JPH02294615A - 車両用の表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両等に搭載されるヘソドアノプディスプ
レイ　（以下ＨＵＤと略称する）に関する。

〔従来の技術〕

従来の車両用表示装置としては、例えば第２図（ａｌ・
（ｂｌに示すようなものがある。すなわち光源３０から
ウィンドシールド３１に、運転情報としての表示光を投
射、ウィンドシールド３ｌで反射された表示光３３、３
２が運転者の目３４に到り、運転者に視認されるもので
ある。

またウィンドシールド３１の中間膜などに偏光板を設け
るものも提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の車両用表示装置は前者
にあっては、表示光が車室内硝子面で反射と、車室外硝
子面の反射の２つの反射面を有する構成となっていたた
め、表示像は表示光３３によるものと表示光３２による
ものが２重写しにムリ、特に細微な表示パターンをディ
スプレイする場合や、前景が暗い夜間時等２重像が顕著
となり表示品質を著しく低下させる。

２重像を低減するため表示像の輝度を極めて微妙に制御
する必要があり、外部照度や個人の好み、前景の輝度等
をパラメータとした複雑な制御回路を必要とするという
問題点があり、後者にあっては、偏光板を介在させるた
め透過率が７０％を下まわり、ＪＩＳやＡＮＳＩの規格
を満足せず安全確保ができないという問題点があった。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、ボリマー樹脂シートに存在する複屈折性と、
前窓硝子に対するブリュ−スタ角を利用し、車室外硝子
面での反射を原理的に零にすることにより、上記問題点
を解決することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は表示光を運転者の目の方向にフロントガラスで
反射させることにより表示光を前方視野に結像させて運
転者に視認させる車両用表示装置において、前記表示光
をフし】ントガ→ス面に対してブリュスタ角近傍の角度
で入射されるよう配置された表示手段と、該表示手段と
フロントガラス間の表示光路上に配設され−，運転者に
視認されるときの表示手段からフロントガラスへの表示
光の進行方向及びフロンｌ・ガラスで反射されて運転者
の目に到達するときの表示光の進行方向により形成され
る面に対して垂直方向の偏向成分のみを通過させるＳ偏
向手段と、前記表示光の反射する部分となるフロントガ
ラスの中又は車室内側面に複屈折性を有する透明フィル
ムを設けると共に、該フィルムは前記表示光の進行方向
及びＳ偏向手段を通過する表示光の偏向方向により形成
される面と、前記表示光の進行方向及び該フィルムの光
学軸により形成される面とが成す角が４５＃　となるよ
う配設されている事を特徴とする。

〔作用〕

以下、この発明の作用を図面に基づいて説明する。第３
図は、この発明の作用を説明するための原理を示す図で
ある。

まず構成を説明すると、１は光源、すなわち表示手段、
２、３は例えばグラントムソンプリズムによる偏光子と
検光子である。４は光検出器、５はＰＥＴフィルム（ポ
リエチレンテレフタレート）などの複屈折性を有する透
明フィルムである。ＰＥＴには、製造工程でできる引っ
ぱり方向によりボリマーの配向が規定され、その配向の
程度は引っぱりの強さや温度に依存するが一般的に複屈
折性を示す。６は光線の通る径路（光軸）、７、８は光
線の偏光方向（電界ベクトルＥの方向）でそれぞれＰ波
、Ｓ波である。９はＰＥＴに対する光線の入射角である
。

？、２と３はＰＥＴに対してＰ波人射、Ｐ波検波をＰ／
Ｐ等と記すとすると、入射／検波の偶先の組合せはＰ／
Ｐ，　Ｐ／Ｓ，　Ｓ／Ｐ，　Ｓ／Ｓの４ｉ類存在する。

θを横軸に、縦軸に透過光強度をとり、Ｐ／Ｐ、Ｐ／Ｓ
の場合について示すと第４図の如くなる。

なお、Ｓ／Ｓ，　Ｓ／ＰはＰ／Ｐ，　Ｐ／Ｓとそれぞれ
同様であるので省略した。この結果から、Ｐ波入力に対
してある角度θ。で偏光方向が変化し、Ｓ波出力を得る
ことが分る。但し、ＰＥＴの主平面を紙面のなす角は４
５“としてある。θ０は、前述の如く、製造工程、フィ
ルムの厚さ、添加剤等によって決定するが、２０゜〜５
０゛の近傍にある。

第５図は透明板である板ガラス１０にＳ波、Ｐ波を含む
自然光線１１を周知のブリュースタ角θ８（Ｂｒｅ賀ｓ
ｔｅｒ　Ａｎｇｌｅ）で入射させたときの反射光と屈折
光の状況を示している。

１２〜ｌ７は板ガラスの表裏面でそれぞれ反射、或いは
透過する光線である。

■■■はＳ波のみ、１３、１４はＳ，Ｐ混合、１５、１
６はＳ波のみ、１７はＳ波のみである。

板ガラスの表面や裏面の反射は、θＢ　（ｏｒθ’Ｂ）
での反射なので、Ｐ波成分が零となる。

ここで、後述する実施例（第１図）に示すように、Ｓ偏
光手段を表示手段とフロントガラス間の表示光路上に配
設し、フロントガラス（合わせガラス）の２枚の板ガラ
スの間（中間膜と一方の板ガラスとの間、２枚の中間膜
の間）、あるいは車内側板ガラス表面にＳ偏光波をＰ偏
光波に変換するＰＥＴなどの複屈折性を有する透明フィ
ルムを配設すると、入射光線２６はＳ波となり、一方は
光線２７として反射されるが、他方２８として入射した
光線はボリマーフィルムでＰ波に変換されるので、遇過
光は２８”として板ガラスから出ていくが、複屈折性を
有する透明フィルムを透過した光は車外側ガラス非合わ
せ側表面では反射されず、光線２７のみが運転者の目２
９に到る。

〔実施例〕

以下、自動車の要部概略図を示す第１図を参照しながら
本発明を説明する。

２枚の板ガラス２１、２１゛をボリビニールブチラール
などの中間ｌ！ａ２２で接着した合わせガラスをフロン
トガラスとして装着した例であり、透明で複屈折性を有
するポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）などの透明
フィムル２３を中間膜２２と車外側板ガラスの間に介装
して合わせ処理をしたものである。

２４は表示光をフロントガラス面に対してブリュスタ角
近傍で入射するように配置した蛍光表示管等の表示手段
、２５はこの表示手段２４とフロントガラス間の表示光
路上に配設したＳ偏光手段で表示手段に内蔵させてもよ
い。

このような車両用表示装置において、表示手段２４から
Ｓ波、Ｐ波を含む運転情報等の表示光を出射すると、Ｓ
偏光手段２５によりＳ偏光された光２６が車内側板ガラ
ス２１゛に到る。この表面で反射された光２７はＳ波と
して運転者の目２９に到る． 一方、フロントガラス内にＳ波として入射された光２８
は透明フィルム２３により、Ｐ波に変換された光は作用
の項で説明したように、透過光２８″としてＰ波は出る
が、車外側板ガラスの非合せ面で反射することはない。

従って運転者の目２９には表示像が二重に見えることな
く、良好に視認することができる。この場合、Ｓ偏光手
段２５の挿入により、運転者の目に到る表示光の光量が
半減するかのような印象を与えるが、もともと、Ｓ波の
みが視認されるものであるから、表示像が暗くなること
はない。

以上、好通な実施例により説明したが、本発明はこれら
に限定されるものではなく、種々の応用が可能である。

ブリュスタ角θ，、ボリマーフィルムの入射角θ。の決
定について θ，・ｔａｎ−’ｎ　（ｎは硝子の空気に対する屈折率
）よく知られているように、ブリュスタ角は上式で決定
される。ｎ・１．５を代入するとθ．＝５６．３゜とな
る。

現在の車両レイアウト、窓ガラスの傾斜からすると、プ
ロジェクタをインストバッド上面に装着すると、略５０
〜６０゜程度になる。

さらに、フレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）の式から判るよう
に反射率の曲線はθ・θ，の近傍のかなり広い領域で反
射率＝零を満足することを考え合せれば、容易にθζθ
、の表示プロジエクタを実現することができる。

θ０はＰＥＴ等ボリマーフィルムの製法に依存するが、
合せガラスの内に挿入されたＰＥＴの周辺は殆ど屈折率
＃１．５のインテノクス゛７ソチングが施された状況と
考えて良い。

θ＝θ．で入射した光線は、ＰＥＴにはθ・Ｓｉｎ−’
ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｎ射する。従っ
てθ。は３３．７゜で設定する必要がある。

さらに、詳しく複屈折性を有する透明フィルムに必要な
条件を第７図、第８図により説明する。

第７図は、Ｓ偏光成分のみの表示光がボリマーフィルム
によってＰ偏光成分に偏光が変わる様子を示している。

ここでは、簡単のため、透明フィルム４０は一軸性であ
り、光学軸方向の屈折率がｎい光学軸に垂直な方向の屈
折率がｎい厚さがｄであるとする。

表示光４１の偏光はＳ偏光で、紙面に垂直であるとし、
透明フィルム４０に入射角θで入射する。

第８図は、透明フィルムの屈折率楕円体と表示光の関係
を、第９図は表示光に垂直な平面による屈折率楕円体の
断面と表示光の電界ベクトルを示している。４３は透明
フィルムの屈折率楕円体、４４は表示光に垂直な平面で
屈折率楕円体４３を切断した楕円断面、４５は透明フィ
ルムの光学軸、４６は断面４４の主軸のうち主平面に垂
直な主軸、４７は主平面に平行な主軸、４８は表示光４
１の電界ベクトルＥである。また、４９、５０はそれぞ
れ、電界ベクトル４８の主軸４６に平行な成分Ｅい主軸
４７に平行な成分Ｅ２である。またψは電界ベクトル４
８と主軸４７のなす角、ψ゛は電界ベクトル４８と光学
軸４５のなす角、φは表示光の進行方向と光学軸４５の
なす角である。

断面４４は各方向の屈折率を表わし、主軸４６方向の屈
折率を０１、主軸４７方向の屈折率をｎ２とすると ｎ＋＝ｎｏ　　　　　　　　　　　　　　　　（１１ｎ
ｚ＝＜ｃｏｓ”φ／　ｎ　ｏ”＋ｓｉｎ”φ／ｎ．ｚ）
−””　　ｆ２）で表される。

さて、表示光の電界ベクトルＥ，Ｅｌ，Ｅ．の大きさを
それぞれＥＳＥＩ，Ｅｘとすると、Ｅ　＝Ａ　ｃｏｓω
ｔ　　　　　　　　　　　　　（３）Ｅ，＝Ａ，ｃｏｓ
ω【（４》 Ｅ　ｚ＝　Ａ　ｚｃｏｓωｔ（５） となる。ただし、ＡＳＡ．、Ａ２はそれぞれＥ、Ｅ．，
Ｅ．の振幅、ωは角周波数、Ａ．＝Ａｓｉｎψ、Ａ　．
＝　Ａ　ｃｏｓψである。次にボリマフィルム４０を通
過した後の電界ベクトルＥ，、Ｅ２の大きさをＥｌ’、
Ｂ　，　＋とする。ＥＩは速度ｃ／ｎ＋（ｃは光速）で
：透明フィルム４０を距離ｄ／ｃｏｓθだけ通過するか
ら、通過時間はｎ　，　ｄ　／ｃ−ｃｏｓθとなる。し
だがつて・ Ｅ＋’＝ＡＩｃｏｓω（ｔ−ｒｘｄ／ｃ−ｃｏｓθ）＝
　Ａ　＋ｃｏｓ（ωｔ−２　ｔｔ　ｎ，ｄ／λ’　ｃｏ
ｓθ）（６）となり、同様に Ｅｚ’＝Ａ．ｃｏｓ（ωｔ−２πｎｚｄ／λ・ｃｏｓθ
）（７）となる。ここでλは表示光の波長である。Ｅｌ
’とＥ！′の位相差ψとすると、 ψ＝２ｔｔ　ｌ　ｎ，　−ｎｚ　ｌ　・ｄ／λ’　ｃｏ
ｓθ　　　（８）である。一般に、Ｅｌ’とＥ２”は同
相であいため、表示光４２は楕円偏光となる。しかし、
ψがπの奇数倍のとき、表示光（４２）は直線偏光とな
り、しかも、偏光方向は入射時の表示光４１のそれに比
べ２ψだけ回転する。

以上述べたことより、Ｓ偏光の表示光４Ｉを透明フィム
ル４０通過後、Ｐ偏光の表示光４２とするには以下のよ
うにすればよい。

位相のずれによる光の施光を利用してＳ波（Ｐ波）をＰ
波（Ｓ波）に変更するためには、ψ・４５゜で入射させ
る必要があるので、まず、所定の入射角θに対して、ψ
・４５゜となるようにボリマーフィルム４０を設ける必
要がある。そのためには、ψ゛が次式を満たせばよい。

ｔａｎψ＝　ｔａｎψゝ’　ｃｏｓθ　　　　　　　　
　（９）（９）式よりψ゜が定まるので、ψは次式で与
えられる． ｃｏｓ　ｄｒ　＝ｓｉｎψ’・ｓｉｎθ　　　　　　　
　　（１０）次に表示光４２の偏光がＰ偏光となるには
、透明フィルム４０の２つの屈折率ｎ。，　ｎｉｌが次
式を満たす必要がある。

ｎｚ＝（ｃｏｓ”φ　ｎ，”＋ｓｉｎ”φ／ｎ．”）−
””　　　　　Ｑ３１このような条件を満足させる透明
で複屈折性を有する透明フィルムはＰＥＴ以外にもＰＶ
Ａ（ポリビニルアルコール）、ポリエステル膜、ナイロ
ン膜等のボリマーフィルム、水晶、雲母などの結晶によ
り形成した透明フィルム、液晶を利用した透明フィルム
などが挙げられるが、フロントガラスに設けることを考
慮するとボリマーフィルムあるいは雲母を用いた方がよ
い．しかし、透明フィルムはθ。を容易にコントロール
しにくい場合が多《、θ。が比較的大きな（例えば４０
゜）場合がある。この場合これらのフィルムの周りに用
いる接着材をエボキシ系等の低屈折剤を使うことにより
みかけ上θ。を小さくすればよい。なお、ボリマーフィ
ルムに複屈折性を付与するには縦方向に延伸させればよ
く、次のような方法で作製する。

縦方向の延伸は第１０図（ａｌに示すように多数のロー
ルＲ，”ＲｎにフィルムＦを通し、Ｊｔ　前Ｂのロール
Ｒ，と最後部のロールＲｎのみに駆動を与え、中間ロー
ルＲ２〜Ｒｎ．は自由回転できるようにし、最前部のロ
ールＲ１と最後部のロールＲｎの回転数を所定倍率にな
るよう最後部ロールＲｎの回転数をあげて延伸する。縦
延伸において、問題となるのは延伸むらの生ずることと
横方向の幅が収縮により極度にせまくなることがあげら
れる。前者は機械精度と急冷条件の改善により、幅のせ
まくなるいわゆるネックインの問題は、延伸間距離を極
力短くする方法、例えば予備加熱後２本のロール間で回
転数の相違により一時に延伸する際ロール間距離を極力
せまくする方法、第１０図（ｂ）に示すように、厚目の
フィルムＦをまず数本のロールＲ，〜Ｒ，で予備加１７
Ｎ後、ロールＲ４、ＲＳで加熱、下に一時に延伸する方
法など種々の考慮がなされている。

また、ボリマーフィルムは、実施例の場所以外にも、フ
ロントガラスの中、すなわち合わせガラスにおける車内
側板ガラスと中間膜の間、二枚の中間膜の間に設けても
よく、さらに第６図に示すようにフロントガラスの車内
側表面、すなわち単板ガラスの車内側表面あるいは合わ
せガラスにおける車内側坂ガラスの非合わせ面倒に設け
てもよい。フロントガラスの車内側表面に前面あるいは
要部に設けると、アンチラスレーシロンウィンドシール
ドとしての効果も期待できるので好ましい。

表示手段としては、ＣＲＴ．．ＥＬ素子、ＬＥＤ等は勿
論、液晶パネルと自然光源を組合わせものなどを用いる
ことが可能であり、この場合に液晶パネルの偏光板の方
向をＳ偏光する条件ｔこ設定してＳ偏光手段を兼用させ
るようにすれば偏光手段を別に設ける必要がない。

〔本発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明によれば、その構成
を入射光をＳ偏光成分とし、表示光の反射する部分とな
るフロントガラスの中又は車室内側面に複屈折性を有す
る透明フイルムを設けると共に該フィルムは表示光の進
行方向及びＳ偏向手段を通過する表示光の偏向方向によ
り形成される面と表示光の進行方向及び該フイルムの光
学軸により形成される面とが成す角が４５゜となるよう
配設するようにしたため、表示光の光量を減ずることな
く、ウィンドシールド車外面の反射による２重像を防止
することが可能となり、表示品質を向上させるとともに
、フイルム挿入によるウィンドシールドの透過率を低下
させることなく２重像表示を防止することができるとい
う効果が得られＨ　Ｕ　Ｄ等に好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第６図は、本発明の実施例゛を示す要部概略図
、第２図は、従来例を示す要部概略図、第３図は作用を
説明するための原理図、第４図は複屈折性を説明するた
めの入射角一透過光強度特性図、第５図はブリュスタ角
で板ガラスに入射させた時の光学系を示す、第７図はボ
リマーフィルムの作用を説明するための図、第８図はボ
リマーフィルムの屈折率楕円体と表示光の関係を示す図
、第９図は表示光に垂直な平面による屈折率楕円体の断
面と表示光の電界ベクトルの関係を示す図、第１０図（
ａ）、（ｂｌはボリマーフィルムを延伸させる装置を示
す概略図である。 １、２４一表示手段　　　１２一表示光２一偏光子　　
　　　　１５一偏光板 ３−＝検光子　　　　　　２１、２ｌ゛一板ガラス５、
２３−　ポリマーフィルム　２２一　巾間膜ｌＯ−　ウ
ィンドシールド　２５−Ｓ偏光手段第１図 第２図 第７図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表示光を運転者の目の方向にフロントガラスで反射させ
   ることにより表示光を前方視野に結像させて運転者に視
   認させる車両用表示装置において、前記表示光をフロン
   トガラス面に対してブリュスタ角近傍の角度で入射され
   るよう配置された表示手段と、該表示手段とフロントガ
   ラス間の表示光路上に配設され、運転者に視認されると
   きの表示手段からフロントガラスへの表示光の進行方向
   及びフロントガラスで反射されて運転者の目に到達する
   ときの表示光の進行方向により形成される面に対して垂
   直方向の偏向成分のみを通過させるＳ偏向手段と、前記
   表示光の反射する部分となるフロントガラスの中又は車
   室内側面に複屈折性を有する透明フィルムを設けると共
   に、該フィルムは前記表示光の進行方向及びＳ偏向手段
   を通過する表示光の偏向方向により形成される面と、前
   記表示光の進行方向及び該フィルムの光学軸により形成
   される面とが成す角が４５°となるよう配設されている
   事を特徴とする車両用の表示装置。