には遮蔽部９を設ける。電源部９２は、電源制御部９３を経由して画像情報生成部９１、画像発生部１に接続される。
【００１０】
図２は、積層表示部３の説明図である。積層表示部３は、複数の積層機能から構成される。各層は、それぞれこの発明を実現するために必要とされる機能を分担し、透明あるいは半透明の処理されたガラス或いはプラスチック製構造物である。
【００１１】
図３は、コンバイナ５の構造例であり、透明なコンバイナ基板５１に図に示すように光線を遮断する厚さの薄い内包物５２を水平、かつ平行に包含させ、金属蒸着膜５３を内側表面に持つ。
【００１２】
図１において、まず、水銀灯などの高輝度な光源１１から照射された光線が、フルカラー表示可能な画像表示素子１２、レンズ１３、及び反射板２を介して上方に反射され、積層表示部３にフルカラーの実像画像を結像する。画像情報生成部９１からの画像情報により画像表示素子１２が動作し、光源１１から照射された光線を制御しフルカラー画像を発生する。積層表示部３は、半透明であり、ダッシュボード８の上部の開口部に設けてあり、ここで実像を結んだ光は、更に、積層表示部３を透過し、フロントガラス６に密着させたコンバイナ５で反射し視点７に到達する。これにより、視点７に相当する場所を占めるドライバは、フロントガラス６の外にフルカラーの虚像４を見る。コンバイナ５は、半透明であり、従ってドライバは、フロントガラス６越しに前景と虚像４を重ねて見ることができる。また、ダッシュボード８の上部の遮蔽部９は、積層表示部３に結像した実像画像の散乱光がコンバイナ５を経由せず直接視点７に達するのを防止する。図中、２点鎖線で示すように防止される。電源部９２からの電源は、電源制御部９３を経由して、画像情報生成部９１、画像発生部１に供給される。
【００１３】
図２において、反射板２を経由して反射された光線は、まず、積層機能３１に到達する。積層機能３１は、例えば平面プリズムであり、反射板２からの全光軸の角度を変化させ、画像発生部１、反射板２、積層表示部３、コンバイナ５の設置位置の制約で、中心光軸が視点７の方向に向かわない場合、光軸を視点７に向かわせる。図中、鎖線が修正前の光軸を示し、実線の修正１が修正後の光軸を示す。積層機能１は、図４に示すように片面が垂直な（θ_１）平面プリズムでも良いが、表示面積の効率化、つまり非表示部の面積減少を図るため、改良型の平面プリズムが好ましい。図中、θ_１は９０度であるが、θ_３のように屈折率や入射角度θ_２に合せた構造とすることが良い。プリズム構造が微細で非表示部が狭い場合には、人の目には非表示部の存在はほとんど気にならない。
【００１４】
光線は、次に、積層機能３２に到達する。積層機能３２は、積層機能３１を通過した光線の中心から外れた外周の光線を中心の光線とほぼ平行になるよう変更する。例えばフレネルレンズで実現する。レンズ１３を通過した光線は、中心から拡散する方向に向かうため、これを中心に向けることで、視点７から見たとき画面の周辺が中心部に比較し暗くなることを防止する。図中、１点鎖線が修正前の光経路を示し、実線の修正２が修正後の光経路を示す。ただし、視点７に光軸の中心を完全に合せると光源１１が直接見える場合があり、ドライバに煩わしさを与えるため、中心光軸からわずかにずらす。画面中心部の暗さを補正する手段としては、次に述べる積層機能３３の乱反射率を上げる方法もあるが、それでは全体に高輝度が得られなくなる不具合が生じる。
【００１５】
光線は、積層機能３２を通過し、次に、積層機能３３に到達する。積層機能３３は、上面が乱反射する例えばスリガラス状になっており、レンズ１３の焦点距離がこの乱反射面に合うようにレンズ１３、反射板２、積層表示部３の位置関係が決定される。積層機能３３のスリガラス状表面は、光線をある程度乱反射し、実像を生成するが、スリガラス部分の透過率は高くし、乱反射による視点７への光量の減少を避けるようにする。
【００１６】
積層機能３３を通過した光線は、次に、積層機能３４に達する。外界からの光がフロントガラス６を通過し、積層機能３３のスリガラス状表面に照射し、乱反射して、その一部の光線が、コンバイナ５で反射し、視点７に到達するのを減少させるため、積層機能３４は、透明だが黒い色素を含む材質とする。これは、黒色フィルムを添付し実現することでも良い。
【００１７】
また、図３において、透明なコンバイナ基板５１に厚みを持たせ、内包物５２を含ませた本図に示す構造とすることで、上方からの外来光がフロントガラス６、コンバイナ５を通過するとき、上方からの光線のみを遮断し、視点７（ドライバ）からの前方視野には影響しないようにすることで、積層機能３３のスリガラス状表面に照射し、乱反射して、その一部の光線が、コンバイナ５で反射し、視点７に到達するのを、更に防止することが可能となる。また、視点７から見た場合のコンバイナ５の透過率を低下させずに済む。
【００１８】
以上のように、前記実施の形態によれば、積層表示部３を設けたことで、光線が効率良く視点７に集中するため、昼間でも視認可能な高輝度のヘッドアップディスプレイを実現できるという効果が得られる。また、積層表示部３は、その表面に実像を生成する表示方式を採用しており、ホログラフィック表示に比べ、フルカラー表示が低コストで実現可能である。さらに、高輝度のヘッドアップディスプレイが得られることは、昼間の用途にも用いることができ、大画面表示も可能となり、ヘッドアップディスプレイの用途が格段に広がる効果がある。例えば、従来は、車速を７セグメント３桁で単色表示したり、ナビゲーションに用いる矢印表示を単色表示するなど簡単な情報を狭い範囲で表示する用途に、あるいは、広い画面であっても、赤外線画像を夜間使用の用途で単色で表示したり、限定的な使い道となっていた。
【００１９】
この実施の形態では、積層表示部３に、平面プリズム、フレネルレンズ、スリガラス状の表面、黒色の色素を含むガラスなどを用いるとしているが、他の同様の機能を有する材質でも適用可能である。また、各積層機能３１〜３４は、密着して実装しているが、間隔を空けて実装しても良い。また、この実施の形態では、反射板２を用いているが、画像情報生成部９１の生成画像を倒立させて生成し、反射板２を省略し、直接、画像発生部１から積層表示部３に光線を照射しても良い。本方式では、表示画像は、文字、図形、フルドット画像、静止画、動画の区別なく適用できる。また、積層機能３１の光軸を変更する機能は、積層機能３２の機能と合せて実施する方法でもよい。また、コンバイナ５を使用せず、通常のフロントガラスに金属膜を蒸着させたコンバイナの方式と組み合せてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、昼間でも視認可能な高輝度のヘッドアップディスプレイ表示を得ることができ、低コストでフルカラー表示を実現できるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態を示す断面図である。
【図２】同上の積層表示部の拡大斜視図である。
【図３】同上のコンバイナの構造を示す図面である。
【図４】同上の積層表示部の積層機能３１の構造を示す図面で、（Ａ）は改良前、（Ｂ）は改良後を表わす。
【符号の説明】
１画像発生部２反射板
３積層表示部４虚像
５コンバイナ６フロントガラス
７視点８ダッシュボード
９遮蔽部１１光源
１２画像表示素子１３レンズ
３１，３２，３３，３４積層機能
５１コンバイナ基板５２内包物
５３金属蒸着膜９１画像情報生成部
９２電源部９３電源制御部

Claims

車両用ヘッドアップディスプレイ方式であって、表示する画像の実像を生成する手段と、該実像を、ドライバ視点に効率良く、光線を収束する機能を有する積層表示部と、を有することを特徴とするヘッドアップディスプレイ方式。
積層表示部は、光軸の角度を屈折率や入射角度に合せた構造とした改良型の平面プリズムを有する請求項１記載のヘッドアップディスプレイ方式。
光線遮蔽の含有物を規則的に包含するコンバイナを有する請求項１又は２記載のヘッドアップディスプレイ方式。