JPH04172418A - へッドアップディスプレイ装置 - 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】 〔概　要〕 ヘッドアップディスプレイ装置に係わり、特に表示光を
ウィンドシールドに向けて投射し、ウィンドシールドの
形状に従った反射により運転者に表示像を見せる小型化
された投写光学系を有するヘッドアップディスプレイ装
置に関し、太陽光等の外来光が、表示光の伝播経路を逆
行し、表示器の管面を照明して疑似発光させ、正しい表
示がおこなえなくなる現象を抑制することを目的とし、 少なくとも表示器を有する投写光学系ユニットと、該投
写光学系ユニットから発する光を反射して使用者の眼の
位置に向けるための板状部材を具備し、該板状部材によ
る反射がその形状に従った正反射であり、使用者が視野
内に外界風景と前記板状部材で反射された表示像とを重
畳して視認することを可能にしたヘッドアップディスプ
レイ装置において、上記投写光学系ユニットは、少なく
とも表示器と、該表示器からの光を反射する波長選択性
を有する反射膜がプリズムの一面に設けられたプリズム
素子とを具備し、表示器からの光を該プリズム素子の波
長選択性を有する反射膜が形成されていない面から入射
させ、該波長選択性を有する反射膜で反射させ、該プリ
ズムを再度透過させて空気中に取り出すように構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明はヘッドアップディスプレイ装置に係わり、特に
表示光をウィンドシールドに向けて投射し、ウィンドシ
ールドの形状に従った反射または、ウィンドシールドと
一体形成された薄膜による反射により運転者に表示像を
見せる小型化された投写光学系を有するヘッドアップデ
ィスプレイ装置に関する。

〔従来の技術〕

ヘッドアップディスプレイ装置は、視野内の景色に第二
の映像情報を重畳表示するもので、太きな動作、視線の
移動を伴うことなく、より多くの情報をほぼ同時に認識
できるという点で利用価値が高い。既に、戦闘機や航空
機のコックピット用として実用化されている。また、最
近では、自動車への適用が検討されている。

ヘッドアップディスプレイ装置を自動車に適用する際し
、背景光を透過させ、表示光を反射させるコンバイナの
形態として以下の３つが考えられる。第１は反射型ホロ
グラムを用い、ウィンドシールドに一体形成する方式で
、第１１図に示すように表示器を含む投写光学系ユニッ
ト１９を例えばダツシュボード１７内に装着して、表示
光りをウィンドシールド１５に形成された反射型ホログ
ラム５で反射させることにより、運転者の眼の位置６に
導くものである。第２は、ダツシュボード上に別置きの
ホログラムコンバイナを設ける方式で、第１２図に示す
ように表示器を含む投写光学系ユニット１９を例えばダ
ツシュボード１７内に装着して、表示光りをホログラム
コンバイナ５′で反射させることにより、運転者の眼の
位置６に向けて表示光を導くものである。第３は、ホロ
グラムを形成していないウィンドシールドそのもの、ま
たは反射率を増加させる加工を施したウィンドシールド
をコンバイナとして用いる方式で第１３図に示すように
、例えば表示器を含む投写光学系ユニット１９を例えば
ダツシュボード１７内に装着して、表示光りをウィンド
シールド１５で反射させ、運転者の眼の位置６に導くも
のである。

第１の方式は、ウィンドシールド製造工程で反射型ホロ
グラムを形成する必要があり、コスト高となる点、ホロ
グラムが周辺からの光を反射して自動車の外部から見た
時に、ホログラムが色味付き、高級感を損ねる等の問題
があった。第２の方式は、コンバイナの輪郭が視界の連
続性を断ち切る点、ダツシュボード上に構造物を設ける
ことの安全性等が問題であった。これに対して、第３の
方式は、表示光の光利用率が低い点が問題であるが、低
価格にできる可能性があり、安全性上の問題もない。従
って、自動車用のヘッドアップディスプレイとしては、
第３の方式が有力である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した第３の方式において、第１４図に示すように、
太陽光１が表示光りの伝播経路を逆行する方向でダツシ
ュボード１７上の開口部１６から投写光学系１９に入射
した時に表示器１を照らし、特に蛍光表示管を表示器と
して用いた時には、蛍光体が白色であるため光が強く散
乱され、表示の有無にかかわらず表示セグメントが疑似
的に発光した状態になり、正しい表示ができなくなって
しまう。

第１５図（ａ）、第１５図（ｂ）は疑似発光状態を説明
するたｔの図である。第１５図（ａ）は表示が正常な場
合で、「８０コと表示されている。斜線を施した表示セ
グメントは発光していない。第１５図（ｂ）は疑似発光
状態を示しており、表示セグメント全体に強い光く太陽
光）が当たり、白色の蛍光体が光を散乱し、あたかも発
光しているかのように見える。この散乱光強度が表示光
に比べて強い場合（晴天時の太陽光は充分に強い）は、
表示の有無を見分けることが困難になる。蛍光表示管は
他の表示器に比べて輝度が高く、しかも低価格で、ヘッ
ドアップディスプレイ用の表示器としては最も有力なデ
バイスである。従って、蛍光表示管の疑似発光の問題の
解決が必要とされていた。

本発明は上記従来の問題点に鑑み、太陽光等の外来光が
、表示光の伝播経路を逆行し、表示器の管面を照明して
疑似発光させ、正しい表示がおこなえなくなる現像を防
止したヘッドアップディスプレイ装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は本発明の原理説明図である。

同図において、１は表示器、２′はプリズム素子であり
、該プリズム素子２′はプリズム２の一方の面の裏面に
波長選択性を有する反射膜（該膜としては正反射ホログ
ラム又は多層膜が用いられる）４が設けられたものであ
る。また該プリズム素子２′はそのプリズム２の表面（
反射膜４が設けられていない方の面）２１が表示器１と
完全には平行とならない状態で配置されている。そして
表示器１からの表示光ｆはプリズム２の表面から人り、
反射膜４で反射され、再びプリズム２を通ってｇ方向に
出射された後、図示なき拡大光学系３及び板状部材１５
（ウィンドシールド）を介して運転者の眼に入り、運転
者に表示像を見せることができるようになっている。

〔作　用〕

プリズム素子２′の表面２１と反射膜４が形成された裏
面は平行でないため、表示光ｇと逆行して入射する太陽
光１の内、プリズム２の表面２１での反射成分（ｍ方向
への光）が表示器１に入らないようにすることができる
。またプリズム２に入った光Ｊは裏面に形成された反射
膜４の波長選択性により、表示器１に入る波長帯域が限
定される。

以上により、太陽光１が表示器１を照射する量を低減で
き、表示器１の異常発光を大幅に低減することができる
。なお反射膜４の反射波長帯域の光には表示器１に入射
するが、その光による表示器１の異常発光量は表示光に
比べて弱いため実用上問題とはならない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面によって詳述する。

なお、構成、動作の説明を理解し易くするために全図を
通じて同一部分には同一符号を付してその重複説明を省
略する。

第２図及び第３図は本発明の第１の実施例を示す図であ
り、第２図（ａ）は投写光学系ユニットの構成図、第２
図（ｂ）は投写光学系ユニットを自動車に搭載した図、
第３図は本実施例の投写光学系を構成する表示器とプリ
ズム素子および表示光の伝播方向の関係を示す図である
。

第２図（ａ）において、１は表示器（蛍光表示管）で自
動車走行時の速度、計器類の表示を行う。

２は所定の頂角θを有するプリズムで角度θをなす２面
のうちの１面２２に波長選択性を有する膜４として正反
射型ホログラム４′が形成されている。

また該表示器１とプリズム２は、プリズム２の正反射ホ
ログラム４′が形成されていない面２１と表示器１０表
面とが平行ではなく多少角度をつけて配置されている。

これは、２つの面の間での反射光が表示像に重ならない
ようにするためである。

３０は拡大光学系３として設けられた凹面鏡、１８は表
示光を８射する開口窓であり、投写光学系ユニット１９
を密閉するように透明板で覆っている。このように構成
された投写光学系ユニット１９は第２図（ｂ）に示すよ
うに自動車のダツシュボード１７の内部に設置される。

なおダツシュボード１７には表示光を出射させる開口部
１６が設けられている。

また１５′　はウィンドシールドであり、該ウィンドシ
ールド１５′には金属薄膜、または誘電体膜、または正
反射型ホログラム膜を設け、反射率と透過率を適当に設
定しておいても良い。

このように自動車に搭載された投写光学系ユニット１９
は第２図（ａ）に示すように、表示器１から発する光ｆ
をプリズム面２１から入射させ、裏面２２に達する光は
ホログラム４′で反射され、再びプリズム面２１から出
射する。プリズム２から出射した光ｇは虚像１１を生成
し、更に拡大光学系３として設けた凹面鏡３０で反射さ
れる。これにより、遠方に拡大された虚像１２が形成さ
れる。凹面鏡３゜で反射された光りは投写光学系ユニッ
ト１９を密閉するたｔに設けられた開口窓１８を透過し
、ユニット外部に出射される。その出射角度は、第２図
（ｂ）の如く投写光学系ユニット１９から出射された表
示光りがウィンドシールド１５′で一部反射され、運転
者の眼の位置６に向かうように設計されている。これに
より運転者は視野内に表示映像を虚像１３の位置に見る
ことができる。

次に本実施例の外来光に対する作用を第３図により説明
する。

同図において、表示光ｇと逆向きに入射する太陽光１は
、その一部がプリズム２の表面２１でｍ方向に反射され
る。この光は、プリズム２の表面２１と反射膜４が形成
された裏面が平行ではなく多少角度をつけて配置されて
いるたと表示器１には入らない。また太陽光ｌの残りは
点線」で示すようにプリズム２内に屈折して入り、正反
射型ホログラム４′で特定の波長帯域以外の光はβ方向
に透過し、特定の波長帯域の光にのみが反射されて点線
で示すように表示器１に到達する。この成分による表示
器１の照明は避けられないが太陽光がまともに入射する
場合に比べて、大幅に照射量は低減される。

正反射型ホログラム４′は、例えば２つの平面波を、そ
れぞれホログラム乾板の互いに異なる面から、等しい入
射角で照射し干渉させて作成することができる。反射型
ホログラムの作成方法（３ついては公知であるため、説
明を省略する。ホログラムの反射波長帯域は表示器１の
発光スペクトルのピーク値付近になるようにする。正反
射型ホログラム（干渉縞がホログラム表面に平行）は色
収差を生じないため、１枚単独で用いることには問題が
ない。（一般にホログラムを結像系に用いる場合には、
色収差を補正するため２枚用いる。）ホログラム４′の
面積は、表示器１の表示面積上はぼ同等か大きめにとる
。必要な面積の詳細は、拡大光学系３（ここでは凹面鏡
３０）を構成する素子の大きさと伴に、運転者が表示を
見ることのできる眼の位置の範囲（視認範囲）の大きさ
により変わる。

第３図では、ホログラム面での反射については述べなか
ったが、太陽光スペクトルのうちホログラム４′　で反
射されない波長の光でも、表面反射により点線にの方向
に向かう成分がある。これをなくすためには、第４図に
示すようにホト。７グラム面に反射防止手段７を施した
透明平板６を接着した構造１こすればよい。或いは、第
、′５図に示すようにホログラム面にプリズム８を接着
し、正反則光が表示器に入射しないようにすればよい。

第１４図、第５図において、表示光の表面反射成分子′
１ｆ″、太陽光の表面反射成分ｍ、ｒはいずれもｇ。

ｋとは異なる方向になる。

以上述べた実施例においては、正反射型ホログラムを用
いた場合を示したが、ホログラムの代わりに誘電体多層
膜ミラーを用いてもよい。但し、所望の波長選択性を持
たせる多層膜ミラーは一般に高価であるため、特に面積
が大きい場合にはホログラムを利用した方が安価に構成
できる。

第６図は本発明の第２の実施例を示す。本実施例は拡大
光学系３として、２つの凹面鏡３１　、３２を用いて表
示の拡大率の向上を図ったものである。

拡大率を上げるためには、第２図の実施例において、凹
面鏡３Ｑとして焦点距離の短いものを用いればよいが、
像の歪みが大きくなり、広い視認範囲を確保することが
難しくなる。具体的には、運転者の眼の位置が変化した
時に表示像の形が大きく歪んでしまう。そこで焦点距離
が比較的長い凹面鏡を２つ使うことにより、無理なく像
の拡大率をあげることができる。第６図においては光軸
が平面内にあるが、表示光りの出射方向は任意に変える
ことが可能である。

通常、自動車の運転者は自動車の右側または左側に着席
して運転を行うように運転席が設けられている。従って
、表示光りがウィンドシールド１５で反射される様子は
、第１１図乃至第１３図に示したように、平面図で書け
るような単純なものではない。即ち第７図に示すように
、ダツシュボード１７上の開口部１６から出射する表示
光りを、ウィンドシールド１５で斜めにすべるように反
射させ、運転者の眼の位置６に導く必要がある。

第８図は第２の実施例の変形例で、上述した状況に適用
可能な表示光学系ユニット１９の一例を示す。第８図（
ａ）は上面図、第８図（ｂ）は側面図である。構成要素
は第６図の場合と同様で、表示器１、プリズム素子２′
、凹面鏡３１．３２であるが、配置の仕方が異なる。

第９図は本発明の第３の実施例を示す。拡大光学系３と
して、光学レンズ系３４を用いることもできる。図では
単一の凸レンズで表しているが、群レンズであってもよ
いことは言うまでもない。但し低価格化を図るためには
、できるだけ単純なレンズ構成にすることが望ましい。

第１０図は本発明の第４の実施例を示す。拡大光学系３
として、光学レンズ系３４と凹面ｊＮ３０を組合せた場
合である。このように、拡大光学系は凸レンズと凹面鏡
の組合せがいろいろ考えられる。

但し、レンズを用いる場合は、表面反射の影響があるた
ｔ、反射防止膜等が必要になる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、表示
器から発する光を、所定の頂角のプリズムに入射させ、
プリズムの裏面に形成した波長選択性を有するミラーで
反射させ、更に拡大光学系により表示像を拡大するよう
に光学系を構成し、同光学系による表示光をウィンドシ
ールドで反射させ、運転者の眼の位置に導くようにヘッ
ドアップディスプレイを構成することにより、太陽光が
表示光と逆向きに入射しても表示器を強く照射して表示
の認識を不可能にするような異常発光現象を抑制するこ
とができる効果がある。また、上記表示光学系をユニッ
ト状に一体化することにより、ダラシ二ボード内への配
置を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、 第２図は本発明の第１の実施例を示す図、第３図は本発
明の第１の実施例の投写光学系を構成する表示器とプリ
ズム素子および表示光の伝播方向の関係を示す図、 第４図及び第５図は本発明の第１の実施例における他の
プリズム素子を示す図、 第６図は本発明の第２の実施例を示す図、第７図は本発
明の投写光学系を自動車に搭載した場合の別な例を示す
図、 第８図は本発明の第２の実施例の変形例を示す図、 第９図は本発明の第３の実施例を示す図、第１０図は本
発明の第４の実施例を示す図、第１１図、第１２図及び
第１３図は従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す
図、 第１４図は発明が解決しようとする課題を説明するため
の図、 第１５図は蛍光表示管の疑似発光状態を説明するための
図である。 図において、 ｌは表示器、 ２はプリズム、 ２′はプリズム素子、 ３は拡大光学系、 ４は波長選択性を有する反射膜、 ４′は正反射、七ログラム、 ６は運転者の眼、 ７は反射防ＩＬ手段、 ８はブリズｌ８． １１＝１２．１３は虚像、 １５は板状部材、 １５′　はウィンドシーツ［ド、 １６は開１．７１部、 口）、よダラシ、ボード、 １日は開し］窓、 １９は投写光学系ユニット、 ３０．３１．３２は凹面鏡、 ３．４は光学レンズ系、 ｆは表示器からホログラムへ向かう光、ｇはホログラム
から拡大光学系へ向かう光、ｈは拡大光学系からウィン
ドシールドへ向かう光、１は太陽光 を示す。 本発明の原理説明図 第１図 １・・・表示器 ２・・・プリズム ２′・・・プリズム素子 ４・・・波長選択性を有する膜 第３図 １・・・表示器 ２・・・プリズム ２′・・・プリズム素子 ４′・・・正反射ホログラム ２１　、２２・・・プリズム面 第４図 ２・・・プリズム ２′・・・プリズム素子 ４′・・・正反射ホログラム ６・・・透明平板 ７・・・反射防止手段 第５図 ２・・・プリズム ２′・・・プリズム素子 ４′・・・正反射ホログラム ８・・・プリズム 本発明の第２の実施例を示す図 第６図 １・・・表示器 ２・・・プリズム ２′・・・プリズム素子 ４′・・・正反射ホログラム ８・・・プリズム １８・・・開口窓 １９・・・投写光学系ユニット ３１　、３２・・・凹面鏡 本発明の投写光学系を自動車に搭載 し５だ場合の別な例を示す図 第７０ ６・・・運転者 １５′・・・ウィンドシールド １６・・・開口部 １７・・・ダツシュボード 従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す図第１１図 従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す図第１２図 （Ｑ）上面図 ＼Ｔ９ （ｂ）側面図 本発明の第２の実施例の変形例を示す間第８図 １・・・表示器 ２・・・ブ＋）ズム ２′・・・プリズム素子 ４′・・・正反射ホログラム ８・・・プリズム １８・・・開口窓 １９・・・投写光学系ユニット ３１　、３２・・・凹面鏡 本発明の第３の実施例を示す図 第９図 本発明の第４の実施例を示す図 第１０図 １・・・表示器 ２・・・プリズム ２′・・・プリズム素子 ４′・・・正反射ホログラム ８・・・プリズム １８・・・開口窓 １９・・・投写光学系ユニット ３０・・・凹レンズ ３４・・・光学レンズ系 １！Ｉｌｌ 従来のヘッドアップディスプレイ装置を示す間第１３回 １・、２・′ ／ コ ［゛ 発明が解決しようとする課題を説明するための図第１４
囚 蛍光表力、管０号 詳似発光状態を説明するための図 第１５０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも表示器（１）を有する投写光学系ユニッ
   ト（１９）と、該投写光学系ユニット（１９）から発す
   る光を反射して使用者の眼の位置に向けるための板状部
   材（１５）とを具備し、該板状部材（１５）による反射
   がその形状に従った正反射であり、使用者が視野内に外
   界風景と前記板状部材（１５）で反射された表示像とを
   重畳して視認することを可能にしたヘッドアップディス
   プレイ装置において、 上記投写光学系ユニット（１９）は少なくとも表示器（
   １）と、該表示器（１）からの光を反射する波長選択性
   を有する反射膜（４）がプリズム（２）の一面に設けら
   れたプリズム素子（２’）とを具備し、表示器（１）か
   らの光を該プリズム素子（２’）の波長選択性を有する
   反射膜（４）が形成されていない面から入射させ、該波
   長選択性を有する反射膜（４）で反射させ、該プリズム
   （２）を再度透過させて空気中に取り出すように構成し
   たことを特徴とするヘッドアップディスプレイ装置。 ２、前記板状部材（１５）に、一体形成された薄膜が金
   属薄膜または誘電体膜または正反射型ホログラム膜が形
   成されてなることを特徴とする請求項１記載のヘッドア
   ップディスプレイ装置。 ３、前記投写光学ユニット（１９）を自動車に取りつけ
   、該投写光学系ユニット（１９）から出射する表示光を
   反射率と透過率を所定の値に設定したウインドシールド
   （１５’）で反射させることにより、運転者の前方視野
   内に表示を重畳させることを特徴とする請求項１記載の
   ヘッドアップディスプレイ装置。 ４、前記波長選択性を有する反射膜（４）が正反射型ホ
   ログラム（４’）であることを特徴とする請求項１記載
   のヘッドアップディスプレイ装置。 ５、前記波長選択性を有する反射膜（４）が誘電体多層
   膜であることを特徴とする請求項１記載のヘッドアップ
   ディスプレイ装置。