JPH04301880A - 乗物用ヘッドアップディスプレイ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機、鉄道車両また
は自動車等の乗物の操縦者が前方外界の情景を見ながら
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（たとえば、速度情報、ブレーキ情報、時
刻情報等）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。

【０００２】

【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（ビームスプ
リッタ）またはホログラム素子等のコンバイナを配置し
、そのコンバイナは外界の情景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光装置は、ＣＲ
Ｔ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
系および反射鏡等から構成されており、前記情報表示光
を操縦者が前方の視野の中に視認できるように構成され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、航空機、鉄道
車両または自動車等の乗物において、操縦者に対する情
報表示には、たとえば、速度情報などのように通常時に
表示しているものと、車両異常時の警報表示など、必要
に応じて表示するものの二種類があり、さらに、警報表
示はその緊急度に応じて、注意表示と警告表示とに区別
されることもある。たとえば、通常時に表示している情
報表示には、緑色や青色が用いられ、注意表示には黄色
、警告表示には赤色が用いられるというように、色分け
表示することが従来から行われている。

【０００４】前述の従来のヘッドアップディスプレイに
おいても、光学的情報表示装置に、透過型液晶パネル等
の透光量制御型表示パネルおよびこの透光量制御型表示
パネルに積層した表示情報着色用フィルタから構成され
たカラー表示パネルや、カラーＣＲＴ等を用いて、カラ
ー表示することが可能である。

【０００５】しかしながら、従来のヘッドアップディス
プレイにおいてカラー表示を行う場合、前記コンバイナ
にはハーフミラーが使用されており、ホログラム素子は
使用されていない。この理由は、ホログラム素子は光の
回折方向が波長に依存するため、同一表示面でカラー表
示を行った場合、同一のホログラム面から波長の異なる
種々の光を操縦者に向かわせるのが困難であったからで
ある。

【０００６】このため、従来のヘッドアップディスプレ
イにおいては、カラー表示の場合はコンバイナにハーフ
ミラーが使用されていたのである。ところで、乗物用の
ヘッドアップディスプレイにおいて、速度、空気圧、時
刻等の通常の運航に関する情報は例えばグリーンＣＲＴ
ディスプレイにより緑色で表示し、異常時の警報表示は
前記通常の情報と明瞭に区別して高輝度の赤色発光ＬＥ
Ｄを用いて操縦者の目につき易いパターン等で表示でき
れば、操縦者が乗物の異常を見落とすことがなくなる。 すなわち、通常の情報を緑または青等で表示した場合、
前記警報表示は、目につき易い黄色または赤色等を用い
て別のディスプレイを用いて鮮明に表示すると都合が良
い。

【０００７】ところが、前記ハーフミラーにおいては、
光の入射角と反射角とが等しいため、２種類の光学的情
報表示装置例えばグリーンＣＲＴディスプレイと、高輝
度光源を用いた透光量制御型表示パネルとを用いた場合
、両表示装置で表示された情報を隣接あるいは重ね合わ
せた位置に視認するためには、両表示装置を隣接させて
配置するか、または表示光をコリメート光とする光学部
材にダイクロイックタイプのビームコンバイナを挿入し
、光学部材から出射する前に両表示光を合成しておく必
要があった。しかしながら、両表示装置を極めて接近さ
せて配置することは表示装置の構造上困難であり、また
、乗物の操縦室内の操縦座席前方のスペースには、ハン
ドル等の操作部材または種々の他の計器等を配置する必
要があるので、２種以上の表示装置を隣接させて配置す
るスペースを確保するのも困難である。また、前記ダイ
クロイックタイプのビームコンバイナを挿入し、光学部
材から出射する前に両表示光を合成する方法では、光学
部材の構成が大きく複雑になるという問題点があった。

【０００８】また、コンバイナにハーフミラーを使用す
る場合、ハーフミラーは表示光の光量の５０〜７０％程
度が操縦者の位置と異なる方向に透過してしまうので、
表示輝度が低下してしまうという問題点があった。特に
、赤色光においては、高輝度のＬＥＤ光源を利用するこ
とができるものの、赤色光以外の色調の表示を行う場合
は、高輝度の光源が存在しないので、前記ハーフミラー
によって生じる表示輝度の低下により、明るさが不足す
るという問題点があった。

【０００９】したがって、光源の輝度が不足している場
合に明るい表示を得るためには、外界の情景から出射す
る外部光を透過させるとともに、光学的表示手段から出
射した情報表示光を操縦者の方向に回折するコンバイナ
を使用する必要がある。ところが前述のように従来の回
折機能を用いたコンバイナでは、カラー表示を行うこと
が困難であった。そこで、最近は、高輝度のカラー表示
が行えるヘッドアップディスプレイを製作しようとする
種々の試みが見られ、例えば、多波長に感光するホログ
ラム膜の開発等が進められているようである。

【００１０】ところで、ヘッドアップディスプレイで表
示される情報の多くは、速度、空気圧、時刻等の通常の
運航に関する情報であり、このような通常の情報は多色
表示する必要はない。しかしながら、異常時の警報表示
は前記通常の情報と明瞭に区別して操縦者の目につき易
い色で表示する必要がある。すなわち、通常の情報を緑
または青等で表示した場合、前記警報表示は、目につき
易い黄色または赤色等を用いて鮮明に表示する必要があ
る。

【００１１】しかしながら、従来のように、ヘッドアッ
プディスプレイの光学的情報表示手段として、透過型液
晶パネル等の透過光量制御パネルとカラーフィルタとを
重ねて構成したカラー表示パネルまたはＣＲＴディスプ
レイ等のいずれか１つのカラー表示装置を用いた場合、
通常表示と警報表示とは、表示色が変わっても、しょせ
ん同一表示面上での表示であるので、それらの差をきわ
だたせることは難しかった。

【００１２】本発明は、前述の事情に鑑み、乗物用のヘ
ッドアップディスプレイにおいて、表示情報の内容に応
じて適切な表示輝度の色分け表示を行えるようにすると
もに、通常情報の表示に対して異常情報の表示を目につ
き易くすることを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】次に、前記課題を解決す
るために案出した本発明の構成を説明するが、本発明の
構成要素には、後述の実施例の構成要素との対応を容易
にするため、実施例の構成要素の符号をカッコで囲んだ
ものを付記している。なお、本発明を後述の実施例の符
号と対応させて説明する理由は、本発明の理解を容易に
するためであり、本発明の範囲を実施例に限定するため
ではない。前記課題を解決するために、本発明の乗物用
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装置（Ｄ１，Ｄ２）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光する光学
部材（Ａ１，Ａ２））とを備えた情報投光装置（Ｋ）と
、操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の情景
を操縦者が視認できるように前記外界からの光線（Ｊ）
を前方から後方に透過させるとともに、前記情報投光装
置（Ｋ）から投光された情報表示光（Ｌ１，Ｌ２）を操
縦者が視認できる方向に向かわせるコンバイナ（Ｃ）と
を備えた乗物用のヘッドアップディスプレイにおいて、
前記情報投光装置（Ｋ）はそれぞれ異なる色の情報表示
光（Ｌ１，Ｌ２）を出射する複数の光学的情報表示装置
（Ｄ１，Ｄ２）およびそれらの各光学的情報表示装置（
Ｄ１，Ｄ２）に対応してそれぞれ配置された光学部材（
Ａ１，Ａ２）を備えるとともに、前記コンバイナ（Ｃ）
は、前記複数の光学的情報表示装置（Ｄ１，Ｄ２）の中
の少なくとも１つの光学的情報表示装置（Ｄ１）および
その光学的情報表示装置（Ｄ１）に対応して配置された
光学部材（Ａ１）から出射した情報表示光（Ｌ１）を操
縦者の方向に回折する回折領域を備えたことを特徴とす
る。

【００１４】前記本発明における光学的情報表示装置（
Ｄ１，Ｄ２）は、光学的情報を表示することのできるも
のであればよく、様々な表示装置、例えばＣＲＴディス
プレイ、高輝度発光ダイオードやハロゲン電球などをバ
ックライト光源とした透過型液晶表示パネル、またはＬ
ＥＤディスプレイなどが使用できる。また、前記複数の
光学的情報表示装置（Ｄ１，Ｄ２）から出射し、コンバ
イナによって操縦者が視認できる方向に向けられる情報
表示光（Ｌ１，Ｌ２）は、全ての情報表示光（Ｌ１，Ｌ
２）を回折させることも可能であり、特定の光学的情報
表示装置から出射した情報表示光は回折させ、他の情報
表示光は反射させるようにすることも可能である。

【００１５】

【作用】前述の特徴を備えた本発明のヘッドアップディ
スプレイは、複数の光学的情報表示装置（Ｄ１，Ｄ２）
が設けられているので、各光学的情報表示装置（Ｄ１，
Ｄ２）の、表示輝度および表示パターンはそれぞれ独立
に制御することができる。したがって、各光学的情報表
示装置では、色、輝度、パターン等が異なる情報表示光
を出射することができる。すなわち、複数の光学的情報
表示装置（Ｄ１，Ｄ２）の中の１つの光学的情報表示装
置（Ｄ１）によって通常情報を表示し、他の光学的情報
表示装置（Ｄ２）によって高輝度で目に付くように異常
情報を表示することができる。前記複数の光学的情報表
示装置（Ｄ１，Ｄ２）およびそれに対応してそれぞれ配
置された光学部材（Ａ１，Ａ２）からそれぞれ出射した
色、輝度、パターン等の異なる情報表示光（Ｌ１，Ｌ２
）の少なくとも一方は、前記コンバイナ（Ｃ）で回折さ
れて操縦者の方向に向う。したがって、操縦者Ｐは、前
記通常情報とは、色、輝度、パターン等が明確に区別し
て表示された異常情報を視認することができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例を説明する
。図１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Ｐ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との間にフロント
ガラスＦが配設されている。このフロントガラスＦと操
縦者Ｐとの間には、コンバイナＣが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には情報投光装置Ｋが配設されている。前記情
報投光装置Ｋは、速度情報などの通常表示を行う第一の
光学的情報表示装置Ｄ１と車両異常時の警報表示など、
必要時のみ使われる第二の光学的情報表示装置Ｄ２とを
備えている。

【００１７】前記第一の光学的情報表示装置Ｄ１は、グ
リーンＣＲＴからなり、第一の情報表示光Ｌ１を出射す
る。第一の情報表示光Ｌ１は、緑色の単色表示光である
。また、前記第二の光学的情報表示装置Ｄ２は、図２に
示すように高輝度発光ダイオードを用いた光源Ｄ２１と
、液晶表示パネルＤ２２からなり、第二の情報表示光Ｌ
２を出射する。第二の情報表示光Ｌ２は、赤色であり、
前記第一の情報表示光Ｌ１と同様に単色表示光である。

【００１８】前記第一の光学的情報表示装置Ｄ１ととも
に用いられる第一の光学部材Ａ１と、前記第二の光学的
情報表示装置Ｄ２とともに用いられる第二の光学部材Ａ
２とは、それぞれ、前記各光学的情報表示装置Ｄ１，Ｄ
２から出射した前記各情報表示光Ｌ１，Ｌ２をコリメー
ト光にして前記コンバイナＣに入射させるように配置さ
れている。

【００１９】前記コンバイナＣは前記各光学部材Ａ１，
Ａ２から入射した各情報表示光Ｌ１，Ｌ２を前記操縦者
Ｐに向けて回折させるように配置されている。また、前
記コンバイナＣは外部の情景等から入射した外部光Ｊを
前記操縦者Ｐに向けて透過させる。

【００２０】前記光学部材Ａ１，Ａ２および光学的情報
表示装置Ｄ１，Ｄ２から情報投光装置Ｋが構成されてお
り、また、前記コンバイナＣ、前記情報投光装置Ｋおよ
び図示しない表示信号出力手段等からヘッドアップディ
スプレイ装置Ｈが構成されている。

【００２１】図２に示すように、電車の車輪速度などの
信号Ｓ１はシンボルジェネレータ１０に入力され、シン
ボルジェネレータ１０の出力、すなわち、表示画像信号
Ｓ２は、ＣＲＴドライバ１１を介して光学的情報表示装
置（ＣＲＴ）Ｄ１に入力する。制限速度オーバ時等の車
両の異常状態などを発生する警報信号Ｓ３は、異常状態
検知回路１２に入力され、異常状態検知回路１２が出力
する警報信号Ｓ４は、液晶ドライバ１３、および、ＬＥ
Ｄドライバ１４に入力される。液晶ドライバ１３は、液
晶表示パネルＤ２２に接続され、ＬＥＤドライバ１４は
、高輝度発光ダイオードを用いた光源Ｄ２１を駆動する
。

【００２２】前記コンバイナＣの製作方法は、図３およ
び図４に示される。すなわち、コンバイナＣは緑色の波
長に対応した回折領域Ｃｇと、赤色の波長に対応した回
折領域Ｃｒを備え、これらは、ホログラフィー技術によ
って、ホログラム記録面Ｃｈ上に製作される。

【００２３】図３において、緑色の波長に対応した回折
領域Ｃｇを製作するときは、ガラス基板Ｃ１上に重クロ
ム酸ゼラチンなどの記録材料を塗布してホログラム記録
面Ｃｈを形成した後、所定の入射角度θｇで緑色の波長
をもった参照光Ｌｇを下方より投射する。これと同時に
、左方より照明光Ｌｓを照射し、ホログラム記録面Ｃｈ
上に干渉縞を記録し、緑色回折領域Ｃｇを作成する。

【００２４】図４において、赤色の波長に対応した回折
領域Ｃｒを製作するときには、前記緑色回折領域Ｃｇの
上面に板ガラスＣ２を積層し、その板ガラスＣ２上に前
述と同様にホログラム記録面Ｃｈを形成する。そして、
前記緑色の波長に対応した入射角度θｇとは異なる入射
角度θｒで赤色の波長もった参照光Ｌｒを下方より投射
することにより、赤色回折領域Ｃｒを作成する。そして
、この赤回折領域Ｃｒの上面を板ガラスＣ３で被覆して
コンバイナＣを作成する。この例では、前記緑色の波長
に対応した緑色回折領域Ｃｇ、および、前記赤色の波長
に対応した赤色回折領域Ｃｒを互いに重なった積層状態
で構成したが、併設状態で構成することも可能である。

【００２５】前記の様に製作されたコンバイナＣは、図
５および図６に示すように、緑色の表示光ＬＧおよび赤
色の表示光ＬＲはそれぞれ異なる回折角で回折され、両
方とも操縦者の方向に向けられる。

【００２６】図７は、操縦者Ｐの視野内に表示される表
示画像の一例であり、緑色で常時表示される、速度メー
タ１５と、車両異常時のみ、赤色で表示される警報表示
部分１６からなる。前記速度メータ１５は、固定された
目盛部分と速度に応じ移動する指針部分からなり、これ
らは、ＣＲＴ（光学的情報表示装置Ｄ１）のストローク
モードにより表示される。なお、速度メータ１５は、ド
ットマトリクスモードで表示することも可能である。

【００２７】警報表示部分１６は、例えば、運転区間毎
に定められた制限速度を越えたときに、「速度超過」、
「制限１００Ｋｍ」などと表示したり、あるいは、過負
荷により主電動機に過電流が流れたときなどに「過電流
」と表示したりするものである。そして、これらの警報
表示は、光透過パターンを有する液晶表示パネルＤ２２
および赤色の高輝度発光ダイオードを用いた光源Ｄ２１
から構成される光学的情報表示装置Ｄ２によって表示さ
れる。この光学的情報表示装置Ｄ２において、前記液晶
表示パネルＤ２２は、前記「制限１００Ｋｍ」の表示の
中の数値「１００」のパターンを例えば「９０」または
「１２０」等のパターンに変化させるために使用されて
いる。なお、前記液晶表示パネルＤ２２は、ドットマト
リクス表示とすることも可能である。また、前記光源Ｄ
２１の発光ダイオードを数値表示用のセグメントに分割
して配置した場合は、前記分割された発光ダイオードを
選択点灯することにより数値を表示できるので、前記液
晶表示パネルＤ２２を省略することも可能である。

【００２８】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。図１中左側に在る外界からコ
ンバイナＣに向って進んで来た外部光線Ｊは、大部分が
コンバイナＣを透過して直進し、操縦者Ｐの眼に至る。 これにより操縦者Ｐは外界の情景をそのまま視認するこ
とができる。一方、前記光学的情報表示装置Ｄ１から出
射した第一の情報表示光Ｌ１は、前記コンバイナＣの緑
色の波長に対応した回折領域Ｃｇによって回折され、操
縦者Ｐの視野内に速度メータを、外界の情景に重ねて表
示する。

【００２９】車両の異常状態時例えば制限速度オーバ時
などに発生する警報信号Ｓ３が異常状態検知回路１２に
入力されるので、液晶表示パネルＤ２２上に警報表示パ
ターンが表示される。これと同時に、高輝度発光ダイオ
ードを用いた光源Ｄ２１が点灯することによって、高輝
度で赤色の第二の情報表示光Ｌ２が前記コンバイナＣに
向けて投射される。前記コンバイナＣの赤色の波長に対
応した回折領域Ｃｒはこの情報表示光Ｌ２を操縦者Ｐに
向けて回折する。これによって、操縦者Ｐの視野内には
、前記外界の情景光Ｊおよび緑色の第一の情報表示光Ｌ
１（速度メータ）に重ねて、車両の異常を表す警報等の
赤色の第二の情報表示光が高輝度に表示される。

【００３０】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の要旨の範囲内で種々の設計
変更を行うことが可能である。例えば、本発明は、電車
以外の他の乗物用のヘッドアップディスプレイにも適用
することが可能である。また、光学的情報表示装置とし
ては、ＣＲＴ、液晶表示パネルの代わりにエレクトロケ
ミカルディスプレイ（ＥＣＤ）またはその他の透光量制
御型表示パネルと光源とを組合わせたディスプレイを用
いることが可能である。さらにまた、前記高輝度発光ダ
イオードを用いた光源Ｄ２１の代わりに、着色フィルタ
とともにハロゲン電球などを用いることも可能である。

【００３１】そしてさらに、実施例では、平面波を用い
て作成したホログラム素子によりコンバイナの回折領域
を製作する例を示したが、これに代えて球面波を用いて
作成したホログラムレンズによりコンバイナの回折領域
を製作しても良く、この場合、光学部材に必要なパワー
の一部をコンバイナに受け持たせることが可能となる。 そしてさらにまた、緑色、赤色の２色表示に限らず、３
色以上の表示を行うことも可能である。

【００３２】なおまた、前記実施例において、高輝度の
赤色ＬＥＤを光源として使用せずに、ＬＥＤディスプレ
イとして使用し、前記液晶表示パネルを省略した場合に
は、異常情報を非常に高輝度で表示することが可能であ
る。この場合、前記コンバイナには、緑色回折領域Ｃｇ
だけを設け、グリーンＣＲＴディスプレイ（光学的情報
表示装置）Ｄ１から出射した緑色光のみを回折させ、異
常情報を表示する赤色の情報表示光はコンバイナで反射
させるように構成することも可能である。この場合、赤
色の情報表示光は、かなり多くの部分がコンバイナを透
過するので、反射して操縦者に到達する情報表示光は減
少するが、ＬＥＤディスプレイの輝度が十分高いので、
十分視認可能である。

【００３３】

【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、複数の光学的情報表示装置を用いたので、各光学
的情報表示装置の色、輝度、表示パターン等を独立に制
御することができる。したがって、表示情報の内容に応
じた、表示色、表示輝度、表示パターンで表示が行える
。したがって、通常情報の表示に比べ、異常情報が目に
つき易い表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本出願のヘッドアップディスプレイ装置を
用いた電車の横面図である。

【図２】　　本出願のヘッドアップディスプレイ装置の
一実施例の詳細説明図である。

【図３】　　同実施例に用いるコンバイナの緑色回折領
域の製作時の説明図である。

【図４】　　同実施例に用いるコンバイナの赤色回折領
域の製作時の説明図である。

【図５】　　同実施例に用いるコンバイナの緑色回折領
域の使用時の説明図である。

【図６】　　同実施例に用いるコンバイナの赤色回折領
域の使用時の説明図である。

【図７】　　同実施例による表示像の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ａ…光学部材、Ａ１…第一の光学部材、Ａ２…第二の光
学部材、Ｃ…コンバイナ、Ｄ…光学的情報表示装置、Ｄ
１…第一の光学的情報表示装置、Ｄ２…第二の光学的情
報表示装置、Ｆ…フロントガラス、Ｊ…外界の情景光、
Ｋ…情報投光装置、Ｌ…情報表示光、Ｌ１…第一の情報
表示光、Ｌ２…第二の情報表示光、Ｐ…操縦者、Ｕ…ヘ
ッドアップディスプレイ装置

Claims (1)

【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
   的情報表示装置と前記表示面から出射した情報表示光を
   所定の方向に投光する光学部材とを備えた情報投光装置
   と、操縦者の前方に傾斜して設けられ、前方の外界の情
   景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、前記情報投光装置か
   ら投光された情報表示光を操縦者が視認できる方向に向
   かわせるコンバイナとを備えた乗物用ヘッドアップディ
   スプレイにおいて、前記情報投光装置はそれぞれ異なる
   色の情報表示光を出射する複数の光学的情報表示装置お
   よびそれらの各光学的情報表示装置に対応してそれぞれ
   配置された光学部材を備えるとともに、前記コンバイナ
   は、前記複数の光学的情報表示装置の中の少なくとも１
   つの光学的情報表示装置およびその光学的情報表示装置
   に対応して配置された光学部材から出射した表示光を操
   縦者の方向に回折する回折領域を備えたことを特徴とす
   る、乗物用ヘッドアップディスプレイ。