JPH03500340A - 自動車用ヘッドアップ・ディスプレイ・システム - 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】 自動車用へラドアップ・ディスプレイ・システム挟生公厨 本発明は光学ディスプレイ・システム、特に、自動車の占有者がウィンドシール ドを通して外界の景色を見るときに前記ウィンドシールドが前記占有者への表示 のための光学的な自動車データおよび状況情報を搬送する光を反射する前記自動 車のためのヘットアップ・ディスプレイ・システムに関する。

主旦立背旦 ヘッドアップ・ディスプレイ・システムは結合エレメントであって該結合エレメ ントを通して観察者が外界の景色を見また前記観察者への表示のための可視の基 礎情報を反射する結合エレメントを用いる光学ディスプレイ・システムである。

前記基礎情報は、典型的には、陰極線管の表示面から出る光によって搬送される 。ヘッドアップ・ディスプレイ・システムは、典型的には、操縦士が同時に決定 的な飛行情報を監視しかつ航空機の外部で起こりつつある事態を観察することが できるように戦闘機に装置されている。従来の結合エレメントは、前記表示情報 が光学的無限遠からやって来て現われるように、球形の形状を有しまた前記基礎 情報搬送光を平行にするリレーレンズと協同するように設計される。

自動車のへラドアップ・ディスプレイ・システムの使用は、このような自動車の 安全使用を増大さゼまた空間の有用性の問題を解決する。特に、さらなる計器の 使用および便利な設備の特徴を包含することノ＼の傾向か続くところでは、自動 車のダツシュボード領域が騒音の影響を受け易くなる。ダツシュボードの騒音問 題は、これまで、ステアリングコラム上の重要な制御ノブおよびスイッチの配置 によって気付かされできた。ヘットアップ・ディスプレイ・システムの使用は、 ウィンドシールドに通用または埋め込ま才ｌだ反射強化材料からの反！：ｉ後に 運転者に表示するために自動車の前方に、エンジンの回転数、車速および方向指 示のような確実な自動車の状態および性能情報を投影することなり能にする。自 動車の前部へのこのような情報の投影は、運転者が前記情報を看取するために必 要な時間を最小に１ノ、これにより、自動車の運転の安全性を高める。

このような方法で゛観察者に情報源を表示する際の固有の問題は、平坦でない表 面から光を反射させることが表示情報を運ぶ光に光学的収差を生じさせることで ある。現代の自動車のために設計されたウィンドシールドの表面は、互いに直角 な面に横たわる異なる断面において異なる湾曲を有する典型的に非球面である複 雑な形状を有する。この撥雑な形状は、自動車がより良い空力性能を表わす美お よび要求１．′由来する。これらの要求は、ウィンドシールドか比較的大きい勾 配すなわち「低角度」で傾斜１ノ、かつ、ウィンドシールドがその頂部の縁と底 部の縁との間で複雑な湾曲をなすように自動車のフードおよび屋根のラインの近 くで曲げら才１ていることを指令する。ウィンドシールドのこの複雑な形状は、 したがって、さもなけわば前記表示情報を搬送する光を幾何光学的にずらすであ ろう前記。

ウィンドシールドの複雑な形状を補償する、特性に影響を与之る光学光線を有す るコレクションレンズの使用を必要どする。

自動車用へラドアップ・ディスプレイ・システムにおけるコレクションレンズの 使用から生じる問題は、異なる自動車のモデルまたはボデーの型が異なる輪郭の ウィンドシールドを一般に必要とすることである。特性に影響を与える異なる光 学光によって特徴付けられるコレクションレンズは、したがって、異なる輪郭の ウィンドシールドによって導入される光学収差を補償するためにめられる。

ウィンドシールドは観察者が外界の景色を見るために適当な光透過特性をもって いなければならない。ウィンドシールドのための反射強化装置には、薄い金属ま たは絶縁被覆のような波長非選択タイプのもの、または、多層絶縁被覆もしくは ウィンドシールドの表面に塗Ｓされまたはウィンドシールドの薄層に埋め込まわ たホログラムのような波長選択タイプのものがある。ウィンドシールドの二層間 にホログラムを埋め込むためのプロセスは、ホログラム　ウィンドシールドを使 用する自動車表示システムと題する１９８７年６月１２日に出願された出願番号 第０６２，４４７号のウッド等の米国特許出願に記載されている。

ウインドシ・−ルド反射強化装置の使用は成るシステム設計Ｅの制約を課し、そ の一つは観察者への光の明所視伝導（すなわち、外界の景色の搬送光の伝導）の 減少である。前記明所視伝導は波長選択装置を使用することにより増大させるこ とができ、前記装置は狭いバンド幅を越えて光を反射し、これによりウィンドシ ールド明所視伝導を最高にする、波長非選択装置の使用は表示の明るさと明所視 伝導との間の直接トレードオフ・（ｔｒａｄｅｏｆｆ　）を必要とし、ここで、 波長選択装置の使用は最大の表示の明るさと明所視とを与える。他の制約は、ウ ィンドシールド反射強化装置が、これが適所にとどまりかつしわにならないよう に十分な質のものであることである。

主肌Ω亘豹 したがって、本発明の目的は、自動車または他の乗物のためのへラドアップ・デ ィスプレイ・システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、複雑な形状のウィンドシールドを有する乗物の占有者に対 して実質的に収差のない基礎情報を表わすヘッドアップ°ディスプレイ・システ ムを提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、ヘッドアップ・ディスプレイ・システムにおいて 、異なる形状のウィンドシールドによって導入される収差を補正するために容易 に適合可能であるコレクションレンズを提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、高質の反射面を利用しかつ乗物内の観察者に外界 の景色を搬送する光の最大伝導を与えるウィンドシールドを用いるヘットアップ ・ディスプレイ、システムを提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、相応の表示輝度を有するヘッドアップ・ディスプ レイ・システムを提供することにある。

本発明は観察者に可視の基礎格報を表わすための光学ディスプレイ・システムで ある。このディスプレイ・システムは、反射面であってこれを通して観察者が外 界の景色を見ることができかつ観察者への表示のための情報源から出る基礎情報 を反射する反射面を有する映像ユニットを含む。好ましい実施例では、光学ディ スプレイ・システムが自動車のためのへラドアップ・ディスプレイ・システムを 構成する。前記映像ユニットは反射強化材料を有しまたは有しない自動車ウィン ドシールドを構成し、また、その内面および外面は液晶表示装置のような情報源 から伝わる光によって運ばれる基礎情報を反射する。ウィンドシールドの前記内 面および外面は、互いに直角な面に横たわる異なる断面において異なる曲がりを 有する非球面を有する。非球面のウィンドシールドの輪郭は、基礎情報を搬送す る光が観察者へ向けて反射されるとき、前記光に収差を導入する。

ウィンドシールドの内面と情報源との間に配置される映写レンズシステムがこれ らの光学収差を補正するための光学光線案内特性を有する。異なる形状のウィン ドシールドによって導入される光学的収差の補正を容易にするため、前記映写レ ンズシステムは、特定のウィンドシールドの形状に特有の非球面エレメントと、 多数の具なるウィンドシールドの形状に共通の残りのエレメントとを含む。

前記映写レンズシステムは、外界の景色の観察者の主要な運転視界の実質的に外 側である領域においてウィンドシールドの内面および外面からの反射のための基 礎情報を搬送する光を方向付ける。前記情報源の表示面の寸法は、表示される基 礎情報が異なる頭位置からの観察者の瞬間視界内に含まれるように定められる。

情報源の表示面は、ヘッドアップ・ディスプレイ・システムの光学軸を横切る方 向および前記光学軸と同じ直線上の方向に表示面を移動させる位置決め機構に作 動的に接続されている。前記位置決め。

機構は、着座した運転者による最適な観察のための映写レンズシステムに上り規 定された景色の総表示域内に前記ウィンドシールドによって反射される基礎情報 の縦方向位置を観察者が調整することを可能にする。前記位置決め機構は、また 、安全な自動車運転を助長するための自動車速度の作用として、表示像と運転者 との間の距離を自動的に変える。

前記情報源は、好ましくは、高強度で広いバンドの多スペクトル光源によつて照 らされる伝導液晶表示装置を含む。前記液晶源上の薄いフィルム状のカラー伝導 フィルタはウィンドシールドによって反射される多色像を生じさせる。光の成る 色の反射を強める波長選択被覆を有するウィンドシールドが、外部ウィンドシー ルド面それ自体の反射特性によフて光の他の色を反射することができることが定 められた。このような波長選択エレメントは、必要に応じて、基礎情報を搬送す る光の異なる色の反射率を等しくするために使用することができる。

本発明の他の目的および利点は、添付図面を参照して進める、好ましい実施例に ついての以下の詳細な説明から明らかとなろう。

区匣Ω呈単皇説朋 第１図は自動車のへラドアップ・ディスプレイ・システムとして描かれた本発明 の光学ディスプレイ・システムの概略図である。

第２図は観察者の外界の景色の運転視界と、観察者の基礎情報の表示視界とを示 す第１図の自動車ウィンドシールドの平面図である。

第３Ａ図および３Ｂ図は第２図の９３−−３に沿フて得た部分横断面図であり、 それぞわ、反射非強化および反射強化の自動車ウィンドシールドの基礎情報光の 反射面を示す。

第４図は入射光の具なる角度の作用として単一ガラスのウィンドシールドの光反 射特性を示すグラフである。

第５図は第１図の自動車において映写レンズシステムとダツシュボードの頂面の 直下でかつ前方に据えられた情報源とを部分的に切欠いて示す平面図である。

第６図は中心位置の観察者の頭からの、第１図のへラドアップ・ディスプレイ・ システムの総表示視界内の瞬間的な表示視界の整列を示す。

第７Ａ−７Ｄ図は、それぞれ、第６図の頭部中心位置に関して左ンチの観察者の 頭位置に関する第１図のへラドアップ・ディスプレイ・システムの瞬間視界を示 す。

第８図は第５図の液晶表示装置の表示面のための位置決め機構を示す。

第９Ａ図は第８図の位置決め機構のための制御信号を発現させるための電気回路 のブロック線図である。

第９Ｂ図は第８図の位置決め機構の軸線位置を定めるために第９Ａ図の回路で実 行された、自動車速度に対する像距離の典型的な機能の図表表現を示す。

第１０図は第５図のレンズシステムの映写レンズシステムへの陽光の進入の結果 としての表示面損傷を回避するために映写レンズシステムの出力箇所に配置され た光学要素を示す、第１図の１ｉ１１０−−１０に沿って得られた概要図である 。

第１１図は第１０図に示す光学要素の方向を示す。

第１２図は第４図のへラドアップ・ディスプレイ・システムの一部を含む映写レ ンズシステムの光学要素の図である。

ましい　の雷　な−日 第１図は自動車１２のためのへラドアップ・ディスプレイ・システムとして装置 された光学ディスプレイ・システム１０の概略図である。ヘッドアップ・ディス プレイ・システム１０は、例えばトラックや船のような他の原動機付き乗物に採 用することができる。

ヘッドアップ・ディスプレイ・システム１０は、反射面１６であってこれを通し て前記自動車内に位置する観察者１８が外界の景色を見ることができる反射面１ ６を有する映写ユニットとして機能する自動車のウィンドシールド１４を含む。

以下の説明において、観察者１８は前記自動車の運転者である。本発明は、二つ のガラス層とこわらの間に配置されたポリカーボネート中間膜とを有する三層ウ ィンドシールド、ガラス層と内部ポリカーボネート膜とを有する二層ウィンドシ ールド、単一カラス層のウィンドシールド、反引き裂きウィンドシールド、およ び、ガラスとプラスチックとから形成された朝合わせウィンドシールドのような 多目的型のウィンドシールドで実施することができる。

反射面１６は、運転者の瞬間的な表示視界２０（第１図に縦断面が示され、また 、第２図に横断面が示さハている）において、自動車の前方に現わわる像表示法 の形で基礎情報搬送光線を反射する。

（典型的なティスプレィの表示法は第６図に示されている。）反射面１６はウィ ンドシールド１４それ自体の反射非強化の内外面である。ウィンドシールド１４ は、また、アルミニウム被覆のような波長非選択型またはホロクラム若しくは多 層絶縁被覆のような波長選択型の反射強化材料を含む。反射強化材料はウィンド シールド１４０表面に塗布またはウィンドシールド１４内に埋め込まれる。他の 適当な反射強化材料は、加熱可能のウィンドシールドに用いられるインジウム酸 化スズ被覆や、成るウィンドシールドに用いられる光および熱反射被覆を含み得 る。

第１図および第５図を参照すると、基礎情報を搬送する光線は情報源２２から出 て映写レンズシステム２４に至り、また、こゎらの両者は自動車のダツシュボー ド２８の頂面２６の下方に据えられている。情報源２２は光源３０と、光導体３ ４によって分離された液晶表示装置３２とを含む。情報源２２および映写レンズ システム２４は光源３０によ２で発生された熱から液晶表示装置３２を保護オペ くエンジンルーム防火壁３６の後方であっ“Ｃ客室３８の外部に据λらオ］てい る。前記基礎情報搬送光線は液晶表示装置３２から伝わり、また、映写レンズシ ステム２４の圧力１４４０から出て、反射面！６からの反射のためのダツシュボ ード２８の頂面２６の開口４２を通り、運転者１８に向かう。

運転者１８は通常の運転視界４４（第１図に縦断面で示され、また、第２図に横 断面で示されている）内で外界の景色を見、運転視界４４は表示視界２０の上方 にありまた表示視界２０とは実質的に重なり合わない。表示視界２０は立面内で 線４６および４８間に約１２°の最大角度をなし、線４６は水平線５２に関して 約５゜の角度を描く。運転視界４４は立面内で線５４および４６間に約１５°の 角度を描き、線５４は水平線５２に関して約１０”の角度５６をなす。各線４６ ，４８．５２．５４は、車両の眼楕円（ｖｅｈｉｃｌｅ　ｅｙｅ　ｅｌＨｐｓｅ 　）　５９の中心である点５８から引かれている。車両のための眼楕円５９は車 両の安全運転のための基準空間外被である。後に詳述するように、こｔらの線は ウィンドシールド１４を横断し、ウィンドシールド１４上の視界２０および４４ の縦寸法を規定する。

第２図はウィンドシールド１４の平面図でありて、外界の景色の運転者の運転視 界４４のために使用されるウィンドシールド１４の位置と、ウィンドシールド１ ４を通して運転者１８が前記基礎情報の総合表示視界２０を見るウィンドシール ド１４の位置とを示す。

第１図および第２図を参照すると、運転視界４４は運転者】８が自動車１２の運 転中に頭部中心位置から実在の世界を見る空間の通常領域を規定する。前記頭部 中心位置は、両眼が点５８に関して対称的に位置するときの運転者の頭部の向き である。表示視界２０は、ウィンドシールド１４を通して運転者が前記表示装置 を見るウィンドシールド１４上の領域を規定する。表示視界２０の頂部側の縁は 、角度５０たけ、運転者の真直な視線から角度的に移動さ２“している。第２図 は、運転者１８の前方にまた反射面１６を越えて現ゎ２する表示像の象徴表示法 ６０（明確に表わすために図の平面に回転されている）を示す。ウィンドシール ド１４との表示視界２ｏの交差点は縦方向寸法１２０と横方向寸法１２２とを有 する。ウィントシ・−ルド１４との運転視界４４の交秀点は、縦方向寸法１２４ ど横方向寸法１２６とを有する。

第３Ａ図および第３Ｂ図は、それそｊ］１反射非強化および反射強化のウィンド シールド１４の反射面１６を示す部分横断側面図である。第３八図を参照すると 、カラス製のウィンドシールドは空気−ガラス境界を形成する内部主要面６２お よび外部主要面６４を有する。映写レンズシステム２４（第１図）から伝わる典 型的な光線６６は内面６２に当たり、大きい強度の伝導成分６８ｔと小さい強度 の反射成分６８ｒとに分解する。伝導成分６８ｔＬ）ウィンドシールド１４を経 て伝わり７、外面６４によって形成された空気−ガラス界面に当たる９、光成分 ６８ｔは大きい強度の伝導成分７０ｔと、小さい強度の反射成分７０「とに分解 し、前記伝導成分は空気に伝わって運転者１８に留意さガず、また、反射成分７ ０ｒは内面６２の空気−ガラス界面に向りてウィンドシールド１４を逆に伝わる 。

反射成分７０ｒは内面６２に当たり、ウィ゛、ノドシールド１４を逆に伝わる小 さい強度の反射成分７２ｒと、内面６２での反射後に運転者１８に向けて伝わる 大きい強度の伝導成分７２ｔとに分解オる。反射成分７２ｒの強度はわずかな量 のものである。反射成分６８ｒと伝導成分７２ｔとの合計を表わす合計強度ｒＪ は運転者１８に高輝度の基礎情報を提供するに十分な量のものである。

ｍ３Ｂ図を参照すると、反射強化エレメント７８を含み、それは、例えばホログ ラムのような波長選択エレメントまたは金属製の被覆のような波長非選択エレメ ントとすることがてきる。反射強化エレメント７８は光成分６８ｔをさえぎり、 また、それの相当の部分を光成分ε８ｒ７Ｂとして反射する。伝導成分６８ｔの 残りの光エネルギは外面６４に当たり、ウィンドシールド１４を逆に伝わり、反 射強化エレメント７８に当たる。第３Ｂ図の反射強化エレメント７８を経て伝わ る反射成分７Ｑｒは、第３Ａ図のガラスを経てのみ伝わる反射成分７０ｒの強度 より実質的に小さい強度のものである。反射成分６８「および６８ｒ　７　Ｂと 伝導成分７２ｔとの合計を表わす合計強度ｒＪは、第３Ａ図のウィンドシールド の合計強度「Ｒ」より約５０％大きい。第３Ｂ図の不使用の光成分７０ｔおよび ７２ｒの強度は％３Ａ図のそれらより実質的に小さい。

第４図は入射角度θｉの関数と１ノての単一ガラス面の反射特性を示すクラ７で ある。第４図では、前記単一面は第３Ａ図および第３Ｂ図の内面６２に対応し、 また、曲線Ｒ，およびＲＤは、特定位置の表面基準７６に関する入射用Ｏ１を有 する光の入射波頭面に千オ］、それ垂直および平行な電界成分を表わす。

７ｊ４４図は、屈折率ｎｔ＝１．５と、約６８°の入射角度θｉとを有する第３ Ａ図の反射非強化つ、インドシールド１４に関して、単一面の平均反引率が入射 光の約１６％でありまた二つの面の反射率が約２４％であることを表わしている 。これは、そガぞれ、光成分６８ｒおよび７２ｔの１６％および８％貢献の重ね 合わせを表わ”号−０第４図は同じ条件下の第３Ｂ図の反射強化ウィンドシール ドが入射光の約３３．４％を反射することを表わす。これは、それぞハ、光成分 ６８ｒ、６８ｒ　７　ｅおよび７２ｔの１６％、１５％および２．４％貢献の重 ね合わせを表わす。このような大きさの入射角度θＩは比較的大きい勾配で傾斜 するウィンドシールドに容易に利用することができる。第４図は、約６０°の入 射角度θｉが二つの表面に関して約１８％の反射率を与えることを指示し、これ は受け入れ可能の表示輝度を与えるに必要とされる最小の反射率の近傍にある。

第５図は、情報源２２と映写レンズシステム２４との据え付けを示すために切り 欠かれたダツシュボード２８の一部を有する自動車１２の平面図である。第５図 を参樵すると、好ましい情報源２２は広いバンドの多スペクトル光源３０と、伝 導液晶表示装置３２、この装置は例えば陰極線管または発光ダイオード表示装置 とすることが可能であるが、とを含む。光源３０と液晶表示装置３２とは内部反 射の管形光導体３４により分離されている。光源３０は、例えばジェネラル　エ レクトリック社製のタイプＥＹＦ　１２ボルト石英水銀灯のような高強度映写用 電球が好ましい。この電球はその最大輝度において約７５ワツトの熱を消散する 。表示コントラストを増大させるため、光源３０は、好ましくは、約１１，５０ ０の中心キャンドル・パワの光を光導体３４の長さに沿って１４°のビームの開 きをもって導くが、しかし、全方向に熱の消散を許す面のある二色性のりフレフ タを含む。液晶表示装置３２は、象徴表示法６０の形態において基礎情報を統合 すべく光を選択的に伝える光偏光フィルタと協同する複数の伝導セグメントのマ トリックスとして形成された捩りネマチック状態のタイプの液晶セル８０を含む 。液晶セル８０の複数のセグメントは高コントラスト表示のために個々に処理さ れ得る。液晶セル８０は、また、例えば地図の表示を提供するために絵素の配列 として組み立てることができる。表示面８２く第８図）は、第５図に参照して以 下に説明する理由のため、前記ディスプレイ・システムの光学軸１００に関して 約１２°の角度８４で傾斜されている。

光導体３４は、光源３０から発生する熱が液晶表示装置３２から消散可能である 好都合な場所への前記光源の配置を容易にする。光導体３４は、反射被覆を有す る透明なプラスチックの管または棒で構成されるが、しかし、好ましくは光源３ ０から液晶表示装置３２へ放出される光を効率的に伝えるように設計されたアル ミニウム管で構成される。光導体９４の内面は好ましくは艶出しされ、ニッケル 鍍金が施され、または、前記内面の仕上げが滑らかでかつ艶があるように成形さ れ、これにより、光伝導を最大にする。アルミニウムの使用は光源３０が発する 熱の能率的な消散を促進する。

映写レンズシステム２４は、ウィンドシールド１４によって反射された前記基礎 情報が前記自動車の前方から来て現われるように、液晶表示装置３２の表示面８ ２に現われる前記基礎情報を映写する。映写レンズシステム２４はプラスチック またはガラス材料で形成された多数のレンズ要素を含み、また、自動車１２の前 方に基礎情報を映し出し、かつ、ウィンドシールド１４の複雑な形状から結果的 に生じる光学的収差を補正する光学光線を導く特性を有する。

映写レンズシステム２４の光学的設計については以下にさらに説明する。

映写レンズシステム２４は二つのセクションであって直角な曲がりを有する構造 を形成するためにこれらの端部で結合された二つのセクションで構成され、一方 のセクション１０２はウィンドシールド１４の底部側の縁１０４と平行に伸び、 また、他方のセクション１０６はこれが前記基礎情報を運ぶ光をウィンドシール ド１４の反射面１６に向けて導くように向けられている。内部に据えられた鏡は 映写レンズシステムの光学軸１００を折り返す。直角な曲がりは映写レンズシス テム２４がステアリングコラムに接触しないで通り抜けることを可能にするが、 しかし、非折り返しの光学軸を有する適当なレンズシステムを設計することもで きる。

液晶セル８０の光入射面１０８（第８図）に張り付けられた薄いフィルム状のカ ラー伝導フィルタと協同する波長選択被覆の使用は、前記基礎情報を運ぶ光の種 々の色の反射率を等しくするように使用することができる。これは、反射非強化 および波長選択反射強化タイプの反射面を有するウィンドシールドを使用するこ とにより達成することができる。

例えば、本発明で採用する好ましい光源３０は赤色および緑色の光のスペクトル 成分を放出する。赤色光の強度は緑色光のそれより大きい。緑色光を反射するよ うに構成されたホログラム７８を設けまた赤色光のほとんどを反射する内外面を 使用することは、知覚することができるほどに等しい強度の色彩成分で多色表示 像を与える。

第６図は、前記頭部中心位置からの瞬間的な表示視界２０とへラドアップ・ディ スプレイ・システム１０の全体の表示視界１１２とを示す。第６図を参照すると 、瞬間表示視界２０は、固定頭部位置から見ることができる総システム表示視界 １１２の一部である。運転者の両眼のそれぞれが瞬間表示視界２０の異なる部分 を見、右眼は部分１１４を見、左眼は部分１１６を見る。瞬間表示視界２０は、 映写レンズシステム２４の出口開口の寸法と、ウィンドシールド１４の反射面１ ６に間するその位置と、ウィンドシールド１４と写レンズシステム２４のデザイ ンによって規定される。総表示視界１１２の種々の部分が運転者１８には種々の 縦方向の頭部位置から瞬間的に見ることができる。液晶表示装置３２は表示の象 徴表示法（ｓｙｍｂｏｌｏｇｙ　）　６０が自動車の眼楕円５９（第１図および 第２図）の縦方向限界内の中心におかれるように、調節可能である。

第６図は、ヘッドアップ・ディスプレイ・システム１０のデザインが前記頭部中 心位置からの前記基礎情報の全てを見ることを可能にすることを示す。ヘッドア ブ・ディスプレイ・システム１０は眼楕円５９内のいかなる頭部位置からも瞬間 表示視界２０を与える。

表示視界２０は約６．７５°の縦方向角度対辺１１７と、約１０．７５°の横方 向角度対辺１１９とを有する。象徴表示法６０のこの寸法は、後に詳述するよう に、前記基礎情報が眼楕円５９の限界内のいかなる固定頭部位置からも見ること ができるように一定の率で決められている。頭部移動に関して、総表示視界１１ ２は約１２°の縦方向角度対辺１２８と約１４．７５°の横方向角度対辺１２９ とを有する。

第７Ａ−７Ｄ図は、種々の頭部位置からの瞬間的な表示視界を示す。明瞭化のた め、象徴表示法６０によって占められた領域は破線で示され、また、第７Ａ−７ Ｄ図の瞬間視界部分を比較することができる参考として、頭部中心位置を与える べく第６図が再掲されている。第７Ａ図および第７Ｃ図は、表示の全てが約７． ５　ｃｍの横方向頭部移動をした観察者にとって可視であることを示す。第７Ｂ 図および第７Ｄ図は、液晶表示装置３２の表示面９６が調整可能でないとすれば 前記基礎情報の一部分が観察者にとって失われ得ることを示す。表示面８２の横 方向調整は、前記眼精円内のいかなる縦方向頭部位置からも基礎情報の表示が中 心におかれることを可能にする。多くの異なる高さの操作者は、したがって、前 記表示装置を容易に見ることができるように調整することができる。

第８図は、横方向および軸線方向に液晶表示装置３２の表示面８２を位置決める ための位置決め機構１３０を示す。第８図を参照すると・位置決め機構１３０は 、水平移動ステージ１３６および軸線方向移動ステージ１３８の要素である同様 のデザインの一対のモータ駆動のマイクロメータ１３２，１３４を含む。水平移 動ステージ１３６は、映写レンズシステム２４の入力端１４４を横切って配置さ れたプレート１４２に固定された支持ブラケット１４０を含む。プレート１４２ は、固定長さの平行なロッド１４８が通ル三つのブシ：ｙ、　１４６　（二つの みが示されている）を有する。ロッド１４８は、後述するように、プレート１４ ２が光学軸１００の方向に摺動可能であるように、映写レンズ２４の入力端１４ ４に配置されまた該入力端の外方へ伸びている。

プレー１−１４２は、プレート１４２に固定された一対の平行なＵ形状の案内部 材１５２に沿っての水平移動のために液晶表示装置３２が摺動可能に据えられて いる矩形の開口１５０を有する。マイクロメータｊ３２は、自由端が液晶表示装 置３２に固定されている伸長可能のロッド１５６を収容する管状の本体１５４を 含む。伸長可能のロッド１５６は、自動車１２内にいる運転者１８によって手動 で与えることができる第１の電気的制御信号に応答し７て管状の本体１５４の長 さに沿ったいずれかの方向に移動する。伸長可能のロッド１５６の移動が、光学 軸１００を横切る方向における液晶表示装置３２の表示面８２の位置を変化させ る。こわは運転者１８に対する前記基礎情報表示の縦方向位置を変化させる効果 を有する。

液晶表示装置３２の水平移動が前記基礎情報表示の縦方向位置を変化させる理由 は、映写レンズシステム２４が光学軸１００を折り返すように配置されており、 これにより、それを通過する光の伝播方向を変えることにある。前記基礎情報の 縦方向位置を変化させる能力は種々の高さの運転者による観察を容易にする。

軸線方向移動ステージ１３８は、自動車１２のポデーに固定された支持ブラケッ ト１５８を含む。マイクロメータ１３４は、自由端がプレート１４２に固定され また第２の電気的制御信号に応答して光学軸１００に全体に平行な方向へ移動す る伸長可能のロッド１６２を収容する管状の本体１６０を含む。伸長可能のロッ ド１６２を移動させることが表示面８２と映写レンズシステム２４の入力端１４ ４との間の距離を変化させる。これは、表示情報６０の像と運転者１８との間の 距離を変化させる効果をもつ。この距離を変化させる能力は、自動車１２の高速 度運転の間に運転者１８が一般に注意を向けるであろう距離における表示像に運 転者がその両眼を集中させることができるようにすることにより、自動車の安全 運転を促進する。この距離は一般に自動車１２とその前方の車両との間の距離で ある。運転者１８は、したがって、運転者１８が運転の条件および状態での変化 に反応するより少ない時間を有する条件下で運転者の両眼を再び集中させる時間 を必要としない。

第９Ａ図は、液晶表示装置３２の位置を調整するために位置決め機構１３０に加 えられた前記第１および第２の電気的制御信号を発現させるための電気回路１６ ４のブロック線図である。第９Ａ図を参照すると、運転者１８は、二極双投スイ ッチ１６６を操作して表示情報を縦方向へ位置させることにより、手動的に第１ の制御信号を生じさせることができる。スイッチ１６６の端子は大きさが＋Ｖお よび一■の電圧の異なる端子に接続されている。運転者１８はスイッチ１６６の 可動接点３６８の位置を選択的に変えて前記端子の一方との電気的２ン接触を生 じさせ、これにより駆動増幅器１７０の入力導体に−ｊ−■または一■を選択的 に供給する。駆動増幅器１７０はその出力導４４：　１７２．に十分な大きさの 電滞を与え１．モータ駆動のマイクロメータ１３２を駆動する。駆動増幅器１７ ’Ｏに印加される電Ｈのｌ’ｉｉ性は駆動電流の方向を定め、こ力により、伸長 可能のロフト１５６の移動方向と運転者１８に表示さ７１１る前記基礎情報の縦 方向付置とを調整ずろ。表示情報を所望の縦方向位置に維持するフ、？め、運転 者１８は、電圧が駆動増幅器１７０に全く印加されず、マイクロ４メータ１３２ の伸長可能のロッド１５６が静止するように、スイッチ１６６から手を離す。

前記像距離は自動車１２の速度から自動的に得らｊ、る。速度計１７４は、導体 １７６に引き渡される可変周波数出力信号を周波数・デジタル変換器１７８に発 現させる１、自動車１２の速度を表わす並列ディジタル語がアナログ・ディジタ ル変換器１７８の出力端に現わ才ｔ、固定記憶装置１８２のアドレス入力端への 導体１８０に引き渡される。固定記憶装置１８２は、種々の車両速度が対応する 像距離を表わすディジタル語を含む前もってプログラムが作られた参照用テーブ ルである。適当なディジタル語は、前記ディジタル語をアナログ信号電圧に変換 するディジタル・アナログ変換器１８６０入力端への導体１８４に引き渡される 。スケーラ・駆動増幅器１８８はディジタル・アナログ変換器１８６の出力端に 現わ第１る前記アナログ信号電圧を導体１９０に受け取り、干わを調節して、適 当な大きさおよび極性の信号を導体１９２に引き渡し、マイクロ、メータ１３４ の伸長可能のロッドｊ６２を適当な位置へ移動させる。固定の像′＃離を維持す るため、前記車両速度が変化するまで、電圧信号はマイクロメータ１３４に印加 されない。

第９Ｂ図は、固定記憶装置１８２に記された前記ディジタル語を得ることができ る典型的な■線１９４を示す。曲ｌ１１９４は、運転者１８からの像距離が約５ ０Ｋｍの時速より小さい車両速度では約６メートルで一定であることを示す。前 記像距離は、前記車両速度が約１１００Ｋの時速へ増大するに従って、無限大に 向かって漸近的に増大する。もちろん、車両速度の関数が固定記憶装置１８２に 記され得るどきは他の像距離を描く。

第１０図は、運転＠１８に前記基礎情報を表わしまた映写レンズシステム２４の 出力端４０への陽光の入射から結果的に生じる表示面８２に対する損傷を避ける ために映写レンズシステム２４および液晶表示装置３２と共同する光学要素の概 略図である。映写レンズシステム２４は出力端４０に近接して配置された光学要 素を示すために第１０図の面に回転されている６第１０図を参照すると、映写レ ンズシステム２４の出力端４０に入る十分な強度の陽光は液晶セル８０の表示面 ８２の小領域に集束してここを溶融させることができる。表示面８２は約５００ 　Ｗ／ｉｎ”の焼損しきい密度に耐えるが、好ましい映写レンズシステム２４の フォーカルパワー（ｆｏｃａｌ　ｐｏｗｅｒ）は前記領域で約２５００訂ｉｎ２ と同じ程度の陽光パワー密度を与えることができる。

レンズシステムの出力端に入る陽光に円偏光を与えることは、陽光が前記レンズ システムを経て伝わるとき、陽光の強度を減少させ得るごどが知られている。さ らに、円偏光子はレンズ要素２５８゜２６０．２６２，２６４の表面から反射さ 第１また運転者１８に可視の陽光の強度を低下させる。円偏光子２０２は、第１ ０区に示すように配置され、映写レンズシステム２４のためのこの仕事を遂行す る中性の直線偏光フィルタ２０４と、四分の一波長板２０６とを含む。さらに、 入ってくる陽光の拒絶は、入射光の赤外線スペクトル成分を除去することによっ て映写レンズシステム２４に入る陽光の量を減少させる赤外光線拒絶フィルタ２ ０８の包含によって達成される。拒絶フィルタ２０８は、映写レンズシステム２ ４の出力＠４０に直近の位置において最も有効である。

任意に偏光された入射陽光が偏光フィルタ２０４に当たるとき、前記入射陽光を 受け入れるが前記入射陽光への質量効果（ｍａｔｅｒｉａｌｅｆｆｅｃｔ　）を 有しない四分の一波長板２１０が配置されている。

四分の一波長板２１０について第１１図を参照して以下に説明する。光源３０（ 第５図）から伝わり、光導体３４がら出る光を受け入れるように配置された中性 の直線偏光フィルタ２１２は液晶表示装置３２を照らす光を偏光する。

好ましくは捩りネマチック型の液晶セルを含む液晶表示装置３２は、前記表示セ グメントの各々に付与された電圧信号に応答して前記液晶表示装置を通過する光 の偏光方向を変える。偏光フィルタ２０４は液晶表示装置３２のための検光子と して機能する。映写レンズシステム２４の入力端１４４と液晶表示装置３２との 間に配置された四分の一波長板２１４は、第１１図を参照して以下に述べる理由 のために液晶表示装置３２を出る光に対して円偏光を与える。

第１１図は第１０図に示された光学要素の配列および方向を示す概略図である。

（明瞭にするため、第１１図には、映写レンズシステム２４が単一のレンズエレ メントとして表わされている。）前記光学要素は、大きく減じられ円偏光された 陽光が液晶表示装置３２の表示面に当たりまた最大強度の円偏光された光によっ て搬送される基礎情報が運転者１８への表示のために四分の一波長板２１０に出 るように選択されかつ配列されている。

第１０図および第１１図を参照すると、光学軸１００に沿フて第１１図において 左から右へ伝わる任意に偏光された陽光が四分の一波長板２１０を通過し、偏光 フィルタ２０４に当たる。偏光フィルタ２０４の吸収軸線２１６は、任意に偏光 された入射陽光エネルギの約５０％を吸収する。偏光フィルタ２０４の伝導軸線 ２１８は、光学軸２２０が偏光フィルタ２０４の偏光軸線２１６および２１８に 関して４５°の角度で傾斜され、拒絶フィルタ２０８に対して左円偏光された陽 光を伝える四分の一波長板２０６に水平偏光された陽光を伝える。円偏光された 陽光が四分の一波長板２０６および拒絶フィルタ２０８から現われ、映写レンズ システム２４の出力＠４０に入る。映写レンズシステム２４に入る陽光の強度は 、拒絶フィルタ２０８および偏光フィルタ２０４の吸収軸線２１８の作用ととも に、赤外線拒絶フィルタ２０８、偏光フィルタ２０４、および四分の一波長板２ ０６，２１０の入射損失のために実質的に減少される。円偏光の導入に関する陽 光強度の結果的減少は、液晶表示装置３２の表示面８２上の陽光出力密度を５０ ０Ｗ／ｉｎ、２以下の燃焼しきい値に減少させる。

光源３０（第５図）から出てきて、第１１図において光学軸１００に沿って右か ら左へ伝わる任意に偏光された光が偏光フィルタ２１２に当たる。偏光フィルタ ２１２の吸収軸線２２２は任意に偏光された入射光エネルギの約５０％を吸収す る。偏光フィルタ２１２の伝導軸線２２４は、光学軸２２６が液晶表示装置３２ の前記セグメントに付与される電圧信号に応答して縦または水平に偏光された光 を伝導するように偏光フィルタ２１２の偏光軸線２２２，２２４に関しである角 度で傾斜されている液晶表示装置３２に、水平に偏光された光を伝える。液晶表 示装置３２の表示面８２を出る光は、光学軸２２８が円偏光された光を映写レン ズシステム２４の入力端１４４に与えるように液晶表示装置３２を出る光の偏光 方向に関して４５°の角度で傾斜されている四分の一波長板２１４に当たる。

各四分の一波長板２０６，２１４の光学軸２２０，２２８は直角に配列されてい るため、これらによって液晶表示装置３２の表示面８２を出る光に与えられる正 味の遅延はゼロである。水平にのみ偏光された光は、前記したように検光子とし て機能する偏光フィルタ２０４の偏光軸線２１８を経て伝わる。四分の一波長板 ２１０の光学軸２３０は、ウィンドシールド１４（第１図）の反射面１６に左円 偏光された光を与えるために偏光フィルタ２０４の偏光軸線２１６，２１８に関 して４５°の角度で傾斜されている。

偏光フィルタ２０４はこれに入射する直線的に偏光された光を完全に吸収または 完全に伝導するため、四分の一波長板２０６゜２１４の使用は液晶表示装置３２ から伝わる光の最大透過率を増大させることが期待される。さらに、円偏光され た光はレンズシステム２４を経て伝わるため、−組の光学要素２０４，２０６， ２１０と、−組の光学要素８０，２１２，２１４は、光学軸ｉｏｏに関して互い に（例えば回転されて）、前記陽光または前記基礎情報を運ぶ光の透過率を変え ることなしに角度的に配置することができる。

映写レンズシステム２４を経る光伝導を最大にするために映写レンズシステム２ ４のレンズ要素の露出面の全てに反射防止膜が付与されている。ウィンドシール ド１４における波長選択反射強化材料の使用は、また、映写レンズシステム２４ に入る陽光の量を減少させる。

第１２図は映写レンズシステム２４の光学要素の図である。第１２図を参照する と、映写レンズシステム２４は表示面８２から出る光を反射面１６から離れて表 示情報の虚像を運転者の視界に映写する。ウィンドシールド１４の反射面１６は 用いようとするウィンドシールド１４の一部が非対称形状であるように湾曲され ており、このため、ウィンドシールド１４の形状によって生じる非対称徴収差を 補正するように設計される。導入される非対称収差および歪を構成するために映 写レンズシステムの設計において特別な非球面の表面が用いられる。好ましい映 写レンズシステム２４がガラスまたはプラスチックのエレメントを採用して設計 することができる。

この設計では四つのエレメントを使用し、そのうちの三つは球面を有する従来の 回転対称タイプのものであり、また、一つは、凸面が特別な非球面形状のもので ある平凸エレメントである。第１２図は、二つのレンズの「ダブレット」グルー プにおける映写レンズシステム２４と内部折り畳み鏡との全体的配置を示す。前 記ウィンドシールドに最も近接して配置された第１のエレメントは光学軸１００ の回りに回転され、また、その横断面投影が第１２図に示されている。

映写レンズシステム２４のためのスペクトル範囲は、４９０および６２０ナノメ ートル間の可視光線範囲を含む。波長のこの範囲は色補正が調整されかつ調査さ れることを要求する。前記瞬間的な視界は、ヘッドアップ・ディスプレイ・シス テム１０の設計上の眼すなわち楕円５９の中心に関して出口から離れた距離およ び出口の寸法により決定される。互いに関して前記パラメータを固定することは 、最大瞬間視界を確立する。総視界は、運転者の頭の偏位、表示表面８２の寸法 および映写レンズシステム２４の焦点距離に依る。運転者１８に現わされる像は 、好ましくは、無限大にはおかれない。

ウィンドシールド１４の湾曲を補正するレンズシステムの設計は、前記ウィンド シールドの湾曲それ自体が特徴付けられてし入ることを必要とする。これは、経 験的測定によってまたはウィンドシールドの製作者の設計仕様からウィンドシー ルドの曲がりのデータを得ることによって達成される。表１は典型的なウィンド シールドのためのウィンドシールドの曲がりのデータを表わす。このウィンドシ ールドの曲がりのデータは、ヘッドアップ°ディスプレイ°システム１０の眼楕 円５９に中心をおかれた直角座標システムに関して最適面と前記ウィンドシール ドの複合角とに関して測定されてしＡる。前記最適面の角度は２．７１２°に等 しい水平傾斜角と、６８．３２５゜に等しい縦方向傾斜角度によフて特徴付けら れる。ＸおよびＹ座標はウィンドシールド１４上の領域２０の中心に関して測定 されている。

表１ ウィンドシールドの曲がりのデータ 位！　人−圧壽　Ｌ−工孫　口定血友ユ　肚裏皿災ユ１　２．９８８１　２．９ ９５５　０．１２３５　０．］、２３５２　３．０００２　１．４８０４　０． １１８０　０．１１８４３３．００４５　−０．０１７２　０．１１２１　０． １１２２４　３．００３０　−１．５０７１　０．１０４８　０．１０４］５　 ３．００７０　−３．０１５７　０．０９３１　０．０９３１６　１．５０６０ 　２．９９８２　０．１４９５　０−１４９７７　１．４９８８　１．４９６３ 　０．１４５２　０．１４５１８　１．４９５８　−０．０］、３３　０．１３ ９２　０．１３９３９　１．５０７９　−１．５０３２　０．１３］６　０．１ ３］５１０　１．４９７７　−３．００８５　０．１２１５　０．１２１４１１ 　−０．００５３　２．９９９］　０．１５９７　０．１５９８１２　−０．０ ０８６　１．４９４９０．１５５２　０．１５５＋１３　０．０　０．０　０． １４９３　０．１４９３１４　−０．００７９　−１．１５０８　０．１４１９ 　０．１４１８１５　−０．００４３　−３．０１２９　０．１３１８　０．１ ３］９１６　−１．５０４４　２．９９５２　０．１５１７　０．１５］３１７ 　−１．５０１６　１．４９１７　０．１４６７　０．１４６２１８　−１．５ ０４１　−０．０７２２　０．１４０４　０．１４０３１９　−１．５０２１　 −１．５０９１　０．１３３０　０．１３２９２０　−１．４９４７　−３．０ １９９　０．１２３０　０．１２３］２１　−３．００４５　２．９９３８　０ ．１２２４　０．１２２４２２　−３．００７９　１．４９３３　０．１１６９ 　０．１１６６２３　−３．００３４　−０．０１４０　０．１１０３　０．１ １０４２４　−２．９９２７　−１．５１６３　０．１０２９　０．１０３０２ ５　−２．９８８６　−３．００９８　０．０９３４　０．０９３４表工に表わ さｔたデータは、以下の二次元第３次回転非対称多項式に適合された。

曲がり＝Ａ＋ＢＸ＋ＣＹ＋ＥＸ２　＋ＦＸＹ＋ＧＹ２＋ＨＸ３＋Ｉ　Ｘ２Ｙ＋Ｊ ＸＹ２＋ＫＹ３ここて、Ａ＝］、４９３２１　ｘ　１０−　’　、Ｂ＝−５，５ ４４２２ｘ　１０−　’、Ｃ＝４．３２０２４　ｘ　１０−３、Ｅ＝−４，２０ ４６９ｘ　１０−３、Ｆ＝１．２７２６３　ｘ　１０−　’、Ｇ＝−３，８］３ ２９　ｘ　１０−　’、Ｈ＝９．５２６６３　ｘ　１０　””、Ｉ　＝３Ｊ５０ ３８　ｘ　１０−５、Ｊ＝−２，４６８６５ｘ　１０−　’、Ｋ＝３．＋８６５ ２　ｘ　１０−５である。この多項式の形は、光学設計者に使用される複合ウィ ンドシールドの湾曲の定義を構成し、また、表工に指示されているように、測定 されたデータに非常に調和する。上記等式は、以下の表■中の「非球面（１）」 を表わす。

映写レンズシステム２４はへラドアップ−ディスプレイ１０において生じる収差 を補正する。映写レンズシステム２４は、液晶表示装置３２の近傍に配置された 二つのエレメントの第１の「視界展伸」グループ２５０と、出力４４０の出口開 口２５４近傍に配置された二つのエレメントの第２のまたは「出口」グループ２ ５２とに配列された四つのレンズエレメントを含む。映写レンズシステム２４は 自動車１２のステアリングコラム（図示せず）から離れて内向きに折り曲げら九 ている。内部折り返し鏡２５６はレンズエレメントの二つのグループ間の領域で 光学軸１００を折り返すゎ視界展伸グループ２５０は負のエレメント２６０に接 合された強度の正のレンズエレメント２５８を含む。出口グループ２５２はくさ び形の回転非対称のアナモフィック非球面２６２と、色補正のための負のメニス カスレンズ２６４とを含む。ヘッドアップ・ディスプレイの視界の特徴を決定す るレンズ出口開口２５４（第１０図）は直径が５インチであり、矩形のフォーマ ットの視界を提供する４インチ×４インチの正方形に截頭されている。「二重」 のレンズの使用は色補正を与える。映写レンズ２４における非球面２６２の使用 は、映写レンズシステム２４の焦点面に傾斜を生じさせる映写レンズシステム２ ４に非対称を導入する。前記基礎情報像が現われる表示面８２のための約１２° の傾斜角度８４は映写レンズシステム２４の非対称に関して補正する。

適当なウィンドシールド曲がりの固有性によって特徴付けられる非球面エレメン ト２６２を出口グループ２５２に代用し、また、表示面８２の傾斜角８４を調整 することにより、種々のタイプおよびボデー形状の自動車の多数のウィンドシー ルドに関する使用のために調整可能である。残りのレンズエレメント２５８，２ ６０゜２６４と、折り返し鏡２５６は一定に保持される。これは、非球面２６２ が特別なウィンドシールドによって導入される非対称または「非球面」収差を補 正しまたレンズエレメント２５８，２６０゜２６４が球面と傾斜した光線の非点 収差とヘッドアップ・ディスプレイ１０の光学システムの幾何図形的配列によっ て導入されるコマ収差とを矯正するために行なうことができる。

表■およびｍは映写レンズシステム２４のための製作データを説明している。

表Ｕおよびｍを参照すると、表面ａ−ｐは第１２図において全体に符号が付され た表面に対応し、ここでｒａ」は運転者１８が見る像に対応し、また、表面ｒＰ Ｊは液晶表示装置３２の表示面８４に対応する。各々の場合、表面の半径が与え られ、各表面の形状は平坦面ａ、ｈ、ｐを除いて球面であり、また、表面ｄ、ｅ 、ｆ、ｇは非球面でありかつウィンドシールド１４場よび非球面２６２に関連す る。

湾曲の中心を指示する正の半径は第１２図において右方または下方にあり、また 、湾曲の中心を指示する負の半径は第２図において左方または上方にある。寸法 はインチて与えられており、また、厚さは次の表面までの軸線方向距離である。

表ｎ レンズ組立てデータ 表面　表面作図半径　厚さまたは分離 ａ（像）　無限大　−１２０，０（像から設計上の眼までの距１１） ｂ（ｆｆ計上の眼）　１７．５　（設計上の眼から眼までの距ｌ１ｌ） 。（瞳’Ｉ　１１．５　（瞳からウィンドシールドまでの 距離 偏心（１） ｄ（非球面　非球面（１）　０．０９ ウインドシールド） ｅ　非球面（１）　−０，０９ ｆ　非球面（１）　−５，６ 反対偏心（２） 偏心（３） −０，０２９０ 偏心（４） 表ｍ　偏心定数 ｇ　非球面（２）　−１，１０８４ 復帰（４） 偏心（５） ｈ　無限大　−０，０４４１ 復帰（５） ｊ−４，３６５０−０，３５０ ｊ−３，０２６０−２，４５０＜表面ｊから光学軸の折り返 し点までの距 離） ｋ（光学軸　−２，１６０（光学軸の折り折り返し点）　返し点がら表 面ｊまでの距 離） １　’　−２，５５９０−２，２７６７ｍ　６．１４００　０．００ ｎ　６．１４０　−０．７５０ ｏ　−３，４９７−１，２４１４ 偏心（６） Ｐ（像）　無限大 非球面ｄ、ｅ、ｆは前記面がりに関して述べた多項式の３次元第偏心　Ｘ　ＹＺ 　アルファ　ベータ　ガンマＤ（１）　０．００００　０．００００　０．００ ００　．６８．３２５０　−２．７１２０　０．００００Ｄ（２）　０．０００ ０　０．００００　０．００００　−６８．３２５０　２．７］２０　０．００ ００Ｄ（３）　０．００００　−０．０５０７　０．００００　０．００００　 ０．００００　０．００００Ｄ（４）　０．］２５４　−１．７５７９　０．０ ０００　−１１．０４４２　−０．８８８０　−４８．５１０４３次によって記 述され、非球面２６２のための非球面ｇは次の式によって特徴付けらおる。

［（ＣＸ）’Ｘ２　＋　（ＣＹ）Ｙ２］　／［１＋　（１−（１＋ＫＸ）（ＣＸ ）　２Ｘ２−　（１＋ＫＹ）（ＣＹ）　２Ｙ２）”２＋実施例の前記詳細な説明 中において、多くの変更がなされ得ることは当業者には明らかであろう。例えば 、追加の反射強化が、光の異なる波長を反射する多数のホログラムを使用するこ とによって達成される。したがって、本発明の範囲は以下の請求の範囲によって の２定められるべきである。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成２年３月１６日 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、国際出願番号　ＰＣＴ／ＵＳ８８１０３２２６２、発明の名称 自動車用ヘットアップ・ディスプレイ・システム３、特許出願人 国　籍　アメリカ合衆国 ４、代理人 住　所　〒１０５東京都港区虎ノ門−丁目１６番４号アーバン虎ノ門ビル７階 電話　（５９５）３６７１番（代） ５、補正書の提出年月日 １９９０年２月７日 ６、添付書類の目録 補正書の翻訳文　１通 請求の範囲 １１．　乗物のためのへラドアップ・ディスプレイ・システムであワて、前記乗 物内にいる観察者が外界の光景を見ることができかつ総表示視界内に配置された 瞬間表示視界を見ることができる反射面を有する映像ユニシトと、前記総表示視 界内の表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のための光学路に沿っ て伝導する光で運ばれる基礎情報を提供するための情報源手段と、前記基礎情報 が前記観、奏者への表示のための前記瞬間表示視界内に配置さｈているように前 記置光学路に対して横切る方向へ轟なる場所に前記情報源手段を選）Ｒ的に配置 するために前記情報源手段に作動的に接続さ九た位置決め手段とを含む、ヘッド アップ・ディスプレイ・システム。

１２、　さらに、前記映像ユニットの反射面と前記情報源手段との間の前記光学 路に沿って配置さハ、また、前記映像ユニットの反射面によって反射された光が 観察者による観察のために実質的な缶収差特性を有するように前記映像ユニット の反射面によって引き起こされる収碧を補正するための光学光線指示特性を有す る映写レンズシステムを含む、請求項１１に記載のシステム。

１３、　前記映像ユニットは前記観察者が外界の光景を見、また、総表示視界が 主要な操作視界の外側に全体に配置されている前記主要な操作視界を有する、請 求項１２に記載のシステム。

１４、　前記乗物は、下方に前記情報源手段が据えられまた前記映像ユニットが 下側の縁て境界を画された主要面を宥するウィンドシールドを含む頂面を有する ダツシュボードを含み、前記ダツシュボードの頂面は前記ウィンドシールドの下 側の縁の基部に配置さねかつ前記ウィンドシールドの前記主要面に当たるように 前記基礎情報を運ぶ光が伝導する開口を有する、請求項１１に記載のシステム。

１５、　さらに、前記映像ユニットによって反射された基礎情報が前記映像ユニ ットおよび前記観察者の前方の有限の距離から来て現われるように前記基礎情報 を運ぶ光を調節する映写レンズシステムを含む、請求項１１に記載のシステム。

１６、　前記有限の距離は前記観察者の前方の約２および１０メートルの間にあ る、請求項１５に記載のシステム。

１７、　前記映写レンズシステムは回転的に非対称のレンズエレメントを含む、 請求項１５に記載のシステム。

１８、　前記映写レンズシステムはプラスチックレンズ要素を含む、請求項１７ に記載のシステム。

１９、　前記映写レンズシステムは回転的に非対称のレンズエレメントを含む、 請求項１２に記載のシステム。

２０、　前記映写レンズはプラスチックレンズ要素を含む、請求項１９に記載の システム。

２１、　前記映像ユニットの反射面は互いに直角な面に横たわる異なるセクショ ンにおいて異なる湾曲を有する、請求項１１に記載のシステム。

２９、　複数の選択速度の各々で進むことかできる乗物のためのへラドアップ・ ディスブｌノイ・システムであフて、前記乗物内にいる観察者が外界の光景を見 ることができる反射面を有する映像ユニットと、前記観察者への表示のための前 記映像ユニットの反射面による反射のために光学路に沿って伝わる光に運ばれる 基礎情報を与えるための情報源手段と、前記映像ユニットの反射面によって反射 された光が観察者による観察のために実質的な無収差特性を有するように、前記 反射面と前記映像ユニットの反射面によって引き起こされた収差を補正するため の情報源手段との間の光学路に沿って配置された映写レンズ手段と、前記映写レ ンズ手段が前記観察者に前記乗物の速度に対応する距離から前記基礎情報の像を 与えるように、前記複数の選択速度の各々に対応する複数の子め選択さハた場所 に前記置光学路に沿った方向へ前記情報源手段を位置決めるために前記情報源手 段に作動的に接続された位置決め手段とを含む、ヘッドアップ・ディスプレイ・ システム。

３１、　観察者に可視情報を示すための光学表示システムであって、前記観察者 が外界の光景を見ることができる、映像ユニット曲がり特性によって特徴付けら れる湾曲を有する反射非球面を備える映像ユニットと、前記観察者への表示のた めの前記映像ユニットの反射面による反射のための光学路に沿って伝導する光で 運ばれる基礎情報を提供するための情報源手段と、有限の映写距離に、前記観察 者への表示のための既定の寸法で前記基礎情報を映写し、また、前記反射非球面 によって反射された光が前記観察者による観察のための実質的な無収差特性を有 するように前記映像ユニットの反射非球面によって引き起こされる収差を補正す るための映写レンズ手段とを含み、前記映写レンズ手段は前記反射面と前記情報 源手段との間の前記光学路に沿って配置された第１および第２のレンズセクショ ンを備え、前記第１のレンズセクションが前記映像ユニットの反射非球面によっ て導入される非対称収差を補正する前記映像ユニット曲がり特性によって特徴付 けられた回転的に非対称の光学エレメントを含み、また、前記第２のレンズセク ションが、前記基礎情報の映写距離および寸法に影響を及ぼしかつ前記光学ディ スプレイ・システムに存在する他の光学的収差を補正する特性を方向づける光学 光線によって特徴付けられ、これにより、前記第２のレンズセクションが映像ユ ニット曲がり特性から実質的に独立し、かつ、異なる曲がり特性を有する映像ユ ニットと連合する、光学表示システム。

３２、　前記映写レンズ手段は、前記第１および第２のレンズセクション間に配 置され、こわらの間を伝導する光の光学路の方向を変える光反射折り返しエレメ ントを含む、請求項３１に記載のシステム。

３３、　前記映写レンズ手段は有限の映写距離における基礎情報の像を発現させ る、請求項３１に記載のシステム。

３７、　観察者に可視情報を示すための光学表示システムてあって、前記観察者 が外界の光景を見ることができる、反射非強化反射面と反射強化波長選択反射面 とを有する映像ユニッ）・と、前記観察者への表示のための前記映像ユニットの 反射面による反射のための光学路に沿って伝導する光の種々の強度の複数の波長 によって運ばする基礎情報を提供するための情報源手段であって低強度光の波長 の一つが波長選択面によって反射されまた高強度光の波長の異なる一つが反射非 強化反射面によってのみ実質的に反射され、これにより、知覚可能の等し′い強 度の色彩要素に前記基礎情報の表示像を提供する。光学表示システム。

３８、　前記映像ユニットは乗物のウィンドシールドを含む、請求項３７に記載 のシステム。

３９、　前記波長反射面はホログラふエレメントを含む、請求項３７に記載のシ ステム。

４０、　前記反射面は乗物のウィンドシールドの主要面を含み、前記主要面は前 記観察者に近接して配置されている、請求項３３に記載のシステム。

４１、　前記反射非球面は、互いに直角な面に横たわる異なるセクションに異な る曲率を有する、請求項３１に記載のシステム。

４２、　前記映写レンズ手段はプラスチックレンズ要素を含む映写レンズシステ ムを含む、請求項３１に記載のシステム。

４３．　前記映像ユニットは、前記観察者が前記ディスプレイ・システムにより て現わされた基礎情報の瞬間視界を有する主要な操作視界を備え、前記瞬間視界 は前記主要な操作視界の外側に全体に配置されている、請求項３１に記載のシス テム。

４４、　前記瞬間視界は前記主要な操作視界の下方に配置されている、請求項４ ３に記載のシステム。

４５、前記映像ユニットは、前記観察者が外界の光景を見、かつ・前記情報源手 段および映写レンズシステムが前記主要な操作視界の外側に全体に配置された領 域内に前記映像ユニットの反射面から隠して前記基礎情報を反射するように協同 する主要な操作視界を有する、請求項２９に記載のシステム。

４６、　前記乗物は、下方に前記情報源手段が据えられまた前記映像ユニットが 下側の縁で境界を画された大部分の面を有するウィンドシールドを含む頂面を有 するダツシュボードを含み、前記ダツシュボードの頂面ば前記ウィンドシールド の下側の縁の基部に配置されかつ前記ウィンドシールドの前記大部分の面に当た るように前記基礎情報を運ぶ光が伝導する開口を有する、請求項２９に記載のシ ステム、 ４７、　前記映写レンズ手段は、前記映像ユニットによって反射される前記基礎 情報が前記映像ユニットおよび前記観察者の前方の有限の距離から来て現われる ように、前記基礎情報を運ぶ光を特徴する請求項２９に記載のシステム。

４８、　前記有限の距離は、前記観察者の前方の２および１０メートル間からの 範囲にある、請求項４７に記載のシステム。

４９、　前記映写レンズ手段は回転的に非対称のレンズエレメントを含む、請求 項２９に記載のシステム。

５０、前記映写レンズ手段はプラスチックレンズ要素を含む、請求項４９に記載 のシステム。

５１、　前記映像ユニットの反射面は互いに直角な面に横たわる異なるセクショ ンに異なる曲率を有する、請求項２９に記載のシステム。

国Ｉ１１！調査報告 一吻謁１１６鳴１八ｐ６１＋ｃａｌ帥Ｎ口ＰＣＴ／υＳ　８８１０３２２６＋、 ｌ＋−１−ｍｍ。ｅ＊＋、、ｌ１ｂ−ｑ−、ＰＣＴ／ＵＳ　８８１０３２２６Ｐ ＣＴ／ＵＳ　８８１０３２２６ Ｘ、　Ａ　ｈｅａｄ　−ｕｐ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　１ｎｃｌｕ ｄｅ　ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　ｍｅａｎｓ　ｃｌａｌｍｓ　 ｌ、　２ｒ　６−Ｌ　２２．２３．２４．２６ａｎｄ　３フー３９゜ １工、　Ａ　ｈａａａ　−ｕｐ　ｄｅＶｌｃｅ　ＷｈｌＣ’＋　ｍａｙｌｎｃｌ ｌＪｄｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｍｅａｎｓ　ｅｌａｚｍｓ　ｌ、　２．６−８ ．２２．２３．２４．２６．　ａｎｄ　３４−３６゜１１１°脣ｅ：ａ、−、： ｐ、ｄｅｖ：ｃｅ、：ｈｉｃｈ、ｒｙ２：ｎｃｌｕｄｅ、ｌｉｑ：１ｄＸＶ、Ａ 　ｈｅａｄ　−ｕｐ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　１ｎｃｌｕｄｅ　ｔ ｒａｎｓｖｅｒｓｅａｎｄ　ｌｏｎｇｉｔｕｄＬｎａｌ　ｍｏｖｉｎｇ　ｍｅａ ｎｓ、　ｃｌａｉｍｓ　１．２．６−Ｊ２２−２４．２６　ａｎｄ　３０゜ Ｖ、　Ａ　ｈｅａｄ　−ｕｐ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　１ｎｃｌｕ ｄｅ　ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｎｏｖｚｎｇｍｅａｎｓｏｎｌｙ、ｃｌａｉ ｍｓｌ、２．６−８．２２−２Ｃ２Ｌ２７、ａｎｄ　２９゜ Ｖｌ、Ａ　ｈｅａｄ　−ｕｐ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｈｉｃｈ　ｍａｙ　１ｎｃｌｕ ｄｅ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｍｏｖｘｎｇ　ｍｅａｎｓ　ｏｎｌｙ、ｃｌａｉｍ ｓ　ｌ、　２．　６−８．　ａｎｄｌｍ−２７゜

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. １．観察者に可視情報を示すための光学表示システムであって、前記観察者が外 界の光景を見ることができる、反射非球面を有する映像ユニットと、前記観察者 への表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のための光学路に沿って 伝導する光で運ばれる基礎情報を提供するための情報源手段と、前記反射非球面 によって反射される光が前記観察者による観察のための実質的に収差のないもの であるように前記映像ユニットの反射非球面によって生じる収差を補正するため に前記反射面と前記情報源手段との間に前記光学路に沿って配置された映写レン ズ手段とを含む、光学表示システム。
2. ２．前記反射面は、主要面が観察者に近接して配置されている乗物のウインドシ ールドの主要面を含む、請求項１に記載のシステム。
3. ３．前記情報源手段は伝導液晶表示装置を含む、請求項１に記載のシステム。
4. ４．前記液晶表示装置は種々の色彩で基礎情報を提供する、請求項３に記載のシ ステム。
5. ５．前記情報源手段は広いバンドの多スペクトル光源と、多色像を生じさせる液 晶表示装置とを含み、前記液晶表示装置は広いバンドの多スペクトル光源によっ て照らされる伝導液晶装置を含む、請求項１に記載のシステム。
6. ６．前記反射非球面は互いに直角な面に横たわる異なるセクションにおいて異な る湾曲を有する、請求項１に記載のシステム。
7. ７．前記映写レンズ手段はプラスチックレンズ要素から形成された映写レンズシ ステムを含む、請求項１に記載のシステム。
8. ８．映写レンズシステムは回転的に非対称タイプのものである、請求項１に記載 のシステム。
9. ９．前記情報源手段は光源と光変調器とを含み、さらに、前記光源から前記光変 調器へ伝導する光を移すために配置された内部反射の管状部材を含む、請求項１ に記載のシステム。
10. １０．前記光変調器は液晶表示装置を含む、請求項９に記載のシステム。
11. １１．乗物のためのヘッドアップ・ディスプレイ．システムであって、前記乗物 内にいる観察者が外界の光景を見ることができる反射面を有する映像ユニットと 、前記観察者への表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のための光 学路に沿って伝導する光で運ばれる基礎情報を提供するための情報源手段と、前 記観察者が前記乗物内の異なる頭部位置から基礎情報を見ることができるように 前記光学路に対して横切る方向へ異なる場所に前記情報源手段を選択的に配置す るために前記情報源手段に作動的に接続された位置決め手段とを含む、ヘッドア ップ・ディスプレイ・システム。
12. １２．さらに、前記映像ユニットの反射面と前記情報源手段との間の前記光学路 に沿って配置され、また、前記映像ユニットの反射面によって反射された光が観 察者による観察のために実質的な無収差特性を有するように前記映像ユニットの 反射面によって引き起こされる収差を補正するための光学光線指示特性を有する 映写レンズシステムを含む、請求項１１に記載のシステム。
13. １３．前記映像ユニットは、前記観察者が外界の光景を見、また、前記情報源手 段と、前記映写レンズシステムとが協同して前記基礎情報を前記映像ユニットの 反射面から離して主要な操作視界の外部に全体に位置する領域内に反射させる主 要操作視界を有する、請求項１２に記載のシステム。
14. １４．前記乗物は、前記情報源手段が据えられまた前記映像ユニットが下側の縁 で境界を画する主要面を有するウインドシールドを含む頂面を有するダッシュボ ードを含み、前記ダッシュボードの頂面は前記ウインドシールドの下側の縁の基 部に配置されかつ前記ウインドシールドの主要面に当たるように前記基礎情報を 運ぶ光が伝導する開口を有する、請求項１１に記載のシステム。
15. １５．さらに、前記映像ユニットによって反射された基礎情報が前記映像ユニッ トおよび前記観察者の前方の有限の距離から来て現われるように前記基礎情報を 運ぶ光を調節する映写レンズシステムを含む、請求項１１に記載のシステム。
16. １６．前記有限の距離は前記観察者の前方の約２および１０メートルの間にある 、請求項１５に記載のシステム。
17. １７．前記映写レンズシステムは回転的に非対称タイプのものである、請求項１ ５に記載のシステム。
18. １８．前記映写レンズシステムはプラスチックレンズ要素から形成されている、 請求項１７に記載のシステム。
19. １９．前記映写レンズシステムは回転的に非対称タイプのものである、請求項１ ２に記載のシステム。
20. ２０．前記映写レンズシステムはプラスチックレンズ要素から形成されている、 請求項１９に記載のシステム。
21. ２１．前記映像ユニットの反射面は互いに直角な面に横たわる異なるセクション において異なる湾曲を有する、請求項１１に記載のシステム。
22. ２２．乗物のためのヘッドアップ・ディスプレイ．システムであって、前記乗物 内にいる観察者が外界の光景を見ることができる映像ユニットであって反射面と 前記観察者が外界の光景を見る主要な操作視界とを有し、また、前記観察者が前 記ディスプレイ・システムよって示された基礎情報の瞬間視界を有し、前記瞬間 視界が前記主要な操作視界の外部に全体に配置されており、前記基礎情報が前記 観察者への表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のための光学路に 沿って伝わる光によって運ばれる映像ユニットと、前記瞬間視界内の基礎情報の 全てを与えるために一定の割合で決められた寸法を有する、情報源手段と、映像 ユニットの反射面と既定の総視界内の前記反射面に光を映写するための情報源手 段との間の光学路に沿って配置された映写レンズ手段とを含む、ヘッドアップ・ ディスプレイ・システム。
23. ２３．前記瞬間視界は前記主要な操作視界の下方に配置されている、請求項２２ に記載のシステム。
24. ２４．前記映写レンズ手段は、前記映像ユニットの反射面によって反射された光 が観察者による観察のために実質的な無収差特性を有するように、前記映像ユニ ットの反射面によって引き起こされた収差を補正するための光学光線指示特性を 有する、請求項２２に記載のシステム。
25. ２５．さらに、前記観察者が前記乗物内の異なる頭部位置から基礎情報を見るこ とができるように前記光学路に対して横切る方向へ異なる場所に前記情報源手段 を選択的に配置するために前記情報源手段に作動的に接続された位置決め手段と を含む、請求項２２に記載のシステム。
26. ２６．前記映像ユニットの反射面は互いに直角な面に横たわる異なるセクション において異なる湾曲を有する、請求項２２に記載のシステム。
27. ２７．さらに、前記映写レンズ手段が前記観察者に前記乗物の速度に対応する距 離から前記基礎情報の像を与えるように、前記乗物の速度に対応する場所に光学 路に沿った方向へ前記情報源手段を位置決めるために前記情報源手段に作動的に 接続された位置決め手段を含む、請求項２２に記載のシステム。
28. ２８．前記映像ユニットは反射非強化タイプの複数の反射面を含む、請求項２２ に記載のシステム。
29. ２９．乗物のためのヘッドアップ・ディスプレイ・システムであって、前記乗物 内にいる観察者が外界の光景を見ることができる反射面有する映像ユニットと、 前記観察者への表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のために光学 路に沿って伝わる光に運ばれる基礎情報を与えるための情報源手段と、前記映像 ユニットの反射面によって反射された光が観察者による観察のために実質的な無 収差特性を有するように、前記反射面と前記映像ユニットの反射面によって引き 起こされた収差を補正するための情報源手段との間の光学路に沿って配置された 映写レンズ手段と、前記映写レンズ手段が前記観察者に前記乗物の速度に対応す る距離から前記基礎情報の像を与えるように、前記乗物の速度に対応する場所に 光学路に沿った方向へ前記情報源手段を位置決めるために前記情報源手段に作動 的に接続された位置決め手段とを含む、ヘッドアップ・ディスプレイ・システム 。
30. ３０．さらに、前記観察者が前記乗物内の異なる頭部位置から基礎情報を見るこ とができるように、前記光学路に対して横切る方向へ異なる場所に前記情報源手 段を選択的に配置するために前記情報源手段に作動的に接続された位置決め手段 を含む、請求項２９に記載のシステム。
31. ３１．観察者に可視情報を示すための光学表示システムであって、前記観察者が 外界の光景を見ることができる、反射非球面を有する映像ユニットと、前記観察 者への表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のための光学路に沿っ て伝導する光で運ばれる基礎情報を提供するための情報源手段と、前記反射非球 面によって反射される光が前記観察者による観察のための実質的に収差のないも のであるように、前記映像ユニットの反射非球面によって引き起こされる収差を 補正するために前記反射面と前記情報源手段との間に前記光学路に沿って配置さ れた、第１および第２のレンズセクションを備え、前記第１のレンズセクション が前記映像ユニットの反射非球面によって導入される非対称収差を補正する特性 を方向づける光学光線を有する非球面エレメントを含みまた前記第２のレンズセ クションが前記光学ディスプレイ・システムに存在する他の光学収差を補正する 特性を方向づける光学光線を有する回転的に対称なレンズエレメントを含む映写 レンズ手段とを含む、光学表示システム。
32. ３２．前記映写レンズ手段は、前記第１および第２のレンズセクション間に配置 され、これらの間を伝導する光の光学路の方向を変える折り返し鏡を含む、請求 項３１に記載の表示システム。
33. ３３．前記映写レンズシステムは有限の長さの距離における表示情報の像を発現 させる、請求項３１に記載の表示システム。
34. ３４．乗物のためのヘッドアップ・ディスプレイ・システムであって、前記乗物 内にいる観察者が外界の光景を見ることができる、反射面を有する映像ユニット と、前記観察者への表示のための前記映像ユニットの反射面による反射のために 光学路に沿って伝わる光に運ばれる基礎情報を与えるための表示面を含む情報源 手段と、入力端および出力端を有し、かつ、前記映像ユニットの反射面と前記反 射面によって引き起こされる収差を補正するための情報源手段との間に前記光学 路に沿って配置された映写レンズ手段と、前記映写レンズシステムの出力端に入 りまた前記映写レンズシステムによって焦点が合わされる高強度光の集中によっ て引き起こされる表示面破壊を防ぐために前記表示面と前記反射面との間に配置 された表示面保護手段とを含む、ヘッドアップ・ディスプレイ・システム。
35. ３５．前記表示面保護手段は、前記映写レンズシステムの入力端に入って前記出 力端を退出する光に対して円偏光を与える、請求項３４に記載のシステム。
36. ３６．前記表示面は液晶セルの表面を含む、請求項３４に記載のシステム。
37. ３７．観察者に可視情報を示すための光学表示システムであって、前記観察者が 外界の光景を見ることができる、反射非強化反射面と反射強化波長選択反射面と を有する映像ユニットと、前記観察者への表示のための前記映像ユニットの反射 面による反射のための光学路に沿って伝導する光の種々の強度の複数の波長によ って運ばれる基礎情報を提供するための情報源手段であって低強度光の波長の一 つが波長選択両によって反射されまた高強度光の波長の異なる一つが反射非強化 反射面によってのみ実質的に反射され、これにより、知覚可能の等しい強度の色 彩要素に前記基礎情報の表示像を提供する、光学表示システム。
38. ３８．前記映像ユニットは乗物のウインドシールドを含む、請求項３７に記載の システム。
39. ３９．前記波長反射面はホログラムエレメントを含む、請求項３７に記載のシス テム。