JP2645487B2 - ヘッドアップディスプレイ - Google Patents

ヘッドアップディスプレイ

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JP2645487B2
JP2645487B2 JP1254718A JP25471889A JP2645487B2 JP 2645487 B2 JP2645487 B2 JP 2645487B2 JP 1254718 A JP1254718 A JP 1254718A JP 25471889 A JP25471889 A JP 25471889A JP 2645487 B2 JP2645487 B2 JP 2645487B2
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英文 斎藤
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Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的 1) 産業上の利用分野 本発明は、鉄道車両等の乗物の操縦者が前方外界の景
色を見ながら操縦する際に、その操縦者が見ている前方
の外界の情景に種々の情報を重ねて表示するヘッドアッ
プディスプレイに関する。
このようなヘッドアップディスプレイを用いれば、操
縦者は一々外界から視線をそらせて計器類を見る必要が
なくなるので、外界から視線をそらせている間に生じる
不慮の事故を防ぐことができる。
2) 従来の技術 前記従来のヘッドアップディスプレイは、普通、操縦
者の視野前方にハーフミラー等のコンバイナを配置し、
そのコンバイナは外界の景色から出射した光線を操縦者
の方向に透過させるとともに操縦室内側から前記コンバ
イナに入射した速度情報やブレーキ圧情報等の情報表示
光を操縦者の方向に反射または回折させるように構成さ
れている。そして、前記情報表示光をコンバイナに入射
させる情報投射装置は、CRT、ブラズマディスプレイま
たは発光ダイオードディスプレイ等の光学的情報表示手
段とこの光学的情報表示手段から出射した光を前記コン
バイナに入射させる光学部材とを備えている。そして、
前記光学部材は、普通、レンズおよび反射鏡等から構成
されており、前記情報表示光を操縦者が正面の視野の中
に視認できるように構成されている。
3) 発明が解決しようとする課題 ところで、操縦者は、外界の情景を無限遠方に視認し
ているため、前記光学的情報表示手段の表示面に表示さ
れた情報が目に近い位置に視認されると、前記外界の情
景および表示情報を見るときの目の焦点が大きく変化す
る。そうすると、前記情景または情報表示光を視認しず
らくなったり、目が疲れたりし易くなる。そこで、前記
表示面に表示された情報を操縦者に視認させる際、前記
光学部材にレンズ系を用いて遠方に視認させるようにし
たものが多く使用されている。このようなものは目には
楽であるが、前記表示面に表示された情報を視認できる
目の位置は非常に狭い範囲に限られてしまう。
一方、操縦者は、座高等の個人差により目の高さが異
なる。したがって、前述のように情報を視認できる目の
位置が狭い範囲に限定されるヘッドアップディスプレイ
では、操縦座席の高さが十分に調節できない場合、操縦
者は、操縦座席に座った状態で前記情報を充分に視認す
ることができなくなるという問題点があった。
本発明は前述の問題点に鑑み、操縦者によって目の高
さ位置が異なる場合でも、前記表示面に表示された情報
を操縦者が視認できるようにすることを課題とする。
B.発明の構成 1) 課題を解決するための手段 前記課題を解決するために、本発明のヘッドアップデ
ィスプレイは、情報が表示される表示面を有する光学的
情報表示手段と前記表示面から出射した情報表示光を所
定の方向に投射する光学部材とを備えた情報投射装置
と、 操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の景色
を操縦者が視認できるように前記外界からの光線を前方
から後方に透過させるとともに、前記情報投射装置から
投射された情報表示光を操縦者が視認できる方向に反射
または回折するコンバイナと、 を備えた陸上乗物用のヘッドアップディスプレイにおい
て、 前記光学部材は前記表示面から出射した情報表示光を
所定方向に反射するミラーとこのミラーで反射された情
報表示光を前記コンバイナに投射するレンズとを一体的
に連結して前記光学的情報表示手段とは別体に構成され
た上下に回動可能な投射方向調節用光学ユニットを有し
ており、さらに前記投射方向調節用光学ユニットの姿勢
を調節して情報表示光の投射方向を調節する投射方向調
節部材が設けられたことを特徴とする。
2) 作用 前述の構成を備えた本発明のヘッドアップディスプレ
イにおいては、操縦者は、前記投射方向調節部材を操作
して前記投射方向調節用光学ユニットの姿勢を調節する
ことにより、前記情報投射装置から投射される情報表示
光の投射方向を自分の目に向かわせることができる。そ
の際、前記上下に回動可能な投射方向調節用光学ユニッ
トが前記光学的情報表示手段とは別体に構成されている
ため、回動部分が小さくなっている。このように回動部
分が小さいので、回動のための構造も小型軽量にするこ
とが可能であり、回動を行うためのスペースも小さくて
済む。
また、前記情報投射装置から投射される情報表示光の
投射方向を自分の目に向かわせる際、前記光学部材のレ
ンズを固定してミラーのみを回動させて前記投射方向を
調節する場合に比較して、情報表示光の中心線の前記レ
ンズへの入射位置の位置ずれを小さくすることができ
る。その理由は次のとおりである。
すなわち、例えば、前記ミラーに入射した情報表示光
のミラーからの反射光がレンズの中心を通っている状態
において、レンズを固定した状態でミラーのみを前記情
報表示光の中心線の入射位置を中心に角度αだけ回転さ
せると、ミラーからの反射光の方向は2αだけずれる。
この場合、レンズは固定されているので、ミラーの反射
点とレンズ中心との距離をRとすれば、前記反射光のレ
ンズへの入射位置はレンズ中心からRtan2αずれること
になる。この場合、αの値はそれほど大きくはないの
で、前記反射光のレンズへの入射位置はレンズの外側に
出ることは考えられないが、中心位置からずれることは
明らかである。
ところが、前述の構成を備えた本発明では、レンズお
よびミラーが一体的に回動するので、ミラーがα回転し
た場合、レンズの中心位置はRtanαだけ移動する。ま
た、ミラーからの反射光の方向は2αずれるので、前記
レンズへの反射光の入射位置は回動前の位置に比べてRt
an2αずれる。この場合前記したようにレンズの中心位
置がRtanαだけずれているので、前記レンズへの反射光
の入射位置はレンズの中心位置からRtan2α−Rtanαだ
けずれた位置となる。前記αが小さい場合はRtan2α=2
Rαで近似でき、また、Rtanα=Rαで近似できる。す
なわち、レンズおよびミラーを一体的に回動させる本発
明は、ミラーだけを回動させる場合に比べてレンズへの
入射位置のずれを約半分にすることができる。
3) 実施例 以下、図面により本発明の一実施例を説明する。
第1図において、電車1の前端部には運転室2が設置
されている。この運転室2には、操縦者M用の座席3の
前方に計器盤4が配設されている。また、前記運転室2
の前方には電車1の車体下部5と天井6との間にコンバ
イナとしてのフロントガラスCが配設されている。この
フロントガラスCは前方に行くに従って下方に傾斜する
ように配置されている。
前記運転室2の計器盤4には光学部材Aおよび光学的
情報表示手段としてのCRT(Cathode Rey Tube、陰極線
管)表示管Dが配設されている。このCRT表示管Dの表
示面は例えば640×400ドットのピクセルに分割されてお
り、各々のピクセルの輝度をコントロールすることによ
り必要な情報が表示される。前記光学部材Aは、凹レン
ズA1、ミラーA2および凸レンズA3等から構成されてお
り、前記CRT表示管Dから出射した情報表示光Lを前記
フロントガラスCに入射させるように配置されている。
そして、前記ミラーA2および凸レンズA3は一体的に連結
されており、両部材A2,A3から投射方向調節用光学ユニ
ットUが構成されている。この投射方向調節用光学ユニ
ットUは支持部材7により回動可能に支持されるととも
に、その回動軸まわりの姿勢を調節する調節部材8によ
って姿勢が調節されるようになっている。前記調節部材
8は、位置が固定されたナット8aと、この固定ナット8a
に螺合する調節用移動ネジ8bとを有しており、この調節
用移動ネジ8bの先端部は前記投射方向調節用光学ユニッ
トUの上端部に回転自在に連結されている。そして、調
節用移動ネジ8bは回転調節されると前進し、このとき投
射方向調節用光学ユニットUは回動してその姿勢が調節
されるようになっている。前記支持部材7および調節部
材8から投射方向調節部材Bが構成されている。
そして、前記フロントガラスCは前記光学部材Aから
入射した情報表示光Lの一部を透過させるとともに残部
を前記操縦者Mに向けて反射させるように配置されてお
り、また外部の情景等から入射した外部光Jの一部を反
射するとともに残部を前記操縦者Mに向けて透過させる
ように配置されている。すなわち、この実施例のフロン
トガラスCはそれ自体がコンバイナとしての機能を備え
ている。なお、コンバイナは、フロントガラスとは別体
に構成することも可能である。
前記CRT表示管Dおよび光学部材Aから情報投射装置
Kが構成されており、また、前記コンバイナとして機能
するフロントガラスCおよび前記情報投射装置K等から
ヘッドアップディスプレイHが構成されている。
いる。
また、前記フロントガラスCは、その光透過率をx、
光反射率をy、光吸収率をzとした場合、次の条件を満
たすものが選択されている。
60%≦x≦75% z≦10% y=100−(x+z) x,y,zの値をこのような範囲に限定する理由は次のと
おりである。すなわち第2図に示すように、外部光Jお
よび情報表示光LのフロントガラスCに入射する前のそ
れぞれの輝度をBsおよびBdとし、フロントガラスC透過
後のそれぞれの輝度をBs1およびBd1とした場合、たとえ
ば、前記外部光JのフロントガラスC入射前の輝度Bsが
トンネル内または夜間の一般的に輝度0.1Ft−L(Footl
ambert、1Footlambert=0.34cd/m2)のとき前記フロン
トガラスCの光透過率xおよび光反射率yの種々の値に
対する前記輝度Bs1の値および情報表示光Lの前記輝度B
d,Bd1の視認し易い値は次の表のようになる。なお、次
の表において、Bd0は、たとえば凹レンズA1の光透過率
TA1=96%、ミラーA2の光反射率RA2=90%、凸レンズ
A3の光透過率TA3=96%である場合のCRT表示管Dの表
示面で必要な輝度である。
ところで、夜間の地上または地下トンネルを走行中の
車両が駅校内に進入したときには、外部光Jの輝度が上
がるので、そのときには情報表示光Lの輝度を3倍程度
上げる必要が生じる。その場合、フロントガラスCに入
射する情報表示光Lの輝度を50FT−L以上にすることは
困難である。このため、前記表において、x≧80の範囲
では駅校内において前記Bd>50(FT−L)となり、汎用
ディスプレイでは対応が難しく、実用的ではない。ま
た、x<55の範囲では外部の情景が暗くなって外部光の
視認が困難になる。これらの理由からxの範囲は前述の
60≦x≦75の範囲に定めるのが好ましい。また、zの範
囲はz>10となるとフロントガラスCを通過する光の吸
収量が多くなってしまって、外部光Jおよび情報表示光
Lが暗くなってしまう。このため、zの範囲は前述のz
≦10の範囲に定めるのが好ましい。
なお、前記CRT表示管Dの代わりに、液晶ディスプレ
イ、ブラズマディスプレイまたは発光ダイオードディス
プレイ等のフラットな光学的情報表示手段を採用するこ
とも可能である。
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用につ
いて説明する。
第1図中左側に在る外界からフロントガラスCに向っ
て進んで来た光線Jは、一部はフロントガラスCで外界
に反射し、残部はそのままフロントガラスCを透過して
直進し、操縦者Mの眼に至る。これにより操縦者Mは外
界の情景をそのまま視認することができる。一方、前記
情報投射装置KのCRT表示管Dから出射した情報表示光
Lはレンズ系Aを透過してフロントガラスCに入射す
る。そして、フロントガラスCに入射した情報表示光L
は、一部はフロントガラスCを透過して外界に出射され
るが、残部は反射して操縦者Mに向かう。その際、前記
情報表示光Lが操縦者の眼よりも高い位置または低い位
置に向かう場合には、操縦者は、前記調節用移動ネジ8b
を回転調節して前記投射方向調節用光学ユニットUの前
記支持部材7回りの姿勢を調節する。そして、前記情報
表示光Lが操縦者Mの目の方向に向かうようにする。こ
れにより操縦者Mは情報表示光Lを視認することができ
る。
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記
実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記
載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行
うことが可能である。
例えば、前記投射方向調節用光学ユニットUを回動調
節する手段は、手動で作動させる構成とする代わりに、
電動モータを用いて作動させる構成とすることも可能で
ある。
C.発明の効果 前述の本発明のヘッドアップディスプレイは、情報が
表示される表示面から出射した情報表示光を所定の方向
に投射する光学部材が、前記表示面から出射した情報表
示光を所定方向に反射するミラーとこのミラーで反射さ
れた情報表示光を前記コンバイナに投射するレンズとを
一体的に連結して構成された投射方向調節用光学ユニッ
トを有しており、さらに前記投射方向調節用光学ユニッ
トの姿勢を調節して情報表示光の投射方向を調節する投
射方向調節部材が設けられている。したがって、操縦者
は、前記投射方向調節部材を操作して前記投射方向調節
用光学ユニットの姿勢を調節することにより、前記情報
投射装置から投射される情報表示光の投射方向を自分の
目に向かわせることができる。また、前記投射方向調節
用光学ユニットのミラーとレンズとが一体的に回動する
ので、表示面から出射する情報表示光の中心線が前記ミ
ラーのみを回動させる場合に比較して常に前記投射方向
調節用光学ユニットのレンズの中心に近い部を通るよう
にすることができる。このため、前記ミラーのみを回動
させる場合に比較して常に前記レンズの中心に近い部分
を通過する情報表示光を視認することができるので、収
差の少ない良質の画像を視認することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のヘッドアップディスプレイの一実施
例が鉄道車両に設置された状態を示す図、第2図は同実
施例の詳細説明図、である。 A……光学部材、C……フロントガラス(コンバイ
ナ)、D……光学的情報表示手段(CRT)、H……ヘッ
ドアップディスプレイ、J……外部光、K……情報投射
装置、L……情報表示光、M……操縦者、U……投射方
向調節用光学ユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 茂伸 愛知県名古屋市熱田区三本松町1番1号 日本車輌製造株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−90445(JP,A) 特開 昭62−137236(JP,A) 特開 昭60−192912(JP,A) 実開 昭63−133417(JP,U) 実開 昭62−196735(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】情報が表示される表示面を有する光学的情
    報表示手段と前記表示面から出射した情報表示光を所定
    の方向に投射する光学部材とを備えた情報投射装置と、 操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の景色を
    操縦者が視認できるように前記外界からの光線を前方か
    ら後方に透過させるとともに、前記情報投射装置から投
    射された情報表示光を操縦者が視認できる方向に反射ま
    たは回折するコンバイナと、 を備えた陸上乗物用のヘッドアップディスプレイにおい
    て、 前記光学部材は前記表示面から出射した情報表示光を所
    定方向に反射するミラーとこのミラーで反射された情報
    表示光を前記コンバイナに投射するレンズとを一体的に
    連結して前記光学的情報表示手段とは別体に構成された
    上下に回動可能な投射方向調節用光学ユニットを有して
    おり、さらに前記投射方向調節用光学ユニットの姿勢を
    調節して情報表示光の投射方向を調節する投射方向調節
    部材が設けられたことを特徴とするヘッドアップディス
    プレイ。
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DE102009024192A1 (de) 2008-06-09 2009-12-10 Yazaki Corp. System für eine in Augenhöhe projizierte Anzeige

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