JP2008256767A

JP2008256767A - 表示装置

Info

Publication number: JP2008256767A
Application number: JP2007096115A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ariga; 進有賀; Hidefumi Sakata; 秀文坂田; Takayuki Matsubara; 貴之松原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2008-10-23

Abstract

【課題】表示光を射出させる本体部を容易に大型化でき、明るく視認し易い表示を可能と
する表示装置を提供すること。
【解決手段】車両１１のフロントガラス１４を通じて観察される虚像を表示する表示装置
１０であって、虚像に応じた表示光を射出させる本体部１２と、本体部１２からの表示光
を反射させ、フロントガラス１４へ入射させる反射部であるミラー１３と、を有し、本体
部１２は、車両１１のボンネット１５内部に設けられ、ボンネット１５に設けられた開口
１６へ表示光を進行させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置、特に、車両の室内から観察される虚像を表示する車両用の表示装
置の技術に関する。

従来、速度計等の表示を行う車両用表示装置として、運転者の視野に直接表示を映し出
すヘッドアップディスプレイが提案されている。運転者の視野に表示を映し出すことによ
り、運転中の視線移動を少なくすることが可能となる。また、運転者から遠い位置を焦点
位置とする表示により、フロントガラスを通して目視される物と虚像との焦点距離の差を
小さくでき、表示を見易くすることが可能となる。従来、車両用表示装置としては、車両
のフロントガラスに設けられたハーフミラーを用いる技術が提案されている（例えば、特
許文献１参照）。ハーフミラーで表示光を反射させることで、フロントガラスを通して目
視される前景に近い位置に虚像を形成できる。

特開昭５０−６８３５９号公報

フロントガラス上のハーフミラーで反射した表示光を運転者の視界へ進行させるために
、例えば、ダッシュボード側からハーフミラーへ表示光を入射させる。この場合、表示光
を射出させる本体部は、ダッシュボードの周辺又は内部に設けられることとなる。ダッシ
ュボードの周辺や内部はスペース上の制約が大きいことから、大型な本体部を設けること
は困難である。本体部のサイズに制約が課されることとなると、光量を増加させるための
光源の増設や大型化等が困難となる。このため、従来の技術によると、本体部の大型化に
より、明るく視認し易い表示を可能とすることは困難であるという問題を生じる。本発明
は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、表示光を射出させる本体部を容易に大型化
でき、明るく視認し易い表示を可能とする表示装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、車両のフロ
ントガラスを通じて観察される虚像を表示する表示装置であって、虚像に応じた表示光を
射出させる本体部と、本体部からの表示光を反射させ、フロントガラスへ入射させる反射
部と、を有し、本体部は、車両のボンネット内部に設けられることを特徴とする。

反射部により本体部からの表示光をフロントガラスへ進行させることで、車両の室内で
観察可能な虚像を表示することができる。車両のボンネット内部は比較的スペース上の制
約が少ないことから、本体部を容易に大型化することが可能である。本体部を容易に大型
化可能とすることで、明るい表示を可能とするための光源の増設や大型化、空間光変調装
置の大型化等が可能となる。これにより、表示光を射出させる本体部を容易に大型化でき
、明るく視認し易い表示を可能とする表示装置を得られる。

また、本発明の好ましい態様としては、本体部は、ボンネットに設けられた開口へ表示
光を進行させ、反射部は、ボンネット上又は開口に設けられることが望ましい。これによ
り、ボンネット内部の本体部からの表示光をフロントガラスへ入射させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、本体部に対してフロントガラスが設
けられる側とは反対側に設けられることが望ましい。本体部からフロントガラスとは反対
方向へ進行した表示光は、反射部で反射し、フロントガラスの方向へ進行する。これによ
り、フロントガラスを通して目視される前景に近い位置に虚像を形成できる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、本体部からの表示光を反射させるミ
ラーを有することが望ましい。これにより、本体部からの表示光をフロントガラスの方向
へ効率良く進行させることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、反射部へ入射する光の一部を透過さ
せ、他の一部を反射させる部分透過ミラーを有することが望ましい。これにより、観察者
から見て部分透過ミラーの先にある物と虚像とを同時に観察可能な構成にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、凸面形状を有することが望ましい。
これにより、表示光を拡散させ、良好な視野角特性を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、反射部は、フレネル形状を有することが望まし
い。これにより、表示光を拡散させ、良好な視野角特性を得ることができる。

また、本発明の好ましい態様としては、本体部は、光源からの光を変調することにより
表示光を射出させる空間光変調装置と、空間光変調装置からの表示光を投写させる投写レ
ンズと、を有し、空間光変調装置は、投写レンズの前側焦点より投写レンズ側の位置に設
けられることが望ましい。これにより、空間光変調装置からの表示光を用いて虚像を表示
することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る表示装置１０の使用例を示す。表示装置１０は、車両
１１に搭載されている。車両１１は、フロントガラス１４の前方に設けられたボンネット
１５を備える乗用自動車である。表示装置１０は、フロントガラス１４を通じて観察され
る虚像を表示するヘッドアップディスプレイである。表示装置１０は、本体部１２及びミ
ラー１３を有する。本体部１２は、車両１１のボンネット１５内部に設けられている。本
体部１２は、虚像に応じた表示光を射出させる。

図２は、本体部１２の概略構成を示す。光源である超高圧水銀ランプ２１は、赤色（Ｒ
）光、緑色（Ｇ）光、及び青色（Ｂ）光を含む光を供給する。インテグレータ２２は、超
高圧水銀ランプ２１からの光の照度分布を略均一にする。照度分布が均一化された光は、
偏光変換素子２３にて特定の振動方向の偏光光に変換される。

偏光変換素子２３からの光は、反射ミラー２４で光路が折り曲げられた後、第１ダイク
ロイックミラー２５へ入射する。第１ダイクロイックミラー２５は、Ｒ光を透過させ、Ｇ
光、Ｂ光を反射する。第１ダイクロイックミラー２５を透過したＲ光は、反射ミラー２８
で光路が折り曲げられ、Ｒ光用空間光変調装置２９Ｒへ入射する。Ｒ光用空間光変調装置
２９Ｒは、画像信号等に応じてＲ光を変調することにより表示光を射出させる空間光変調
装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置２９Ｒで変調されたＲ
光は、色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム３０へ入射する。透過型液晶表
示装置としては、例えば高温ポリシリコンＴＦＴ液晶パネル（High Temperature Polys
ilicon；ＨＴＰＳ）を用いることができる。

第１ダイクロイックミラー２５で反射されたＧ光及びＢ光は、光路が折り曲げられた後
、第２ダイクロイックミラー２６に入射する。第２ダイクロイックミラー２６は、Ｇ光を
反射し、Ｂ光を透過させる。第２ダイクロイックミラー２６で反射されたＧ光は、Ｇ光用
空間光変調装置２９Ｇへ入射する。Ｇ光用空間光変調装置２９Ｇは、画像信号等に応じて
Ｇ光を変調することにより表示光を射出させる空間光変調装置であって、透過型液晶表示
装置である。Ｇ光用空間光変調装置２９Ｇで変調されたＧ光は、Ｒ光とは異なる側からク
ロスダイクロイックプリズム３０へ入射する。

第２ダイクロイックミラー２６を透過したＢ光は、２枚のリレーレンズ２７と、２枚の
反射ミラー２８とを経由して、Ｂ光用空間光変調装置２９Ｂへ入射する。Ｂ光の光路は、
Ｒ光の光路及びＧ光の光路よりも長い。空間光変調装置における照明倍率をＲ光及びＧ光
と等しくするために、Ｂ光の光路には、リレーレンズ２７を用いるリレー光学系が採用さ
れている。Ｂ光用空間光変調装置２９Ｂは、画像信号等に応じてＢ光を変調することによ
り表示光を射出させる空間光変調装置であって、透過型液晶表示装置である。Ｂ光用空間
光変調装置２９Ｂで変調されたＢ光は、Ｒ光、Ｇ光とは異なる側からクロスダイクロイッ
クプリズム３０へ入射する。

クロスダイクロイックプリズム３０は、互いに略直交するように配置された２つのダイ
クロイック膜３０ａ、３０ｂを有する。第１ダイクロイック膜３０ａは、Ｂ光を反射させ
、Ｒ光及びＧ光を透過させる。第２ダイクロイック膜３０ｂは、Ｒ光を反射させ、Ｇ光及
びＢ光を透過させる。クロスダイクロイックプリズム３０は、それぞれ異なる側から入射
したＲ光、Ｇ光及びＢ光を射出させる。投写レンズ３１は、クロスダイクロイックプリズ
ム３０で合成された表示光を投写させる。

図１に戻って、本体部１２は、ボンネット１５に設けられた開口１６へ表示光を進行さ
せる。ミラー１３は、ボンネット１５上に設けられている。車両１１の前後方向（図１の
紙面左右方向）において、ミラー１３は、本体部１２に対してフロントガラス１４が設け
られる側とは反対側に設けられている。ミラー１３は、本体部１２からの表示光を反射さ
せ、フロントガラス１４へ入射させる反射部である。ミラー１３は、凸面形状を有する。
ミラー１３は、凸面形状の基材に反射膜、例えば高反射性の金属膜をコーティングするこ
とにより形成できる。ミラー１３は、表示光の光路をフロントガラス１４の方向へ折り曲
げるとともに、虚像を形成する。

図３は、車両１１の上面構成の一部を示す。開口１６及びミラー１３は、ボンネット１
５の中央近傍に配置されている。開口１６を設けることで、ボンネット１５内の本体部１
２からの表示光をボンネット１５外へ進行させることができる。ボンネット１５上にミラ
ー１３を設けることで、開口１６を通過した表示光をフロントガラス１４の方向へ進行さ
せることができる。ミラー１３は、開口１６から射出される表示光をフロントガラス１４
へ向けて拡散させる。

図４は、各色光用空間光変調装置２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂ、及び投写レンズ３１の位置
について説明するものである。ここでは、各色光用空間光変調装置２９Ｒ、２９Ｇ、２９
Ｂの代表例としてＲ光用空間光変調装置２９Ｒを示して説明する。Ｒ光用空間光変調装置
２９Ｒは、投写レンズ３１の前側焦点Ｆより投写レンズ３１側の位置に設けられている。
Ｒ光用空間光変調装置２９Ｒの一点からの光は、投写レンズ３１の射出側にて拡散する。
Ｇ光用空間光変調装置２９Ｇ、Ｂ光用空間光変調装置２９Ｂも、投写レンズ３１の前側焦
点Ｆより投写レンズ３１側の位置に設けられている。かかる構成により、各色光用空間光
変調装置２９Ｒ、２９Ｇ、２９Ｂからの表示光を用いて虚像を表示することができる。

図５は、虚像３５の表示について説明するものである。本体部１２からの表示光は、開
口１６を通過することによりボンネット１５外へ射出する。開口１６から射出した表示光
は、フロントガラス１４とは反対方向へ進行し、ミラー１３へ入射する。ミラー１３で反
射した表示光は、フロントガラス１４の方向へ進行する。車両１１の運転者は、フロント
ガラス１４を透過した表示光を車両１１の内部から観察する。

虚像３５は、ミラー１３からの反射光線をフロントガラス１４側とは反対側に延長した
位置に形成される。本体部１２からの表示光をミラー１３で反射させ、フロントガラス１
４へ進行させることで、車両１１の室内で観察可能な虚像３５を表示することができる。
本体部１２に対してフロントガラス１４とは反対側にミラー１３を設けることで、フロン
トガラス１４を通して目視される前景に近い位置に虚像３５を形成できる。凸面形状のミ
ラー１３を用いることで、表示光を拡散させ、良好な視野角特性を得ることができる。フ
ロントガラス１４へ進行する表示光の向きは、ミラー１３の形状に応じて適宜設定するこ
とができる。

車両１１のボンネット１５内部は比較的スペース上の制約が少ないことから、本体部１
２を容易に大型化することが可能である。本体部１２を容易に大型化可能とすることで、
明るい表示を行うための光源の増設や大型化、空間光変調装置の大型化等が可能となる。
これにより、表示光を射出させる本体部１２を容易に大型化でき、明るく視認し易い表示
を可能にできるという効果を奏する。本発明の表示装置１０は、例えば、経路誘導情報等
を表示するナビゲーション装置や、赤外線カメラによって取り込まれた人影等を表示する
ナイトビジョン等に適用する場合に有用である。本体部１２は、ボンネット１５内部であ
ればいずれの位置に設けることとしても良い。開口１６及びミラー１３の位置は、本体部
１２の位置に応じて適宜決定することができる。ミラー１３は、ボンネット１５上に設け
られる場合に限られず、開口１６に設けることとしても良い。

反射部は、凸面形状のミラー１３である場合に限られない。反射部は、図６に断面構成
を示すフレネル形状のミラー３７であっても良い。ミラー３７は、三角形状の断面をなす
複数の構造体３８を有する。複数の構造体３８は、図７の平面構成に示すように、同心円
状に配置されている。ミラー３７は、構造体３８上に反射膜をコーティングすることによ
り形成できる。フレネル形状のミラー３７を用いることで、表示光を拡散させ、良好な視
野角特性を得ることができる。フロントガラス１４へ進行する表示光の向きは、ミラー３
７の構成に応じて適宜設定することができる。

構造体３８を並列させる同心円の中心はミラー３７の中心である場合に限られず、ミラ
ー３７のうち中心以外の位置や、ミラー３７外の位置であっても良い。反射部として用い
るミラーの形状は、本実施例で説明するものに限られず、適宜変更することができる。例
えば、反射部は、平板形状のミラーとしても良い。反射部は、開口１６からの表示光のみ
を効率良く反射させる反射特性を持たせても良い。反射部は、例えば、本体部１２からの
表示光を効率良く反射可能とする角度選択性や、本体部１２からの特定の振動方向の偏光
光を効率良く反射可能とする偏光選択性を有する構成にできる。これにより、運転者の方
向へ進行する不要光を低減させ、さらに容易に視認可能な表示が可能となる。

図８は、本発明の実施例２に係る表示装置４０の概略構成を示す。本実施例の表示装置
４０は、部分透過ミラー４１を有することを特徴とする。上記実施例１と同一の部分には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。部分透過ミラー４１は、ボンネット１５上
であって、本体部１２に対してフロントガラス１４が設けられる側とは反対側に設けられ
ている。部分透過ミラー４１は、部分透過ミラー４１へ入射する光の一部を透過させ、他
の一部を反射させる。部分透過ミラー４１は、本体部１２からの表示光を反射させ、フロ
ントガラス１４へ入射させる反射部である。

部分透過ミラー４１は、凸面形状を有する。部分透過ミラー４１は、透明部材であるガ
ラス等に誘電体多層膜をコーティングすることにより形成することができる。部分透過ミ
ラー４１としては、例えば、入射する光の半分を透過させ、半分を反射させるハーフミラ
ーを用いることができる。

本体部１２から部分透過ミラー４１へ入射した表示光の一部は部分透過ミラー４１を透
過し、他の一部は部分透過ミラー４１で反射する。部分透過ミラー４１で反射した表示光
は、フロントガラス１４の方向へ進行する。部分透過ミラー４１に対してフロントガラス
１４が設けられる側とは反対側のある物点Ｐからの光の一部は部分透過ミラー４１を透過
し、他の一部は部分透過ミラー４１で反射する。物点Ｐから部分透過ミラー４１を透過し
た光は、フロントガラス１４の方向へ進行する。車両１１の運転者は、フロントガラス１
４を透過した表示光、及び物点Ｐからの光を車両１１の内部から同時に観察する。

このように、部分透過ミラー４１を用いることにより、運転者から見て部分透過ミラー
４１の先にある物と虚像３５とを同時に観察可能な構成にできる。部分透過ミラー４１の
反射透過特性は、表示の態様に応じて適宜決定することができる。なお、上記実施例１の
ミラー１３を用いる場合は、本体部１２からの表示光をフロントガラス１４の方向へ効率
良く進行させることができる利点がある。

反射部は、凸面形状の部分透過ミラー４１である場合に限られず、フレネル形状の部分
透過ミラーとしても良い。フレネル形状の部分透過ミラーは、構造体上に誘電体多層膜を
コーティングすることにより形成できる。反射部として用いる部分透過ミラーの形状は、
本実施例で説明するものに限られず、適宜変更することができる。例えば、反射部は、平
板形状の部分透過ミラーとしても良い。

本体部１２の構成は、上記の実施例で説明するものに限られない。例えば、空間光変調
装置としては、透過型液晶表示装置に代えて、反射型液晶表示装置（Liquid Crystal O
n Silicon；ＬＣＯＳ）、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device）、ＧＬＶ（Grating
Light Valve）等を用いても良い。本体部１２は、色光ごとに空間光変調装置を備える
構成に限られず、一の空間光変調装置により２つ又は３つ以上の色光を変調する構成とし
ても良い。また、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの色光を用いる場合に限られず、１つ又は複数の色光
を用いる構成であれば良い。光源は、超高圧水銀ランプ２１に限られず、他のランプや、
ＬＥＤ、有機ＥＬ、半導体レーザ等の固体光源としても良い。レーザ光源を用いる場合、
レーザ光を走査させることにより表示を行う構成としても良い。

以上のように、本発明に係る表示装置は、車両用の表示装置として有用である。

本発明の実施例１に係る表示装置の使用例を示す図。本体部の概略構成を示す図。車両の上面構成の一部を示す図。各色光用空間光変調装置、及び投写レンズの位置について説明する図。虚像の表示について説明する図。フレネル形状のミラーの断面構成を示す図。フレネル形状のミラーの平面構成を示す図。本発明の実施例２に係る表示装置の概略構成を示す図。

符号の説明

１０表示装置、１１車両、１２本体部、１３ミラー、１４フロントガラス、
１５ボンネット、１６開口、２１超高圧水銀ランプ、２２インテグレータ、２３
偏光変換素子、２４反射ミラー、２５第１ダイクロイックミラー、２６第２ダイ
クロイックミラー、２７リレーレンズ、２８反射ミラー、２９ＲＲ光用空間光変調
装置、２９ＧＧ光用空間光変調装置、２９ＢＢ光用空間光変調装置、３０クロスダ
イクロイックプリズム、３０ａ第１ダイクロイック膜、３０ｂ第２ダイクロイック膜
、３１投写レンズ、Ｆ前側焦点、３５虚像、３７ミラー、３８構造体、４０
表示装置、４１部分透過ミラー、Ｐ物点

Claims

車両のフロントガラスを通じて観察される虚像を表示する表示装置であって、
前記虚像に応じた表示光を射出させる本体部と、
前記本体部からの前記表示光を反射させ、前記フロントガラスへ入射させる反射部と、
を有し、
前記本体部は、前記車両のボンネット内部に設けられることを特徴とする表示装置。
前記本体部は、前記ボンネットに設けられた開口へ前記表示光を進行させ、
前記反射部は、前記ボンネット上又は前記開口に設けられることを特徴とする請求項１
に記載の表示装置。
前記反射部は、前記本体部に対して前記フロントガラスが設けられる側とは反対側に設
けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の表示装置。
前記反射部は、前記本体部からの前記表示光を反射させるミラーを有することを特徴と
する請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。
前記反射部は、前記反射部へ入射する光の一部を透過させ、他の一部を反射させる部分
透過ミラーを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表示装置。
前記反射部は、凸面形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載
の表示装置。
前記反射部は、フレネル形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に
記載の表示装置。
前記本体部は、光源からの光を変調することにより前記表示光を射出させる空間光変調
装置と、
前記空間光変調装置からの前記表示光を投写させる投写レンズと、を有し、
前記空間光変調装置は、前記投写レンズの前側焦点より前記投写レンズ側の位置に設け
られることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の表示装置。