JPH04301881A - 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、鉄道車両、自動車、船
舶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）を重ねて表示する乗物用のヘッドアップディスプレ
イや、周囲の情景に各種案内情報を重ねて表示する広告
、案内用のヘッドアップディスプレイ等に関する。この
ようなヘッドアップディスプレイを乗物に用いれば、操
縦者は一々前方の情景から視線をそらせて計器類を見る
必要がなくなるので、前方情景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。また、広告
、案内用としては周囲の情景に、その情景の説明等を重
ねて表示することができるので、観光地の案内等にも使
用することができる。

【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、その使用者の視野前方にハーフミラーまたはホ
ログラム素子等のコンバイナを配置し、そのコンバイナ
は前方の情景から出射した光線を使用者の方向に透過さ
せるとともに、前記コンバイナの後面に入射した情報表
示光を使用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、ＣＲＴ、プラズマディスプレ
イ、発光ダイオードディスプレイ、または液晶ディスプ
レイ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
光を使用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】前述の従来のヘッドア
ップディスプレイにおいて、明るい外界の情景を背景に
して情報を表示する場合には、背景が明るければ明るい
程、高輝度の表示を行わなければ表示が見え難くなって
しまう。そこで、例えば液晶ディスプレイのような、光
透過型表示パネルと光源（バックライト）とから構成さ
れるディスプレイを用いて非常に高輝度の表示を行おう
とした場合、非常に高輝度の光源が必要になる。前記高
輝度の光源として、従来、メタルハライドランプ、ハロ
ゲンランプ等が使用されている。

【０００４】前記非常に高輝度の光源は、強力な可視光
とともに多量の赤外光も発している。この赤外光が前記
情報投光装置の光学的情報表示手段または光学部材等に
吸収されると、情報投光装置の温度が上昇する。特に、
前記赤外光が表示パネルに吸収された場合には、表示パ
ネルの温度上昇が大きくなって、表示パネルの作動不良
が生じるという問題点があった。

【０００５】また、乗物の外部から前記光学部材に入射
する外部入射光として、太陽光線があるが、この太陽光
線は熱エネルギの大きな赤外光を多量に含んでいる。こ
のような外部入射光は、前記光学部材または光学的情報
表示手段に吸収され、熱に変換されて蓄積される。この
場合、前記光学部材または光学的情報表示手段の温度が
上昇し、それらに悪影響を及ぼすおそれがあった。本発
明は、前述の事情に鑑み、ヘッドアップディスプレイに
おいて、その構成要素の温度上昇を防止することを課題
とする。

【０００６】

【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、本出願の第１発
明の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手段（Ｄ）とこの光学的情
報表示手段（Ｄ）から出射した情報表示光（Ｌ）を所定
の方向に投光する光学部材（Ａ）とを備えた情報投光装
置（Ｋ）と、前方の情景から出射した光を後方の視認位
置に向けて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（Ｌ）を前記視認位置に向か
わせるコンバイナ（Ｃ）とを備えたヘッドアップディス
プレイにおいて、前記光学的情報表示手段（Ｄ）は、前
記表示面を形成する透光型表示パネル（Ｄ１）および光
源装置（Ｄ２）を備え、前記光源装置（Ｄ２）は、光源
（１１）とこの光源からの出射光のうち、可視光域の波
長を有する可視光を前記透光型表示パネル（Ｄ１）に向
かわせるとともに前記可視光より長波長領域の波長を有
する光源赤外光を別の方向に向かわせる赤外光分離光学
素子（１４）とを有し、前記情報投光装置（Ｋ）は、前
記光源赤外光を吸収する赤外光吸収体（１５）と、この
赤外光吸収体（１５）を冷却する冷却装置（１６）とを
備えたことを特徴とする。

【０００７】また前記課題を解決するために、本出願の
第２発明の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手段（Ｄ）とこの光
学的情報表示手段（Ｄ）から出射した情報表示光（Ｌ）
を所定の方向に投光する光学部材（Ａ）とを備えた情報
投光装置（Ｋ）と、前方の情景から出射した光を後方の
視認位置に向けて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（Ｌ）を前記視認位置
に向かわせるコンバイナ（Ｃ）とを備えたヘッドアップ
ディスプレイにおいて、前記光学部材（Ａ）は、外部か
ら入射する外部入射光のうち、可視光より長波長領域の
波長を有する外部赤外光を前記光学的情報表示手段（Ｄ
）の方向と異なる方向に向かわせる赤外光分離光学素子
（１４）を備え、前記情報投光装置（Ｋ）は、前記光源
赤外光を吸収する赤外光吸収体（１５）と、この赤外光
吸収体（１５）を冷却する冷却装置（１６）とを備えた
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】前述の特徴を備えた本出願の第１発明のヘッド
アップディスプレイは、前記光源装置（Ｄ２）が光源（
１１）この光源（１１）からの出射光のうち、可視光域
の波長を有する可視光を前記透光型表示パネル（Ｄ１）
に向かわせるとともに前記可視光より長波長領域の波長
を有する光源赤外光を別の方向に向かわせる赤外光分離
光学素子（１４）を有している。したがって、光源（１
１）からの出射光のうち、前記可視光だけが前記透光型
表示パネル（Ｄ１）に入射し、前記光源赤外光は別の方
向に向かう。この別方向に向かった光源赤外光は、前記
情報投光装置（Ｋ）の前記赤外光吸収体（１５）によっ
て吸収される。この赤外光吸収体（１５）は、前記光源
赤外光を吸収して温度が上昇するが、前記冷却装置（１
６）によって冷却される。

【０００９】前述の特徴を備えた本出願の第２発明のヘ
ッドアップディスプレイは、前記光学部材（Ａ）が、外
部から入射する外部入射光のうち、可視光より長波長領
域の波長を有する外部赤外光を前記光学的情報表示手段
（Ｄ）の方向と異なる方向に向かわせる赤外光分離光学
素子（１４）を備えている。したがって、外部入射光の
うち、熱エネルギの大きな外部赤外光は前記光学的情報
表示手段（Ｄ）の方向とは別の方向に向かう。この別方
向に向かった外部赤外光は、前記情報投光装置（Ｋ）の
前記赤外光吸収体（１５）によって吸収される。この赤
外光吸収体（１５）は、前記光源赤外光を吸収して温度
が上昇するが、前記冷却装置（１６）によって冷却され
る。

【００１０】前記赤外光分離光学素子（１４）としては
、コールドミラー、ホットミラー等のダイクロイックミ
ラー、または波長選択性のフィルタ等を採用することが
可能である。

【００１１】

【実施例】以下、図面により本発明の第１実施例を説明
する。図１，２において、鉄道車両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
間にコンバイナとして機能するフロントガラスＣが配設
されている。

【００１２】前記運転室２の計器盤４には、ヘッドアッ
プディスプレイの情報情報投光装置Ｋが配設されている
。この情報投光装置Ｋは、光学的情報表示手段Ｄおよび
光学部材Ａと、それらを支持するケーシング１０とを備
えている。前記光学的情報表示手段Ｄは、透過型の液晶
表示パネルＤ１と、その背面に配設された光源装置Ｄ２
とから構成されている。前記光源装置Ｄ２は、光源とし
てのメタルハライドランプ１１と、その後方および前方
にそれぞれ配置された集光用の凹面鏡１２および凸レン
ズ１３と、ダイクロイックミラー（すなわち、赤外光分
離光学素子）１４とを備えている。ダイクロイックミラ
ー１４は、前記メタルハライドランプ１１から出射した
光のうち可視光域以下の波長を有する可視光を前記液晶
表示パネルＤ１に向けて反射させるとともに、可視光よ
り長波長領域の波長を有する光源赤外光を透過させるコ
ールドミラーによって構成されている。

【００１３】前記ダイクロイックミラー１４の前記メタ
ルハライドランプ１１と反対側の位置には、前記光源赤
外光を吸収する赤外光吸収体１５およびこの赤外光吸収
体１５を冷却する冷却装置１６から構成された放熱装置
Ｑ１が配設されている。次に図３により、前記放熱装置
Ｑ１について説明する。図に示すように、前記放熱装置
Ｑ１の赤外光吸収体１５は、酸化皮膜処理によって黒色
に色付けされた１００〜２００メッシュのステンレスま
たはリン青銅等の金網、すなわち、黒色メッシュ金網１
５ａを複数枚重ねて両側をホルダ１５ｂ，１５ｃで挟持
した構造を有している。なお、前記メッシュ金網１５ａ
として、特に、酸化皮膜によって黒色に着色したワイヤ
径０．０５〜０．０７ｍｍで、１５０〜２００メッシュ
のリン青銅金網を用い、これを２０〜５０枚重ねると赤
外光の透過は略無くなり、赤外光のほとんどが吸収され
る。その上、空気流の抵抗は、約１ｃｍ程度のウレタン
スポンジ（非常に空洞率が高い）と比べて略同等のレベ
ルと小さく、熱交換効率は、金属スポンジ体や焼結体等
よりも高くなる。また、前記冷却装置１６は送風用のフ
ァンから構成されており、また、前記ケーシング１０に
は、空気流通孔１０ａおよび空気排出孔１０ｂが設けら
れている。

【００１４】したがって、前記冷却装置（送風用ファン
）によって前記赤外光吸収体１５のメッシュの金網１５
ａを通過した冷却空気は、前記空気流通孔１０ａおよび
空気排出孔１０ｂを通って排出されるようになっている
。前記冷却装置１６、前記赤外光吸収体１５、前記空気
流通孔１０ａおよび空気排出孔１０ｂ等から前記放熱装
置Ｑ１が構成されている。

【００１５】前記放熱装置Ｑ１の赤外光吸収体１５とし
て、１００〜２００メッシュの金網を用いるのは、熱伝
達量の指標となる熱伝達ユニットＮｔｕが数１０〜数１
００と大きくとることができるからである。前記熱伝達
ユニットＮｔｕは、通過する空気の熱容量と放熱能力の
比を示すパラメータで、Ｎｔｕが大きい程、温度上昇が
なくても放熱が可能となる。

【００１６】そして、前記液晶表示パネルＤ１は、液晶
駆動回路（図示せず）によって駆動され、その表示面に
必要な情報（たとえば、速度情報またはブレーキ圧情報
等）が表示されるようになっている。

【００１７】前記光学部材Ａは、レンズ系Ａ１、ダイク
ロイックミラーＡ２　および凸レンズＡ３　等から構成
されている。前記光学部材Ａの凸レンズＡ３の上方には
、コンバイナの機能を有するフロントガラスＣが配設さ
れている。このフロントガラスＣは、前記光学部材Ａか
ら入射した情報表示光Ｌの一部を透過させるとともに残
部を前記操縦者Ｐに向けて反射させるように配置されて
いる。また、フロントガラスＣは外部の情景等から出射
した外部光Ｊの一部を反射するとともに残部を前記操縦
者Ｐに向けて透過させるように配置されている。なお、
この実施例ではフロントガラスＣ自体にコンバイナとし
ての機能を持たせたが、コンバイナをフロントガラスと
別体に構成することも可能である。

【００１８】前記ダイクロイックミラーＡ２の前記凸レ
ンズＡ３と反対側の位置には、前述の放熱装置Ｑ１と略
同様の放熱装置、すなわち、図３に示す赤外光吸収体１
５および冷却装置１６と、空気排出孔１０ｃとから構成
される放熱装置Ｑ２が配置されている。前記ダイクロイ
ックミラーＡ２は、前述のダイクロイックミラー１４と
同様に、前記入射した光のうち可視光域以下の波長を有
する可視光を反射させるとともに、可視光より長波長領
域の波長を有する赤外光を透過させるコールドミラーに
よって構成されている。したがって、前記ダイクロイッ
クミラーＡ２は、前記液晶表示パネルＤ１から出射した
可視光域の波長を有する情報表示光Ｌを前記フロントガ
ラスＣに向けて反射する。また、前記ダイクロイックミ
ラーＡ２は、外界から前記凸レンズＡ３を透過して入射
した外部光のうち、熱エネルギの大きな外部赤外光を透
過させる。前記ダイクロイックミラーＡ２を透過した外
部赤外光は前記放熱装置Ｑ２によって放熱されるように
なっている。

【００１９】前記光学部材Ａ、光学的情報表示手段Ｄ、
および２つの放熱装置Ｑ１，Ｑ２から前記情報投光装置
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等からヘッドアップディスプレイＨ（図１
，２参照）が構成されている。

【００２０】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フ
ロントガラスＣに入射した外部光Ｊは、一部はコンバイ
ナの機能を有するフロントガラスＣで外界に反射し、残
部はそのままフロントガラス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。また、フロントガラスＣ
を透過して前記凸レンズＡ３から情報透光装置Ｋ内に入
射した外部光のうち熱エネルギの大きな外部赤外光は、
前記ダイクロイックミラーＡ２を透過して前記放熱装置
Ｑ２の赤外光吸収体１５で吸収される。外部赤外光を吸
収して温度上昇した赤外光吸収体１５は、前記送風用フ
ァンによって構成された冷却装置１６によって生じる冷
却空気流によって放熱される。

【００２１】一方、前記情報投光装置Ｋの光源装置Ｄ２
において、前記メタルハライドランプ１１からは前記可
視光および光源赤外光が出射するが、前記光源赤外光は
、前記ダイクロイックミラー１４を透過して前記放熱装
置Ｑ１に入射し、放熱される。一方、前記メタルハライ
ドランプ１１から出射した前記可視光は液晶表示パネル
Ｄ１に入射する。したがって、液晶表示パネルＤ１に表
示された運転情報は、光源装置Ｄ２からの照明光により
情報表示光Ｌとなって、光学部材Ａを通過し、フロント
ガラスＣに入射する。情報表示光Ｌの一部はフロントガ
ラスＣを透過して外界に出射されるが、残部は反射して
操縦者Ｐの目に至る。この情報表示光Ｌは、光学部材Ａ
によりコリメートされているので、その表示像は前方の
情景と同程度遠方にあり、操縦者Ｐは車両前方を注視し
ながら、運転情報の確認ができる。

【００２２】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を逸脱することなく種々の設
計変更を行うことが可能である。例えば、放熱装置Ｑ１
，Ｑ２は、メッシュではなく平板状の赤外光吸収体とこ
の平板状の赤外光吸収体に冷却水を循環させる冷却装置
とから構成することも可能である。また、前記ダイクロ
イックミラーとして、コールドミラーを用いる代わりに
ホットミラーを用いることが可能である。さらに、前記
放熱装置Ｑ１およびＱ２の一方を省略することも可能で
ある。さらにまた、前記光学的情報表示手段Ｄとして、
光源装置および液晶表示パネルの代わりに、ＣＲＴ表示
管、プラズマディスプレイ、発光ダイオードディスプレ
イ、等を用いることも可能であり、光源としてはメタル
ハライドランプの代わりにハロゲンランプ等の他の種々
の光源を使用することも可能である。そしてさらに本発
明は、鉄道車両以外の他の乗物や、展望装置等のヘッド
アップディスプレイに対して適用することが可能である
。

【００２３】

【発明の効果】前述の本出願の第１発明のヘッドアップ
ディスプレイは、光源からの出射光のうち、表示品質に
影響の無い光源赤外光が前記赤外光吸収体によって吸収
される。この赤外光吸収体は、前記光源赤外光を吸収し
て温度が上昇するが、前記冷却装置によって冷却される
。したがってヘッドアップディスプレイの構成要素であ
る光学的情報表示手段が光源赤外光を吸収して温度上昇
することが防止される。また、前述の本出願の第２発明
のヘッドアップディスプレイは、情報投光装置に入射し
た外部光のうち、熱エネルギの大きな外部赤外光が前記
赤外光吸収体によって吸収される。この赤外光吸収体は
、前記光源赤外光を吸収して温度が上昇するが、前記冷
却装置によって冷却される。したがってヘッドアップデ
ィスプレイの構成要素である光学的情報表示手段が外部
赤外光を吸収して温度上昇することが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明のヘッドアップディスプレイの一実
施例が鉄道車輌に設置された状態を示す図である。

【図２】　　同実施例の要部拡大図である。

【図３】　　同実施例の放熱装置の分解斜視図である。

【符号の説明】

Claims (2)

【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
   的情報表示手段とこの光学的情報表示手段から出射した
   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、前方の情景から出射した光を後方の視
   認位置に向けて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前記視認位置に向かわせるコ
   ンバイナとを備えたヘッドアップディスプレイにおいて
   、前記光学的情報表示手段は、前記表示面を形成する透
   光型表示パネルおよび光源装置を備え、前記光源装置は
   光源とこの光源と前記透光型表示パネルとの間に配設さ
   れて前記光源からの出射光のうち可視光域の波長を有す
   る可視光を前記透光型表示パネルに向かわせるとともに
   前記可視光より長波長領域の波長を有する光源赤外光を
   別の方向に向かわせる赤外光分離光学素子を有し、前記
   情報投光装置は、前記光源赤外光を吸収する赤外光吸収
   体と、この赤外光吸収体を冷却する冷却装置とを備えた
   ことを特徴とするヘッドアップディスプレイ。
2. 【請求項２】　　情報が表示される表示面を有する光学
   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
   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、前方の情景から出射した光を後方の視
   認位置に向けて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前記視認位置に向かわせるコ
   ンバイナとを備えたヘッドアップディスプレイにおいて
   、前記光学部材は、外部から入射する外部入射光のうち
   、可視光より長波長領域の波長を有する外部赤外光を前
   記光学的情報表示手段の方向と異なる方向に向かわせる
   赤外光分離光学素子を備え、前記情報投光装置は、前記
   光源赤外光を吸収する赤外光吸収体と、この赤外光吸収
   体を冷却する冷却装置とを備えたことを特徴とするヘッ
   ドアップディスプレイ。