JP2693756B2 - フロントガラスを有する乗り物に組み込まれた“ヘッドアップタイプ”の表示装置 - Google Patents

フロントガラスを有する乗り物に組み込まれた“ヘッドアップタイプ”の表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はフロントガラスを有する乗り物に組み込まれ
た“ヘッドアップ”タイプの表示装置に係わり、より詳
細には、光信号又は光情報をフロントガラスの視覚内に
表示するための反射装置を備えた“ヘッドアップ”タイ
プの表示装置に係わる。前記光情報は運転者がその視野
に合わせて知覚できるため、交通状態の監視を妨げるこ
とがない。 〔従来の技術〕 この種の“ヘッドアップ”タイプの表示装置を組み込
んだフロントガラスを用いれば、運転者は目前の交通状
況の監視から目を離さなくても重要な情報又は警報の信
号を知覚することができる。この場合、信号又は光情報
を伝達する光学素子は通常計器板内に設置される。この
ような公知のタイプの“ヘッドアップ”タイプの表示装
置を備えたフロントガラスの場合は、前記反射装置が半
透明の薄い金属層からなる。この層はその領域内でさえ
も、必要な透明度による視覚が得られるように十分な透
過率を有していなければならない。 〔発明が解決しようとする課題〕 光信号又は光情報は、前述の如き半透明層のみによっ
て反射するのではなく、ガラス−空気間又はガラス−プ
ラスチック材料間の界面によっても反射する。これらの
望ましくない反射は観察を妨害する二重像の形成を誘起
する。観察妨害は一次反射光が比較的弱く、且つ極めて
多様な方向で計器板にぶつかる寄生光も反射して妨害バ
ックグラウンドを形成するため余計顕著になる。妨害バ
ックグラウンドでは比較的弱い有効信号はぼんやりとし
か識別されない。 これらの望ましくない二重像を除去するには、信号発
生器から送出される光線の入射角がブルースター（Brew
ster）角度とほぼ同じになるように幾何学的配置を選択
し、且つ観察されるべき像の光線の軌道上に偏光フィル
タを配置してガラス表面で反射した望ましくない光線を
除去する方法が知られている（ドイツ国特許第2450704
号）。この公知の構成法では妨害作用を持つ二重像の形
成は確かに回避されるが、それで総ての欠点が解消され
るというわけではない。この公知技術の欠点の１つとし
て、投射角が予め決定されているためフロントガラス及
び／又は射影装置の幾何学的配置が決められてしまうと
いう問題がある。別の欠点は前述の半透明層が、外側で
は、特に太陽光が当たった場合に反射性の強い鏡面の性
質を示し、人の目をくらませるという望ましくない現象
を生起し得ることにある。更に、鏡で反射した信号の像
は必然的に鏡面の面積に依存することになる。また、フ
ロントガラスは通常平面ではなく、凸型または中高に湾
曲しているため、鏡上の像がこの湾曲に対応して変形し
た状態で再生される。しかしながら特に重要な欠点は、
半透明層に必要な透明性に起因して、この層に当てられ
た光のうち比較的小さい部分が反射するにすぎず、その
ためフロントガラスに現われる信号が周囲の明るさに応
じて比較的弱いという点にある。 本発明の目的の１つは、その視界内に反射装置を有す
る“ヘッドアップ”タイプの表示装置を、寄生光の反射
が回避されて有効信号がより強く反射されるように構成
することにある。 本発明ではこの目的を達成すべく、反射装置を鏡の特
性を有するホログラムで構成する。 〔課題を解決するための手段〕 本発明によれば、フロントガラス有する乗り物に組み
込まれた“ヘッドアップ”タイプの表示装置であって、
該装置は前記フロントガラスにより支持され、前記フロ
ントガラスの形状に一致するホログラムを有しており、
前記ホログラムは鏡として作用して視覚情報媒体から出
射される信号を運転者の視野に出現させ、ホログラムは
視覚情報媒体の一つからそれが来る所定の一つまたは複
数の波長のみを反射する表示装置において、 −フロントガラスは自動車のフロントガラスであり、 −フロントガラスは凸型であり、従ってフロントガラス
により支持されるホログラムは同一の凸型形状を有し、 −ホログラムはホログラフィ技術によって形成される平
面鏡表面の像を呈し、前記平面鏡の表面がフロントガラ
ス自体の傾斜とは異なる傾斜を有することを特徴とする
“ヘッドアップ”タイプの表示装置が提供される。 即ち本発明の“ヘッドアップ”タイプの表示装置では
半反射性上塗りに代えて、鏡の役割を果たすホログラム
を含む層を使用する。反射ホログラムを含むこの層は積
層ガラスの２つのケイ酸塩ガラス層の間か、又はフロン
トガラスの内側表面に配置し得る。後者の場合は前記ホ
ログラム層を適切な保護層で被覆すると有利である。 本発明によれば、ガラス表面での反射に起因する二重
像を簡単に回避することができ、またフロントガラスの
湾曲にかかわらず光信号及び情報は光学的収差の全くな
い反射像を形成せしめ、寄生光の反射が回避されて有効
信号がより強く反射されるようになる。 本発明の有利な実施例の１つでは、平面鏡の役割を果
たす体積ホログラムをフロントガラスの形状に合わせて
湾曲した支持層の上に配置する。 本発明の別の有利な実施例では反射ホログラムをフロ
ントガラス内に形成して使用する。このホログラムの場
合は、ホログラフィ技術によって形成される平面鏡の表
面が空間においてフロントガラス自体の傾斜とは異なる
傾斜を有する。そのため、自動車の幾何学的条件及びフ
ロントガラスの所定の傾斜とは無関係に、反射ホログラ
ムを反射面が最適傾斜を有するように配置できる。 反射ホログラムはまた、本発明の目的に使用した時に
他の利点も得られるように、所望の特性を与えるべく形
成される。反射ホログラムは選択した波長しか反射しな
いように形成され、このようなホログラムでは、適切な
波長の投射光信号の場合にはこれら光信号の80％以上が
観察角度で反射され、それ以外の波長に対してはより大
きい透明性が示される。これと同時に寄生反射が減少す
れば、光情報の反射に関する効率は大幅に向上する。 反射ホログラムはまた、運転者の視野内に反射した光
信号及び情報がホログラム自体によって自動車の前方で
より遠くに明確に存在するように形成することもでき
る。このようにすれば運転者の前方に位置する車道の像
が光信号と組合わされて無限遠に出現し、従って運転者
の眼は交通状態と光信号とを同時に捉えることになる。 ホログラム内の反射表面を表示する場合には、秩序あ
る格子構造の表示により製造過程中に適切な照明法に従
って仮想鏡を形成する。このような格子構造を有するホ
ログラムも体積ホログラムと称する。このタイプの体積
ホログラムは表面ホログラムと異なり、各表示反射面毎
に最適反射角を最適反射色と共に有する。この反射角及
び反射色は照明及び製造法によって制御し得る。 本発明に従ってフロントガラスに反射ホログラムを載
置する場合は、投射角、観察角度及び波長を正確に選択
しなければならない。これら３つの条件が同時に満たさ
れないと、観察者は信号又は情報を見ることができな
い。 以上説明してきた本発明の実施態様では反射ホログラ
ムが平面鏡表面の像であり、フロントガラスの外側に発
生又は配置された信号が前記表面で反射するようになっ
ていたが、別の実施態様として本発明はホログラム自体
の中に光の所定波長を反射する信号又は信号の虚像が存
在し、且つ前記波長を好ましくは単色光で照明した時に
この光が反射してその結果運転者に見えるようになるよ
うに実施することもできる。この実施態様を実施するた
めの方法の１つとして、複数の反射ホログラムを種々の
信号又は記号と共にフロントガラス内に配置し、これら
のホログラムがその都度別の波長を反射するか、又は互
いに異なる反射角を有するようにしてもよい。種々の波
長を有する単色光をその都度１つの信号のホログラムに
合わせながらホログラムを照明するか、又は種々の投射
角で照明すれば、前記種々の信号のうち特定のものを選
択的に照明することができる。この種の構成は例えば交
通関係の警報信号又は記号をフロントガラスに表示する
場合に適している。 本発明の他の特徴及び利点は「特許請求の範囲」と、
添付図面に基づく以下の非限定的具体例の説明とから明
らかにされよう。 〔実施例〕 第１図のフロントガラス１は単層ガラス板として示さ
れているが、フロントガラスは本質的に如何なる構造を
有していてもよく、且つ安全ガラスに必要な特性を示さ
なければならない。このフロントガラスはゴム製周縁窓
枠２を介して自動車の車体３に固定されている。フロン
トガラス１の下方には計器板４が位置し、この計器板の
中に光信号発生器が、載置されている。この発生器は、
そこから送出される光線Ｌが反射ホログラム６によって
反射し、且つ反射した光線Ｒが運転者の眼８によって知
覚されるように配置される。反射ホログラム６内に形成
された鏡面は空間においてフロントガラスとは異なる傾
斜を有する。そのため反射ホログラムの反射角αはフロ
ントガラスの表面によって得られる反射角βより大き
く、従ってフロントガラスの表面で反射した信号の光線
Ｒ′は運転者の眼８には届かない。従って運転者が望ま
しくない二重像を知覚することはない。 運転者の視界内に反射する光情報信号は極めて多様な
信号または情報を含み得る。例えば特定の状況に出現す
る警報信号などが含まれ得る。これらの警報信号は電気
発光ダイオード、又は光源から光を当てられる透明な情
報媒体、例えばジアポジチブ（透明陽画）によって形成
され得る。光情報はまた、液晶表示又は電気発光ダイオ
ードマトリクスによって表示される種々の可変値、例え
ば自動車の速度、先行車との間の距離、又は自動車の走
行状態に関する値等を含み得る。 第１図の具体例では射影されるべき警報信号か光源に
よって透過的に照明されるジアポジチブの形態で存在す
る。ジアポジチブ９の前には直径の大きいレンズ11が具
備され、ジアポジチブ９はこのレンズ11の焦点の近傍に
配置される。この具体例では透過的に照明されるジアポ
ジチブ９に代えて、上方から照明される図柄、又は電気
発光ダイオードもしくは液晶技術によりデジタル形もし
くはアナログ形に形成し得る自己発光表示を使用し得
る。前記情報はレンズ11の拡大作用によりそれに応じて
拡大された大きさで運転者の眼に捉えられる。レンズ11
の前には透明な保護ディスク12が具備される。この光学
装置はレンズ11の調節によって、信号が運転者により所
望の有限距離又は無限で知覚されるように調整できる。 前述の場合には反射ホログラム６は簡単な鏡の役割を
果たすだけであるが、ホログラフム６はそれ自体が射影
信号の無限の焦点合わせを行なうように配置することも
できる。この場合は像再生用レンズ11を具備する必要は
ない。 反射ホログラム６を含む層は第２図のように、積層安
全ガラスの２つのケイ酸塩ガラス板16,17を接合するた
めの２つの熱可塑性接着層14,15の間に配置すると有利
である。ただし、反射ホログラム６は変形例として第３
図に示したように、操縦室に面するガラス板19の表面に
配置してもよい。このガラス板は積層安全ガラスを構成
すべく熱可塑性材料からなる中間層20を介して第２のガ
ラス板18に接合される。ホログラフム６は透明保護膜21
で被覆する。 反射ホログラムの製造には、ホログラフムの支持体と
して重クロム酸アンモニウムで増感処理した層を使用す
るのが有利な公知の方法を用いた。この公知のホログラ
フム製法の概要については例えば“Topics in Applied
Physics"誌、第20巻（1977年）を参照されたい。 反射ホログラムの所望の特性は、適切な手段によって
ホログラフム記録時に得ることができる。例えば或る反
射表面の特徴は適切なレーザ装置を用いて表面の鏡をホ
ログラフイ処理することにより得られる。この場合は前
記ゼラチン層中に形成される回折格子が選択的鏡として
機能し、所定投射角で投射が行なわれると、光の所望波
長をほぼ100％反射する。一方、別の角度で到着する選
択波長の光に対してはホログラムは完全な透明性を示
す。 平面鏡の特性を有する反射ホログラムを凸形フロント
ガラス用に製造しなければならない場合には、例えば、
平面鏡をホログラフィ技術によって形成する時に感光層
支持基板を湾曲させて、ホログラフムを含む層の曲率半
径をフロントガラスの曲率半径に合わせるようにし得
る。そのためには例えば、重クロム酸塩ゼラチンで被覆
した透明膜をフロントガラスの湾曲に合わせて湾曲させ
た２つのガラス板の間に配置し、これらガラス板を互い
に押し付ける。このような変形状態では平面鏡の像をレ
ーザ照明装置によって形成する。 前述の如く反射ホログラムは鏡の特性以外に、一種の
濾波特性を有し得る。即ち、ホログラム形成操作によっ
て確立し得る所定波長をほぼ完全に反射する一方で、そ
の他の波長に対しては極めて透明であるという性質を示
す。この性質は、信号発生器の色を最適反射波長に合わ
せれば、信号知覚性の向上に利用できる。 第４図及び第５図に示した２つの具体例では、ホログ
ラムはフロントガラスの外側に位置する信号を鏡のよう
に反射するのではなく、ホログラム自体が選択的に照明
される複数の記号の虚像を含む。 第４図のフロントガラスでも、ホログラム24は２つの
ケイ酸塩ガラス16,17を互いに接合させる積層ガラスの
２つの熱可塑性接着層14,15の間に配置されている。ホ
ログラム24内には種々の記号の虚像が存在し、これらの
信号は複数の異なる反射角γ1,γ２及びγ３によって互
いに区別される。これらの記号は例えば、自動車で種々
の作動状態又は危険を表示するのに通常使用されるよう
な絵文字で構成し得る。記号は正確な角度で照明されれ
ば所定の観察角度で運転者に知覚される。この具体例で
は電気発光ダイオード25に電圧を印加すると反射角γ１
に対応するホログラムの記号が表示される。電気発光ダ
イオード26に電圧を印加すればホログラム24の別の記
号、特にγ２に等しい最適反射角の記号が照明され、電
気発光ダイオード27に電圧を印加すると反射角γ３に対
応する記号が照明される。所望の記号を照明角度の変化
によって照明することもできる。光源の色はこの場合は
最適反射波長に合わせて調整される。このようにすれば
選択角度を限定し、他の記号をより大きく減衰させるこ
とができる。記号を選択するには光源を回動させるか、
又は第４図のように一連の電気発光ダイオードを互いに
異なる角度で固定して選択的に照明するようにしてよ
い。 第５図の具体例でもホログラム28は選択的に照明され
る種々の虚像の記号を含む。この具体例のホログラム28
は複数の層を有し、これらの層中に複数のホログラムが
積重して配置される。これらのホログラムは異なる波長
を反射するが、反射角は総ての記号に関して同一であ
る。従ってホログラムの照明は、電気発光ダイオード29
を介して同一入射角で行なわれる。この場合は所望記号
の選択が対応波長の選択によって実施される。対応波長
の選択は、電気発光ダイオード29の前に配置された色フ
ィルタ30を二重矢印Ｆ方向に移動させることによって行
ない得る。色フィルタ30は互いに並列された３つの異な
る濾波ゾーン30′,30″及び30を有し、これら濾波ゾ
ーンの色がその都度対応ホログラムと合致する。 この具体例ではホログラフィ鏡が運転者の眼の前、フ
ロントガラスの中央部に配置される。その結果いずれの
場合にもホログラム領域内の透明性が或る程度低下する
ため、ホログラフィ鏡を、従って表示領域を交通状態の
監視に直接使用されないフロントガラス下方部に配置す
ると有利である。
【図面の簡単な説明】 第１図は光信号をフロントガラスに投射する装置と共に
載置された本発明のヘッドアップタイプの表示装置を組
み込んだフロントガラスの簡略断面図、第２図は積層ガ
ラスの２つのガラス層の間に配置された反射ホログラム
を含む本発明のヘッドアップタイプの表示装置を組み込
んだ積層安全ガラス製フロントガラスの説明図、第３図
は操縦室に面したガラス表面上に配置された反射ホログ
ラムを含む本発明のヘッドアップタイプの表示装置を組
み込んだ積層安全ガラス製フロントガラスの説明図、第
４図は種々の記号を含み、照明角度の変化によって個々
の記号が選択的に照明されるような多重ホログラムを備
えた本発明のヘッドアップタイプの表示装置を組み込ん
だフロントガラスの説明図、第５図は種々の記号を含
み、照明光線の色を選択することによって個々の記号が
選択的に照明されるような多重ホログラムを備えた本発
明のヘッドアップタイプの表示装置を組み込んだフロン
トガラスの説明図である。 １……フロントガラス、２……窓枠、、３……車体、４
……計器板、6,24,28……ホログラム、９……ジアポジ
チブ、11……レンズ、12……保護膜、14,15,20……接着
層、16,17,18,19……ガラス板、21……保護層、25,26,2
7,29……電気発光ダイオード、30……色フィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マンフレート−アンドレアス・ベーク ドイツ連邦共和国、デー−3170・ギフホ ーン、デイステルヴエーク・９ (72)発明者 ゲルト・ザウアー ドイツ連邦共和国、デー−5190・シユト ルベルク・フエンヴエーゲン、ハインリ ツヒ‐ハマツヒアー・ヴエーク・11 (72)発明者 ミヒヤエル・ハシーペン ドイツ連邦共和国、デー−5100・アーヘ ン、ユンカーシユトラーセ・30 (72)発明者 デトレフ・レーベンシユトルフ ドイツ連邦共和国、デー−5100・アーヘ ン、モーツアルトシユトラーセ・27 (56)参考文献 特開 昭60−154226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−5288（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−178437（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−32655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−95855（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−180522（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−7428（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−169713（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−99713（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4315665（ＵＳ，Ａ)

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．フロントガラス（１）を有する乗り物に組み込まれ
    た“ヘッドアップ”タイプの表示装置であって、該装置
    は前記フロントガラスにより支持され、前記フロントガ
    ラスの形状に一致するホログラム（６、24、28）を有し
    ており、前記ホログラムは鏡として作用して視覚情報媒
    体から出射される信号を運転者の視野に出現させ、ホロ
    グラムは視覚情報媒体の一つからそれぞれが来る所定の
    一つまたは複数の波長のみを反射する表示装置におい
    て、 −フロントガラスは自動車のフロントガラスであり、 −フロントガラスは凸型であり、従ってフロントガラス
    により支持されるホログラムは同一の凸型形状を有し、 −ホログラムはホログラフィ技術によって形成される平
    面鏡表面の像を呈し、前記平面鏡の表面がフロントガラ
    ス自体の傾斜とは異なる傾斜を有することを特徴とする
    “ヘッドアップ”タイプの表示装置。 ２．ホログラムは更に、ホログラム（６、24、28）中に
    書き込まれた一つまたは複数の像を有する特許請求の範
    囲第１項に記載の“ヘッドアップ”タイプの表示装置。 ３．ホログラム（28）は、前記書き込まれた像がそれぞ
    れ異なる波長に照らされると出現するように構成されて
    いる体積ホログラムである特許請求の範囲第２項に記載
    の“ヘッドアップ”タイプの表示装置。 ４．ホログラム（28）は、前記書き込まれた像がそれぞ
    れ異なる入射角（γ１、γ２、γ３）で照らされると出
    現するように構成されている体積ホログラムであること
    を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の“ヘッドア
    ップ”タイプの表示装置。 ５．ホログラム（６、24、28）は、射影用光学装置（1
    1）を介して焦点合わせされる像を形成する光線を反射
    するように構成されている特許請求の範囲第１項から第
    ４項のいずれか一項に記載の“ヘッドアップ”タイプの
    表示装置。 ６．焦点合わせは所望の有限距離で行われる特許請求の
    範囲第５項に記載の“ヘッドアップ”タイプの表示装
    置。
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